天然气输送中的腐蚀问题与管道防腐措施研究

郑里

摘要：本文对天然气管道中的腐蚀问题进行了研究，分析了引起腐蚀的因素，如微生物、环境湿度、构造杂质等，并讨论了它们的腐蚀机理。此外，本文针对常见的腐蚀类型，如点腐蚀、应力腐蚀、微生物腐蚀等，提出了具体的防腐措施，如选择优质材料、抗腐蚀涂料的开发使用、设置牺牲阳极、使用抗腐蚀添加剂以及定期的管道检查和维修。这些措施可以有效提高管道的防腐蚀能力，延长管道寿命，为我国天然气输送管道的防腐蚀工作提供了参考和借鉴。

关键词：天然气管道; 腐蚀问题; 防腐措施;

1、天然气管道腐蚀问题研究

1.1 天然气管道腐蚀的概念与类型

天然气输送管道腐蚀是指管道表面与介质或环境中的化学物质发生反应造成的管道材料破坏现象。根据腐蚀形态和发生机理，天然气管道腐蚀可以分为以下几种类型：

(1) 广义腐蚀：广义腐蚀是指管道表面的材料均匀腐蚀，在整个表面形成逐渐加深的均匀腐蚀坑。这种腐蚀一般由化学物质直接与管道材料发生反应引起。

(2) 局部腐蚀：局部腐蚀是指管道表面只在某些局部区域出现腐蚀现象，形成局部蚀坑或蚀洞。局部腐蚀在管道输送天然气中较为常见，对管道的安全性产生较大威胁。

(3) 应力腐蚀开裂：应力腐蚀开裂是指管道在存在应力的情况下，由于介质化学成分、应力和环境等因素的共同作用，导致管道材料发生开裂现象。

(4) 脱涂腐蚀：脱涂腐蚀是指管道表面的防腐涂层被腐蚀物破坏或剥落，从而暴露出内部的裸露金属表面，引发金属腐蚀。

(5) 腐蚀疲劳：腐蚀疲劳是指管道在腐蚀环境中受到交替受力作用，导致管道发生疲劳破坏的现象。

1.2 引发天然气输送管道腐蚀的主要因素

天然气输送管道腐蚀的发生与多种因素密切相关。主要因素包括：

(1) 环境因素：包括地下水、土壤成分、湿度、温度、氧化还原电位等环境因素。其中，地下水和土壤通常含有一定的氧、水、二氧化碳、硫化物和微生物等物质，这些物质与管道金属反应会引发腐蚀。(2) 管道材料：管道材料的选用直接影响着管道的腐蚀性能。不同材质具有不同的化学成分和抗腐蚀能力，例如碳钢、不锈钢和塑料等。管道材料的制造工艺和表面处理也会对腐蚀产生影响。(3) 介质特性：天然气中的成分和含量、酸性、碱性、含盐量、水分等因素都会对管道产生腐蚀作用。例如，高含盐的天然气会引发盐结晶腐蚀；含有酸性物质的天然气会引发酸腐蚀。

1.3 天然气管道腐蚀的机理分析

天然气管道腐蚀的机理较为复杂，通常涉及多种化学反应和电化学过程。常见的腐蚀机理包括以下几种：

(1) 电化学腐蚀：管道作为金属与天然气介质接触，形成了电池[3]。这种电化学反应中，金属作为阴极发生还原反应，而阳极则发生氧化反应，促使金属发生腐蚀。(2) 化学腐蚀：天然气中的化学物质与管道金属直接发生化学反应，如金属与硫化物生成硫化物等。这些化学反应导致管道表面发生腐蚀。(3) 应力腐蚀：管道在受到应力作用的情况下，介质的腐蚀性质会改变金属的应力状态，从而促使金属发生腐蚀开裂现象。(4) 生物腐蚀：管道中存在的微生物可以促进腐蚀的发生。微生物通过代谢产生的酸性物质、硫化物等会引发管道的腐蚀。

2、天然气输送管道防腐措施的研究

2.1 防腐材料的选择

在天然气输送管道的防腐工程中，选择适当的防腐材料是非常重要的。不同类型的管道材料和工作环境对防腐材料的要求不同，需要根据具体情况选择合适的防腐材料。

（1）要考虑防腐材料的耐腐蚀性能。天然气输送管道一般会受到多种腐蚀因素的影响，如湿气、酸性物质、高温等，防腐材料需要具备良好的耐腐蚀性能，能够有效地抵抗各种腐蚀介质对管道的侵蚀。（2）要考虑防腐材料的适应性。不同的管道材质对防腐材料的适应性有所差异，需要选择与管道材质相匹配的防腐材料，以确保防腐效果和使用寿命。（3）防腐材料的施工性能也需要考虑。防腐施工往往需要在特殊的工作环境下进行，选择操作方便、施工效率高的防腐材料能够提高工作效率，减少工期。

2.2 抗腐蚀涂料的开发和使用

抗腐蚀涂料是一种常用的管道防腐材料，其可以在管道表面形成一层保护膜，有效地阻隔外部环境对管道的侵蚀，延长管道的使用寿命。

在抗腐蚀涂料的开发和使用方面，需要考虑涂料的性能指标。抗腐蚀涂料需要具备良好的附着力、耐热性、耐化学品侵蚀性等特性，以确保涂料能够在恶劣条件下保持稳定的防腐效果。需要选择适合的涂料种类。根据管道材质和工作环境的不同，可选择不同种类的抗腐蚀涂料，如底漆、中间涂层和面漆等。不同涂层的组合可以形成复合保护体系，提高防腐效果。

2.3 牺牲阳极的设置

牺牲阳极是一种常用的管道防腐措施，通过将一种具有较高电位的金属与管道表面连结，形成电化学反应，从而使金属的腐蚀损失降低，延长管道的使用寿命。

牺牲阳极的设置需要考虑阳极材料的选择和布置方式。常用的阳极材料有锌、铝等，选择合适的阳极材料可以使阳极产生更大的电位差，促进腐蚀过程。

阳极的布置方式包括内部和外部阳极的设置。内部阳极适用于直流电源供电工况，外部阳极适用于交流电源供电工况。阳极的布置位置和数量需要根据具体的管道结构和工作条件进行合理设计，以提高防腐效果。

3、管道检查和维修的策略

3.1 对老旧管道的定期检查方法

对于老旧的天然气输送管道，定期进行全面深入的检查是确保其安全运行，防止突发事故的必要手段。目前的检查方法主要包括：直视法、特殊工具检查法、化验法和评估法。直视法是查看管道外部是否有明显的破损或腐蚀。特殊工具检查法主要是利用工业内窥镜、超声波探测等工具，对管道内壁进行非破环检测。化验法则是抽取管道内的天然气样品，进行详细的成分分析，探讨可能的腐蚀机理。而评估法则是利用先进的计算机技术和大数据分析，对管道的综合状态进行评估。

3.2 管道维修的技术手段

管道维修是天然气输送行业中非常重要的环节，它能够保证管道系统的正常运行，并有效延长管道的使用寿命。针对不同类型的管道腐蚀问题，需要采取相应的维修技术手段。

对于管道的局部腐蚀或损坏，常用的维修方法是局部修复。这种修复方法可以采用腐蚀修补涂料、包覆层修复、补焊、补强等技术手段。腐蚀修补涂料具有较好的粘附性和耐化学腐蚀性能，可以有效地修复局部腐蚀和防止进一步腐蚀的扩散。而包覆层修复通常使用玻璃纤维布和环氧树脂等材料进行包覆，以提高管道的耐腐蚀性能和强度。补焊和补强则是通过焊接和加固处理来修复管道断裂或严重腐蚀部位，确保管道的结构完整和力学性能。

对于管道的大面积腐蚀或损坏，需要采取更为综合的维修方法。例如，可以采用部分或全部更换管道的方式进行修复。对于部分腐蚀或损坏较严重的管道段，可以采用割除腐蚀段、焊接新管段的方法进行修复。而对于整体腐蚀较为严重的管道，可能需要更换整段管道。在进行管道更换时，除了注意新管道的材质和性能要与原管道相匹配外，还需要考虑管道连接处的焊接等技术问题。

3.3 如何通过防腐措施延长管道寿命的研究

在管道的检查和维修过程中，尤为关键的一环就是如何通过防腐措施有效延长管道寿命。研究表明，优质的防腐材料和科学的设计方案对于防止管道腐蚀，延长管道的使用寿命至关重要。施工过程中的严格质量控制，定期的管道检查维修，都有利于提高管道的防腐能力，进而延长其使用寿命。与此维修过程中，对于早期腐蚀的及时处理，对于严重腐蚀的坚决更换，保持管道良好的工作状态，也是延长管道寿命的重要手段。

参考文献

[1] 孙宁,王惠敏. 关于石油天然气开采输送中存在的腐蚀问题及对策[C]. //'99中国国际腐蚀控制大会论文集.北京:中国石油学会, 1999:7-11.

[2] 刘松柏. 关于石油天然气开采输送中存在的腐蚀问题及对策综合研究[J]. 石油石化物资采购,2021(1):103.