天然气长输管道腐蚀机理及防护技术徐广福

天然气长输管道腐蚀机理及防护技术徐广福

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1.2山东鲁广天然气有限公司山东东营257300；

3山东欧博特石油工程技术有限公司山东东营257000

摘要：通常情况下，天然气长输管道都被埋于地下，管道的外壁受到四周土壤的腐蚀，而且输送天然气中含有腐蚀成分，也会对管道的内壁长输腐蚀。随着管道运行时间的延续，如果出现严重的腐蚀情况，就会导致输气管道泄漏，给长距离输气带来安全隐患。

关键词：天然气；长输管道；腐蚀机理；防护技术

引言

周所周知，天然气具有易燃易爆的特性，管道安全问题务必引起我们的注重。而腐蚀又是导致其安全运行的主要危害因素，所以为了加强对其的处理，就必须对腐蚀机理进行明确，才能确保防护的针对性和有效性。

1腐蚀机理

天然气长输管道出现腐蚀，从而致使管道被破坏的情况。按照其反应原理来看，目前主要有化学作用腐蚀和电化学腐蚀以及生物化学腐蚀。以下对其腐蚀机理进行分析：一是就化学作用的腐蚀机理来看，主要是因为金属管道和空气、土壤以及天然气之间出现的化学反应，使得天然气长输管道的表面物质流失，同时管壁也会变薄，在这个过程中，化学能不会转变成电能。二是就电化学的腐蚀机理来看，电化学腐蚀主要是因为金属管道的电极电位失去平衡，导致其局部形成相应的微电池，当处于电解质含量较大的溶液时，将导致金属阳离子失去，并形成阳极，当电极电位较高时，就会得到阴极电子，进而由于电化学的作用而使得管道被腐蚀。三是就生物化学腐蚀机理而言，生物化学腐蚀主要是因为硫酸盐在还原菌活动中导致管道表面腐蚀速度加快。从这三种腐蚀来看，由于此类管道中主要输送的是天然气，天然气中主要包含了硫化氢、二氧化碳、氧气、其他硫化物组合而成的腐蚀性化合物等，这也会给管道带来化学腐蚀，但是化学腐蚀的作用远比电化学腐蚀带来的影响较大，容易出现穿孔的情况，所以需要引起我们的重视。

2天然气长输管道腐蚀机理及防护技术

2.1输气管道的内防腐措施

对长距离输气管道实施内部涂层技术措施，选择合适的涂层材料，给金属管道的内壁增加一层保护膜，有效地抑制天然气对管道的腐蚀。管道内壁涂层后，使管道内部比较光滑，降低了气体流动的摩擦阻力，改善流体的流动特性。阻止施工期间的腐蚀，有助于管道内表面的检查，降低管道清管的成本。加强对输气管道内壁的防腐涂层管理，选择最佳的防腐绝缘层涂料，结合先进的喷涂技术措施，使金属管道的内壁形成一层保护膜，将管道与天然气分隔开，降低了天然气对金属管道的腐蚀。金属管道的内防腐措施必须引起重视，改善管道内流体的流动状态，提高管道内表面的光洁度，降低摩擦阻力损失，减少管道输送的成本，提高了长距离管道输气的经济效益。加强对内部喷涂技术的研究，优化喷涂工艺技术措施，通过余热的方式，将涂料溶解，然后应用更好的喷涂方式，使管道的内壁形成均匀的涂层，更好地将管道内壁保护起来。才能有效地避免腐蚀介质侵入金属表面，而导致金属腐蚀。

2.2针对电化学腐蚀

针对金属在含氧程度不同的环境所引起的腐蚀，可以采用阴极保护法，就是将被保护金属表面由最初的阳极极化成阴极来防止金属被腐蚀的方法。这类操纵外施电流迫使电解液中被庇护的金属表面由最初的阳极全数阴极极化，可以有效保证侵蚀不会产生。阴极保护法的实施要满足两个数值，最小保护电位和最大保护电位。最小保护电位，就是“金属在电解液中发生阴极极化的情况下，总电位刚刚达到其腐蚀原电池阳极时的平衡电位”。这个最小保护电位值与所处金属的种类、介质的成分和浓度等因素有关，常用的数值为-850mV（此值相对于Cu-CuSO4参比电极测定）。而最大保护电位，就是“被庇护金属表面容许的外加电流的最高电位值”。当阴极极化不受控制时，长输管道表面就会与涂层之间析出氢气，从而使涂层发生阴极剥离，所以阴极极化必须受到控制，也就是让汇流点的电位在其容许的范围内，不使金属表面发生析氢现象而使其涂层粘结力遭毁坏。这个最大保护电位值通常取-1.20V至-2.0V之间的值（此值相对于Cu-CuSO4参比电极测定）。需要注意的是，对于施加阴极保护的长输管道要结合现实，做到经济合理、技术可行，因此这就要满足一定的条件，如下：（1）要充分保证管道纵向连接的导电性；（2）管道的覆盖层要充分保证有足够的电阻；（3）要充分保证长输管道跟其他低电阻接地装置的电绝缘性。实现地下管道阴极保护具体有外加电流法和牺牲阳极法两种方法。外加电流法是通过直流电源形成电解池。在这里，阴极为长输管道，阳极为大地。在直流电路被连通后，与电源相连的长输管道被阴极极化，而金属管道因此无法得到电子，因此不被腐蚀。当管道对地电位到达最小保护电位时，也就是到达腐蚀原电池阳极的平衡电位时，即取得彻底的阴极保护，最大程度保证长输管道不被腐蚀。现如今，一些新型的直流电源利用温差、太阳能等制作直流稳压器，多用于那些缺电地区。根据电极原理，作为阳极的大地，与直流电源的正极相连，于是阳极地床与大地就组成了导电体。常用接地保护的阳极材料有钢铁、高硅铸铁（酸性环境中可使用）、石墨、磁性氧化铁、柔性阳极等等。阳极地床常设置在土壤电阻率低于50Ωm（有些特殊地区可以小于100Ωm）、保护电流易于分布、地下水位较高（潮湿低洼处）又不干扰邻近地下构筑物（或对临近地下建筑干扰较少）的地方。为了测定阴极保护参数，鉴定管道阴极保护效果，我们需要在固定地方沿管道设置检测点和检查片来不定期进行检查。配套利用的检测仪表有高阻伏特计表、安培计表和硫酸铜电极等。我们已经开始采用与管道航空巡线相结合的阴极保护参数遥测系统，该系统配以电子计算机，对所测数据进行智能处理。牺牲阳极法是在一个电解池中添加比被保护金属电极电位更小的金属，使该电解池的阴阳极发生改变的方法。新添加的电位较负的金属（如Mg、Zn、Al及其合金）成为电解池的阳极，被腐蚀。被保护的管道金属的电位较正，也就成为阴极而避免遭腐蚀，所以称新添加的电位较负的金属代替长输金属管道被腐蚀，称为牺牲阳极。当阳极种类和成分标准度确定后，土壤电阻率越低的阴极保护系统使用寿命越长。牺牲阳极法的使用寿命还与其自身因素有关，一般情况下可用几年至几十年。在弄牺牲阳极系统时，要想使用寿命长，必须确定好阳极成分标准度、土壤电阻率、涂层的施工质量及重量等因素。

2.3涂抹保护层

为了实现对天然气长输管线的保护，避免受到土壤、水汽以及酸性物质的腐蚀，可以在长输管线外面涂抹保护层，阻止发生化学反应。在对天然气外层涂抹保护层时，一定要选择防腐性能比较高的材料，最好是具有绝缘性，能够抵抗天然植物的穿刺以及微生物的入侵，最后，要保证涂层能够和长输管线深入的融合和粘连，做好外防腐蚀层的施工。

2.4杂散电流的排流保护

为了防止杂散电流对天然气长输管线的腐蚀，在进行天然气长输管线的铺设时应该尽量的避免高压输电线路，加强对管线的排流保护举措。一旦不可避免与交直流电干扰源的接触，应该通过排流等方式消除干扰，维护天然气长输管线的安全使用。

结语

综上文内容所述，天然气长输管道腐蚀机理相当繁复，因此需要我们在防腐蚀工作中，切实加强对其腐蚀原因的分析，综合分析其原因的基础上，采取针对性的防护方案，加强防护技术的应用，才能提高其运行的安全性和高效性。

参考文献：

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[2]王孟孟，张本同，宗丽娜，吴超.天然气长输管道腐蚀机理及检测技术研究[J].焊管，2017，40（11）：58-62.

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