输气管道杂散电流腐蚀与防护

输气管道杂散电流腐蚀与防护

康柱 

陕西省天然气股份有限公司

摘要：随着能源市场需求的激增，天然气管道发展迅猛，加强对天然气管道防腐技术的研究也具有了重大意义。恒电位仪向阳极地床－土壤－管道回路提供电源，为管道提供阴极保护，从而减缓管道被腐蚀的速率。通常杂散电流的强度比较大具有电解腐蚀的特点，在地下管道中，杂散电流在很大程度上能加快电化学过程的进程，从而导致金属管道的强烈腐蚀。长输管道的防腐技术是保证天然气管道安全运行的重要手段，本文分析了天然气输送管道在大气、土壤等不同铺设条件下腐蚀的形成原理及影响因素，并且针对不同的腐蚀影响因素介绍了相应的天然气管道防护措施，对天然气管道的发展具有一定的深远意义。

关键词：杂散电流；埋地管道；腐蚀规律；恒电位仪

一、天然气管道的腐蚀类型分析

1、天然气管道外腐蚀

大多数石油天然气管道，通常会埋藏于地下区域，由于地下区域的干扰因素相对较多，所以会对天然气管道外壁带来不同程度的腐蚀效果。以架空形式为主的管道，可以在防腐蚀操作的过程中，在管道表面区域涂抹防腐材料，并保证材料涂抹的均匀性，能够获得有效的防腐蚀成效，加大对腐蚀问题的处理力度。然而，通过对地下管道所遭受的电化学反应进行分析，可以看出整体的腐蚀程度相对较强。

2、天然气管道内腐蚀

在石油天然气管道长期的使用过程中，产生腐蚀问题的主要原因具有多样性。一方面，天然气这一资源来说，其内部所含有的杂质各不相同，部分杂质能够与管道产生化学反应，其化学反应具有固定性，容易带来较为严重的腐蚀作用，无法维持石油天然气管道工程的稳定运行。

二、杂散电流对管道金属材料的腐蚀规律

杂散电流按类型可以分为稳态电流和动态电流。研究者通过对干扰下金属材料电位-时间曲线、极化曲线和交流阻抗谱的测试，得到腐蚀电位、腐蚀电流密度、塔菲尔斜率以及极化电阻等一系列电化学参数，进一步表征出金属材料的电化学行为。在不同的干扰天数下，腐蚀电流密度呈现先快速减小后趋于稳定的变化趋势。这是由材料表面活性、含氧量以及腐蚀产物共同作用所致。当达到平衡，就呈现出一个稳定的腐蚀电流密度。

1、稳态大对管道金属材料的腐蚀规律

目前针对稳态大干扰下金属材料腐蚀规律的研究较少，且主要集中在金属材料腐蚀影响的研究，对金属材料在稳态大干扰下的电化学行为研究很稀缺。在相同干扰下，氯离子浓度越高，腐蚀越严重。

2、动态电流对管道金属材料的腐蚀规律

相较于稳态电流，动态电流干扰下金属材料的腐蚀规律研究较少且不够深入，腐蚀机理方面并未达成共识。对于牺牲阳极阴极保护，干扰源排泄到大地中的杂散电流导致管道受到一定的干扰，干扰程度取决于杂散电流的大小。当干扰程度大时，牺牲阳极的输出电流在一定范围内会变大，当干扰程度小时，牺牲阳极的输出电流变小。牺牲阳极排流相当于给引入到管道中的杂散电流提供了一个通道，相对于破损点处的接地电阻，牺牲阳极的接地电阻更小，且有较大的驱动电压差，所以牺牲阳极排流相当于管道中的杂散电流通过牺牲阳极地床流进流出，避免或者减少了从管道的防腐层破损点出流入流出的情况，减少腐蚀的发生。

强制电流阴极保护排流相对于牺牲阳极，输出电流可调节，且保护电流大可调节。

3、杂散电流对埋地管道的干扰影响

杂散电流会极大加剧埋地管道破损点处的金属腐蚀。高压直流电流接地极放电对周边大范围内的管道会产生腐蚀危害。直接排流保护适用于干扰状态下，管道正于排流地床的情况，优点是简单经济，排流效果好，缺点是应用条件较为苛刻，风险较大，一旦管道电位负于排流地床电位，电流将会流入管道，加剧干扰。极性排流保护解决了干扰电流反向流入管道的问题，只能单向排流，效果好，简单便捷，动态干扰下仍然适用，缺点是当管道距离干扰源较远，排流效果就不明显，且对于过保护的管道没有排流作用。

三、输气管道腐蚀防护措施

    1、配套阴极保护恒电位仪设备

由于管线电位不足增加了恒电位仪，恒电位仪与被保护管线之间构成一个负反馈系统，并通过参比电极测量通电点电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流输出，使通电点电位得以保持在设定的控制电位上。恒电位仪实质是一种整流器，将交流电转变为直流电，输出通常有恒流与恒位模式。恒流模式下，恒电位仪输出电流恒定，该电流通过管道后由参比电极感应出管线电位。恒位模式下，恒电位仪输出一定电流，并将通过参比电极感应出的反馈信号与内部基准电压进行对比，调整其自身输出电流，从而使管线电位保持恒定，相当于闭环应用。相对于恒流模式，在恒位模式下，管线电位更加稳定。

2、配套排流装置

过有阴极保护的油气管道，采用定制阈值的排流器+锌带地床进行排流，即不会破坏管道阴极保护的保护电压，还可以使部分干扰电压作阴极保护电压使用。比如+0.5/-4.5V定制排流器，管道和排流地床的电位差超过0.5V或者-4.5V，排流器导通开始排流，交流通道的电容元件始终处于导通的状态进行交流排流。此方法交直流均可排流，相交于钳位排流效果较好。

四、结论

对于石油天然气管道来说，对防腐技术进行科学合理的应用，有利于保障其正常、高效的运转。对石油天然气进行运输，则主要依靠运输管道，保障运输管道的质量即能够对石油天然气的运输质量和运输效率起到有效的保障作用，所以必须针对石油天然气管道工程的防腐工做进行有效强化。在石油天然气管道工程施工作业中，需要加大对防护措施的开发力度，对防腐环境予以全面改善，提高管道的防腐蚀水平。采取有效防腐处理措施，在石油天然气管道的使用过程中，加大对管道施工作业的控制力度，发挥出防腐干预措施的实际效用。

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