天然气长输管道腐蚀原因分析及防腐蚀措施探讨

天然气长输管道腐蚀原因分析及防腐蚀措施探讨

汪金龙

大庆油田工程建设有限公司油建二公司

摘要：管道运输是我国天然气运输的主要方式，确保输气管道安全是天然气行业发展不容忽视的问题。本文主要对天然气长输管道腐蚀因素、腐蚀现状及防腐技术进行了探讨。

关键词：天然气长输管道；腐蚀原因；对策

前言

我国天然气资源主要分布在西部，然而在经济发达的东部地区对天然气的需求量非常之大，这就导致了天然气存在一定的供需矛盾。为了有效化解这一矛盾，我国建设了“西气东输”工程，这也是我国天然气管线长且分布较广的重要原因。由于天然气输气管线长期埋在地下，加上周围复杂的地质环境的影响，很容易导致管道腐蚀问题。严重的管道腐蚀就会造成天然气的泄漏，从而影响到输气安全。因此做好长输管道的防腐保护是关乎天然气企业、人民安全和社会稳定的重要因素，有着非常重大的现实意义。

1天然气长输管道腐蚀原因分析

埋地管道的腐蚀形式有多种，可分为内腐蚀和外壁腐蚀两种类型。管壁内腐蚀是由于天然气中残存的水分、O2和H2S、CO2酸性气体造成的。我国天然气含硫量较高，尤以川渝地区的天然气含硫量一般在1%～13%左右。管道中的H2S和有机硫在与水分掺混后与管壁反应生成硫化铁粉，破坏金属晶格使其变脆。同时这种粉状物轻则堵塞管道，重则遇空气达到一定比例时会自燃爆炸。

1.1管道外壁腐蚀因素

一般而言，天然气输气管道都是埋在地下的，与土壤接触居多，输气管道埋在地下的时间越长受土壤环境的影响程度就越大，我国的输气管线都比较长，经常会跨越好几个省，不同地区的地质环境是不一样的，都会对埋在地下的管道造成不同程度的影响。通常土壤中都含有一定的硫化物质，输气管道与其长期接触就容易发生硫化反应，形成硫化腐蚀。但并不是所有的土壤环境都会发生硫化腐蚀，这主要取决于土壤的酸碱值及土壤问题。比如在土壤酸碱度在5至9之间，且土壤温度在23℃至30摄氏度的条件下，容易发生硫化反应。在天然气长输管道的运行过程中，周围环境温度、压力等改变都会对天然气中的水蒸气成分带来影响，使其出现不同程度的液化，当与硫化氢及二氧化碳物质接触后通过产生化学反应就会形成酸性物质，从而造成长输管道的腐蚀。长输管道腐蚀速度与其内部气流的速度密切相关，气体流速越大腐蚀就越快，反之就越慢。此外，压力与温度也是影响长输管道腐蚀速度的重要因素，通常压力越大、温度越高，就会加大管道与土壤中某些介质的反应速度，从而加快腐蚀，但大量研究温度对输气管道腐蚀速度影响的资料表明，当温度超过70℃之后，管道腐蚀速度将会停止增长。

1.2管道腐蚀内部因素

造成天然气长输管道腐蚀问题的内部因素主要包括管道的设计施工、管道材质的优劣、安装质量等。由于长输管道受周围地质环境的影响比较大，因此在管道设计施工过程中，就必须对管道拟要途径沿线的地形进行勘探并考察周围的地质环境，从而避免含水量高、岩体分布密集的地区。在采购管道建设用材料时，一定要严把质量关，不要只看重眼前的利益，选择价格便宜、性能差的材质。出于对长输管道所处环境的复杂性考虑，应尽量选择质量性能好、耐久性的材质。此外，要对施工质量进行严格的监控，避免粗暴的施及操作失误等行为对管道防腐层造成破坏。

1.3生产运行方面

天然气长输管道是一项系统、复杂的工程，涉及的设备种类多，管理难度大。在天然气生产运营过程中要落实好围护、排查、检测等工作，以便及时发现问题，并采取积极有效的措施排除可能发生管道腐蚀的因素，做好事前控制工作。除此之外，一些人为的破坏原因也是导致管道腐蚀因素。随着城市基础建设的不断扩大，基础建设工程随处可见，大量的地铁工程、电力工程、管网工程、市政工程同时开工，导致地下结构开挖中破坏了管道防腐层。并且外部的杂散电流也会对管道中的强制电流保护产生影响，使其失去作用。

2天然气长输管道防腐蚀措施

2.1防腐蚀保护措施

（1）电化学保护法。金属在电解质溶液中，由于金属本身存在电化学不均匀性或外界环境的不均匀性，都会形成腐蚀原电池。在原电池的阳极区发生腐蚀，不断输出电子，同时金属离子溶入电解液中。阴极区发生阴极反应，在阴极表面上析出氢气或接受正离子的沉积。如果给金属通以阴极电流，整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移，是阴极极化，直到阳极区金属的电子释放，从而防止腐蚀。道阴极防护就是利用外加的牺牲阳极或外加电流，消除管道在土壤中腐蚀原电池的阳极区，使管道成为其中阴极区，从而受到保护。

（2）外加电流阴极保护法。该方法主要是通过外部直流电源线金属管道施加阴极保护电流实现的。其中，辅助阳极、参比电极、直流电源以及相关连线是构成外加阴极电流的主要成分。工作原理是通过外的电路加将电子输送到金属中去，减缓金属氧化反应，从而达到降低腐蚀速度的目的。该方法主要优势在于适用范围大。缺点在于一次性投入，成本费用高，不能脱离外部电源以此维护难度大。

（3）牺牲阳极保护法。牺牲阳极因此保护法的主要原理在于，通过加入比输气管道主要成分化学性质更加活泼的金属物质与被保护体组成一个电偶电池，将化学性质活泼的金属物质作为阳极，通过加速自身的腐蚀来实现对阴极的保护。该方法的主要优势体现在电流效率高、输出电流均匀、无污染、价格便宜、来源广泛。缺点在于对防腐涂层质量有着较高的要求，金属物质需要定期更换，受其他电流的干扰比较严重。此外，其电流的大小是固定不可调的。

2.2防腐蚀涂层

2.2.1高防腐涂层

国内外埋地天然气管道防腐的主要手段是根据管道所处地域的地形、地貌、地质状况，采用适合的覆盖层并辅以阴极保护。常用的涂料有：石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧树脂漆等。国内埋地管道防腐常用石油沥青漆。如果土壤环境无微生物，无深根植物的严重干扰，则不失为一种经济适用的防腐层。但因其流动性能不适合高温环境以及施工时严重污染环境，其使用已呈下降趋势。从世界范围看，目前使用最广泛的当推煤焦油瓷漆和环氧树脂漆。前者有很强的抗微生物腐蚀、抗植物根系的穿透性，吸水性低，耐阴极剥裂，对管壁的粘结裹固力强等特点，在石油天然气输送管上使用有明显优势。

2.2.2复合覆盖层

（1）熔融环氧粉末-聚烯烃复合覆盖层。这是利用环氧树脂粘结性好，抗阴极剥裂性强和聚乙烯抗冲击强度高的特点。在经过严格的表面预处理的钢管外壁上涂一层较厚的环氧粉末涂料，接着再涂敷一层经过化学改性的聚乙烯作中间层（或面层），最后再涂一层聚乙烯面层，它不同于传统的2PE或3PE体系。其特点是耐高温，抗老化，耐化学腐蚀，吸水率低，几乎不受土壤应力腐蚀，其预期寿命可达100年。

（2）环氧粉末-煤焦油瓷漆复合覆盖层。它是以环氧树脂为底漆层，再外涂煤焦油瓷漆的新型复合覆盖层。它将两类涂料的优点结合起来，互相取长补短，施工也较方便，但价格较贵，就其性能而言，它是目前较理想的复合覆盖层。

2.3防腐涂敷前表面预处理工艺。传统的除油除锈法费工费时污染大，质量难保证。近年来倾向用高温素烧法除油，将油污烧掉，保证除油质量。喷丸机械法代替了传统的酸洗法。此法利用压缩空气携带钢丸（或砂）形成高速流动的物流通过喷枪的喷嘴对钢管表面作强力冲击以除去油污或氧化皮。它既除锈彻底，又可提高表面粗糙度，增大管壁与涂层的接触面积（提高约20倍），提高涂层粘结力，能有效地防止深层剥裂。

3结束语

未来我国天然气行业发展的前景是非常广阔的，对各方面的技术水平将会提出更高的要求。所以，防腐工作的相关技术人员应攻克难关，不断提高长输管道防腐保护技术水平，进而促进天然气行业的健康、可持续发展。

参考文献：

[1]廖宇平，李志勇．长输管道外防腐层的应用与存在的问题[J]．油气储运，2005，24（4）：36-39．