淺議天然氣輸送管道的腐蝕及防護技術

　　摘要：文章介紹了天然氣輸送管道在大氣、土壤等不同鋪設條件下腐蝕的形成及影響因素，針對不同鋪設條件下的腐蝕介紹了相應地防護措施。
　　關鍵詞：天然氣；管道；腐蝕；防腐技術
　　
　　一、前言
　　
　　天然氣根據其存在方式可分為伴生氣和非伴生氣，它是一種氣態的烴類物質。近年來，隨著環保要求日益嚴格及煤炭供需形勢的日趨緊張，天然氣作為一種清潔能源，在城市燃氣供應中越來越受到重視。資源分布等特定條件的影響，決定了天然氣的主體流向是由西向東，其輸送管線，往往長達數百公里甚至上千公里，而且由于空間等因素的限制，一般多采用埋地鋪設，因此其管道的防腐技術就顯得非常重要。
　　
　　二、天然氣管道的腐蝕與防護
　　
　　由于天然氣管道在鋪設后所處的地質結構和自然環境不同，其腐蝕的特征和影響因素也不盡相同，因此，應根據不同情況有針對性地采取防腐措施，以減緩大氣、土壤及介質等對管道的腐蝕，延長管道的使用壽命，保證天然氣的輸送安全。
　　（一）大氣腐蝕及其防護措施
　　大氣中能使管道發生腐蝕的物質有水、腐蝕性氣體、酸霧、顆粒物、滴濺液等。絕大多數情況下，水和酸性氣體等是使管道發生生銹等腐蝕的主要因素。下面就主要因素分別加以闡述：
　　1、水（汽）腐蝕及其防護。大氣中的水（汽）對金屬管道的腐蝕主要是基于下面的原理：水可以離解成H +和OH-，使金屬管道發生電化學反應，從而產生腐蝕，而且PH值的不同對金屬及其氧化物的影響非常大。由于該類腐蝕程度一般較小且容易發現和處置，因此一般采用將管表除銹后刷涂2-3遍防銹漆和管道電保護法結合的防護措施。
　　2、酸性物質的腐蝕及防護。大氣中常見的酸性物質一般指SO2，尤其是在工業廢氣污染地區，這類腐蝕相對來說更為突出，管道在該環境下的腐蝕速率隨著大氣中SO2含量的增加而迅速增加。該類腐蝕程度和腐蝕速率一般較大，一般采用在管道施工前對其除銹、刷涂2-3遍防銹漆再外纏專用玻璃布等形式進行防護。
　　（二）土壤腐蝕及其防護
　　普通碳鋼材質管道在埋地過程中腐蝕發生的原因比較復雜，總的說來，發生的腐蝕可分為四類：化學腐蝕、電化學腐蝕、雜散電流的腐蝕、微生物引起的腐蝕等。化學腐蝕是一種全面的腐蝕，其造成的管道外壁變薄是均勻的，因此危害相對較小；而其他幾類則易形成局部腐蝕乃至穿孔，危害嚴重，本文將對此進行詳細介紹。
　　1、土壤腐蝕的種類。第一，電化學腐蝕。由于管道所埋土壤各處的物理化學性質不同、碳鋼管道各部分的金相結構不同，如晶格缺陷、雜質、內部應力、表面粗糙程度等原因，一部分金屬易電離，帶正電的金屬離子離開金屬轉移到土壤中，從而該段電子過剩電位變負；而另一部分金屬相對不容易電離，電位較正，從而在兩段間發生電子流動即發生氧化還原反應。失去電子的管段成為陽極區，得到電子管段則成為陰極區，并和土壤一起組成回路，形成了電化學電流即腐蝕電流。該回路的存在導致陽極區的金屬離子不斷電離而受到腐蝕乃至穿孔。第二，雜散電流對管道的腐蝕。由于外界各種電氣設備的漏電與接地，在土壤中會形成雜散電流。雜散電流的一部分又可能流入、流出埋地管線，在電流離開金屬管線流入土壤處，金屬管道壁產生腐蝕。其原理類似電化學腐蝕，只不過其速度和程度遠大于單純的電化學腐蝕。雜散電流又可分為直流電和交流電，根據腐蝕發生原理可知，直流電流的危害最大。第三，微生物引起的腐蝕。據報道，土壤中存在的微生物有時會參與腐蝕過程，不同微生物的腐蝕行為的條件各不相同。例如，硫酸鹽還原菌能將可溶的硫酸鹽轉化為硫化氫，使土壤中氫離子濃度增加從而加速金屬管道的腐蝕。但其最適宜的土壤PH值為4.5-9.0，在3.5以下或11.0以上時則完全受到抑制。
　　2、土壤腐蝕的防護。目前國內外對埋地管道所采用的防護主要有外層防腐和電保護法。外層防腐種類很多，有瀝青、塑料防腐絕緣層、環氧粉末噴涂、搪瓷涂層及水泥砂漿涂層等。瀝青是應用最多和效果較好的防腐材料。塑料防腐層在強度、彈性、化學穩定性、防水、電絕緣等方面優于瀝青，但價格較貴，目前還無法與瀝青競爭，只用于特殊場合。瀝青防腐層一般由瀝青、玻璃布和專用聚氯乙烯塑料布組成。它又可分為石油瀝青和環氧煤瀝青兩種，其防腐層結構見表1和表2。電保護法又可分為三種，即外加陰極保護法、犧牲陽極保護法和排流保護法。第一，外加陰極保護法。利用外加直流電源，使金屬管道對土壤形成負電位從而避免腐蝕的方法，其保護半徑為R=15-20km。因此，一般需沿管道鋪設方向每隔一定距離設立陰極保護站。第二，犧牲陽極保護法。采用比金屬管道材質電極電位更負的金屬和管道相連，二者與電解質溶液即土壤形成原電池，從而保護管道免于腐蝕，但陽極在輸出電流過程中破壞，一般可用的陽極為鎂、鋁、鋅及其合金等。利用該法時被保護管道的防腐層絕緣性應良好。第三，排流保護法。用排流導線將管道與其附近可產生雜流的電器設備連接，使雜流不經過土壤而單向流會電源的負極，從而保證管道不受腐蝕。一般情況下，埋地管道的防護都采用涂層防護和電保護相結合的方法，從而達到較理想的防腐效果。
　　
　　
　　（三）介質腐蝕及防護
　　介質腐蝕顧名思義是由于管道中的介質引起的腐蝕。天然氣中不可避免的含有水、H2S、CO2、O2和硫化物等雜質，這些雜質的存在會對輸送管道的內壁產生腐蝕。水可在內壁形成一層膜，形成原電池腐蝕的條件；而上述酸性物質則直接可形成化學腐蝕。
　　介質腐蝕的防護一般是采用介質凈化、管道內壁涂層和添加化學藥劑等措施。其中介質凈化是根本措施，對于燃氣而言則是在前段工序中將酸性物質等去除，使雜質含量達到允許值；可作內壁涂層材料的一般是合成樹脂、環氧樹脂等；
　　
　　三、結束語
　　
　　在現有的天然氣輸送管道防護措施中，每一種措施都有其相應的應用范圍和適用條件，也各有其優點和劣勢，因此，應該因地制宜、相互配合，做到既能保證安全運行，又不浪費材料、增加無謂的成本。
　　
　　參考文獻：
　　1、費寶根.天然氣長輸管線施工技術[J]