淺談輸氣管道的腐蝕與防腐技術

麻彥鳴（長江大學 湖北省 武漢市 430100）

一、引言

在油氣田開發(fā)的過程中，常常會有一些伴生氣體如H2S，CO2等。我們知道，這些氣體不僅會降低天然氣的燃燒效率也會對存儲輸送天然氣的介質造成腐蝕。腐蝕會造成設備的損壞，管道的破裂，套管的斷裂等，這不僅對國家造成了經濟上的極大損失，在很大的程度上也為對工作人員造成了威脅。目前，我國計劃建設的天然氣輸送管道就超過106Km，可想而知一旦發(fā)生管道的腐蝕將會造成多大的災難。因此，了解管道的腐蝕機理，降低管道的腐蝕是我們亟待解決的問題。

二、輸氣管道的腐蝕機理

腐蝕是指金屬材料與周圍介質發(fā)生了化學或者電化學的作用導致材料的破壞的過程。腐蝕的類型主要分為三種：化學腐蝕，電化學腐蝕，生物化學腐蝕。化學腐蝕主要是指土壤，空氣或者一些腐蝕性介質與金屬接觸發(fā)生一些化學反應所造成的。腐蝕過程并不會產生電能，整個金屬表面流失比較均勻，腐蝕過程造成管壁變薄。電化學腐蝕是與電流流動有關的腐蝕。電化學腐蝕包括三個基本組成部分：陰極，陽極和電解質溶液。在整個腐蝕過程中，金屬在電解質溶液中失去電子成為離子而被溶解，形成所謂的陽極；電極電位較高的部分得到電子形成陰極。一旦發(fā)生電化學腐蝕，所造成的危害是最大的，發(fā)生的頻率最高往往導致管道的穿孔破裂。生物化學腐蝕是有些細菌的生理代謝活動所排泄的產物造成金屬破壞的一種腐蝕。

1.天然氣管道腐蝕類型

①均勻腐蝕：這種腐蝕由天然氣中含有的水蒸氣造成的。當溫度壓力降低時水汽在管壁凝結形成水膜，水膜會溶解H2S等腐蝕性氣體造成管道的腐蝕。

②應力腐蝕：主要發(fā)生在含有硫化氫的天然氣介質中。我們都知道硫化氫遇水會水解，水解的產物HS-會吸附在金屬的表面加速氫氣的釋放，氫會造成金屬的氫脆等情況導致金屬材料的韌性降低，當韌性降低到一定程度后就會發(fā)生滯后斷裂。

③沖刷腐蝕：當管道中輸入的氣體介質流速達到一定的程度后會對管壁產生一個沖擊作用，這個作用不僅破壞了管道的強度而且會將金屬表面已經腐蝕掉的產物沖刷走使新的金屬暴露出來進一步的腐蝕掉。

④坑蝕：坑蝕經常發(fā)生在表面有鈍化膜或者保護膜的金屬上。當金屬材料中存在雜質，缺陷等不均一性時，氣體介質中的某些活性陰離子會吸附在這些缺陷處使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞，漸漸地金屬表面被腐蝕成小孔。

三、輸氣管道的防腐措施

輸氣管道的防腐是我國一直研究的課題，國內外很多學者進行了大量的研究。研究表明：天然氣管道的防腐一般要采用加絕緣層防護與陰極保護相結合的措施才能大大減低管道的腐蝕。這樣的結合既經濟也實用在我國實際應用中取得良好的效果。

1.防腐涂層防護

防腐涂層的作用是將被保護的金屬與周圍環(huán)境隔離開來壁面環(huán)境中的某些腐蝕介質直接接觸管壁，同時也為陰極保護提供電絕緣的環(huán)境。所以在選擇防腐層時對防腐層必須具備很高的要求：首先防腐層要有很好的附著力，它要緊緊的貼緊管壁。其次，它本身的材料不能具有腐蝕性，而且本身還要有很好的抵抗周圍介質腐蝕的能力。最后，它要求有優(yōu)異的物理性能，能夠隨管道熱脹冷縮不脫離管壁。

2.陰極保護

陰極保護分為陽極陰極保護和外加電流陰極保護兩種方式，這主要是根據極化電流的來源劃分的。犧牲陽極陰極保護法是選擇一種電位比被保護金屬更低的金屬做陽極與被保護金屬共同組成電偶電池。所選擇的金屬一般是比較廉價易得的，以犧牲陽極的金屬來達到保護陰極金屬的目的。外加電流陰極保護法是利用外部電源直接提供電流是陰極極化來保護陰極的金屬。這兩種陰極保護方式各有其優(yōu)缺點，各自有適用的范圍。通常要是所需保護電流大，介質電阻率大，使用壽命長的大系統選擇外加電流陰極保護法比較合適，其他情況下選擇犧牲陽極陰極保護法所需的成本小，經濟效益高。綜上所述，我國在長輸天然氣管道中大部分都使用的是外加電流陰極保護方法。

3.聯合防腐

在實際應用中通常將涂層防腐與陰極防腐兩種方法聯合起來來達到防腐的目的，通過大量的實踐也證明這樣的防護方法能取得更大的效益。主要原因如下：

（1）陰極保護的重點保護對象是點，主要針對防腐涂層的破裂處，然而防腐涂層主要是對管道外壁實施全面保護主要針對均勻腐蝕。

（2）管道涂層防腐是很有限的，因為涂層本身性質和環(huán)境的因素不可避免的會發(fā)生破損。在這種情況下如不實施陰極保護必然會造成腐蝕穿孔。

（3）涂層破壞的地方具有很大的不確定性，在這種情況下人工去修復破損的管道是很麻煩的而且會浪費大量的人力物力，所以我們需要對整條管線都置于陰極保護的范圍之內采用聯合防護的辦法有效的實現管道的長期高效保護。

（4）實施陰極保護必須保證管道與外界是電絕緣的，由于涂層絕緣性好這正好降低了陰極保護所需要的電流，而且很有效的分散電流。

總結

近年來天然氣工業(yè)在能源市場所占的比列越來越大，我國建設的輸送管道也逐年增加，但是管道腐蝕嚴重的問題一直困擾著我們，很大程度上制約著天然氣工業(yè)的發(fā)展。所以增加對輸氣管道防腐的研究是很有必要的，在今后的研究工作中要加強防護涂層的研究，研制出抗蝕效果好經濟效益更高的涂層材料。同時管道的材質也正向著納米技術以及合金技術發(fā)展，這都會促進天然氣輸氣管道工業(yè)的發(fā)展。

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