鋼質(zhì)然氣管道腐蝕因素及防護(hù)對(duì)策研究

何緒春

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，400016）

鋼質(zhì)然氣管道腐蝕因素及防護(hù)對(duì)策研究

何緒春

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司，400016）

隨著城鎮(zhèn)天然氣事業(yè)的發(fā)展，天然氣管道建設(shè)規(guī)模與日俱增，保障天然氣管道完整性尤為重要。通過(guò)對(duì)鋼質(zhì)燃?xì)夤艿栏g進(jìn)行分析，針對(duì)燃?xì)夤艿栏g問(wèn)題給出相應(yīng)的對(duì)策建議。

城市燃?xì)夤艿溃桓g因素；防腐；防護(hù)措施

相對(duì)于煤炭和石油而言，天然氣是一種清潔能源，它使用安全，燃燒潔凈、熱值高。在當(dāng)今世界范圍內(nèi)，天然氣已經(jīng)成為了大部分城市生活、生產(chǎn)的主要燃料。天然氣消費(fèi)量的巨大提升，帶動(dòng)了天然氣管道行業(yè)的迅速發(fā)展。由于天然氣自身的易燃易爆特性，在它為我們提供便利的同時(shí)，如果發(fā)生泄漏，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)將造成巨大損失，故需注重燃?xì)夤艿赖木S護(hù)，做好防腐措施，并建立良好的燃?xì)夤艿拦芾碇贫龋挥羞@樣才能保證燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行，讓天然氣更好的為人類服務(wù)[1]。

1 鋼質(zhì)燃?xì)夤艿栏g因素分析

金屬在周圍物質(zhì)的電化學(xué)、化學(xué)作用下所引起的一種破壞即是腐蝕。鋼質(zhì)燃?xì)夤艿腊雌涓g可分為外壁腐蝕和內(nèi)壁腐蝕。

1.1 外壁腐蝕

鋼質(zhì)管道外壁是天然氣管道腐蝕最為嚴(yán)重的一類，是一個(gè)既復(fù)雜又重要的問(wèn)題，亟待我們?nèi)ソ鉀Q。化學(xué)腐蝕是埋地金屬管道腐蝕的主要形式，金屬管道壁厚減薄均勻，是化學(xué)腐蝕的主要現(xiàn)象之一；因此，從金屬管道受到腐蝕破壞的角度來(lái)說(shuō)，金屬管道受到化學(xué)腐蝕的危害不是最大的[2]。而電化學(xué)腐蝕，雜散電流以及土壤中微生物細(xì)菌造成腐蝕主要為集中、凸出腐蝕，所以它們?cè)斐傻奈：Ω鼮閲?yán)重。這幾類腐蝕都能造成金屬管道表面結(jié)構(gòu)破壞，以至穿孔，從而導(dǎo)致燃?xì)庑孤叮罱K釀成事故。

影響管道腐蝕的因素有以下幾個(gè)方面：

（1）鋼管本身質(zhì)地不均勻。由于鋼管自身的生產(chǎn)缺陷，如含有雜質(zhì)，金屬受冷熱而變形，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，特別是鋼管表面粗糙度不同而形成鋼管本身的不均勻性，使一部分金屬在土壤中容易電離，帶正電的鐵離子，離開(kāi)鋼管進(jìn)入土壤，在這部分管道上電子越來(lái)越過(guò)剩，另一部分管道上的鐵離子不易電離，這樣一來(lái)就產(chǎn)生了電位差，從而產(chǎn)生腐蝕。

（2）土壤腐蝕因素。土壤的酸堿度、氧化還原電位、電阻率、含水量、含鹽量及其種類、密實(shí)度、透氣性及微生物等均會(huì)對(duì)埋地燃?xì)夤艿涝斐筛g。

（3）雜散電流腐蝕。大地中雜散電流的腐蝕，是指這些外界電流作用在鋼管上引起的腐蝕。由于外界各種電氣設(shè)備的漏電，在土壤中形成雜散電流，會(huì)在局部造成鋼質(zhì)管道電位失穩(wěn)而形成腐蝕效應(yīng)，其中對(duì)鋼管危害最大的是直流電[3]。

（4）細(xì)菌作用引起的腐蝕。在缺氧土壤中存在厭氧的硫酸鹽還原菌，它能將可溶的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫，使土壤中氫離子的濃度增加、使周圍土壤溶液顯酸性，這會(huì)加速埋地鋼管的腐蝕過(guò)程。

1.2 內(nèi)壁腐蝕

由于天然氣中含有一定程度的水分，這些水可以在金屬管道內(nèi)壁形成一層薄薄的水膜，從而使管道內(nèi)壁產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因燃?xì)夤艿乐锌赡芎卸趸肌⒘蚧瘹浠蚱渌g性化合物直接和金屬相互發(fā)生作用，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步引起腐蝕。

2 天然氣管道腐蝕防護(hù)措施

2.1 燃?xì)夤艿劳獗诜栏胧?/p>

2.1.1 涂絕緣層防腐

絕緣層作為燃?xì)夤艿婪栏牡谝坏榔琳希軌蚱鸬奖苊飧g因素直接與燃?xì)夤艿老嗷ギa(chǎn)生反應(yīng)的作用。目前，環(huán)氧粉末、聚乙烯、環(huán)氧煤瀝青、煤焦油磁漆是國(guó)內(nèi)外常用的燃?xì)夤艿澜^緣層材料。

環(huán)氧粉末為單層薄膜，抗應(yīng)力腐蝕性能較差，抗陰極剝離和界面黏結(jié)強(qiáng)度較好，不能用于地下水位較高的地區(qū)以及石方段、碎石土壤；聚乙烯不能用于溫差較大的區(qū)域或者架空管段，其抗應(yīng)力腐蝕、抗陰極剝離、界面黏結(jié)強(qiáng)度和抗介質(zhì)滲透等各項(xiàng)指標(biāo)都很好，是常用的絕緣層材料；環(huán)氧煤瀝青俗稱水柏油，具有優(yōu)異的電絕緣性、抗水滲透性、抗微生物侵蝕、抗雜散電流、耐熱、耐溫差驟變等優(yōu)良性能，涂層可在-4~150℃使用，不能用于植物根系發(fā)達(dá)、生物活動(dòng)頻繁、含水量高的地區(qū)。煤焦油磁漆，是由高溫煤焦油分餾得到的重質(zhì)餾分和瀝青，添加煤粉和填料，經(jīng)加熱熬制所得制品。煤焦油磁漆具有黏結(jié)力強(qiáng)，吸水率低，絕緣性能好，耐細(xì)菌腐蝕，抗植物根莖穿透，耐石油及其產(chǎn)品溶解，抗土壤應(yīng)力，耐陰極剝離及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[4]。

2.1.2 陰極保護(hù)

陰極保護(hù)可分為犧牲陽(yáng)極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法兩種類型。

外加電流陰極保護(hù)法則通過(guò)外加直流電源及輔助陽(yáng)極，迫使電子從土壤流向被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境來(lái)進(jìn)行保護(hù)。這種方法具有保護(hù)距離長(zhǎng)，保護(hù)距離可調(diào)和使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

犧牲陽(yáng)極保護(hù)法則是在被保護(hù)管道上連接電位更低的合金或者金屬，這樣就可以形成一個(gè)新的腐蝕電池。其運(yùn)作原理就是用電極電勢(shì)比被保護(hù)金屬更低的金屬或者合金作為陽(yáng)極，使其形成腐蝕電極，被保護(hù)金屬作為陰極而得到保護(hù)。這種方法雖然保護(hù)范圍較小，但是不需要外加電源，所以非常簡(jiǎn)便。

2.2 燃?xì)夤艿纼?nèi)壁防腐措施

輸送管道內(nèi)腐蝕控制要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況、管道輸送介質(zhì)性質(zhì)等各方面參數(shù)，選擇快速有效、經(jīng)濟(jì)可靠的內(nèi)部腐蝕防護(hù)措施。內(nèi)防腐涂層的材料有環(huán)氧粉末和聚氨醋等。內(nèi)防腐涂層主要是為管流和管內(nèi)壁之間提供物理隔離，不讓鋼管直接與腐蝕性物質(zhì)接觸，進(jìn)而降低天然氣管道的內(nèi)部腐蝕狀況。內(nèi)防腐涂層在長(zhǎng)輸管線中能夠大幅度提高管線的輸送能力，減少摩擦阻力，降低操作成本，而在近距離天然氣輸送中能夠減阻、防腐。

2.2.1 內(nèi)防腐涂層

內(nèi)防腐涂層是在管道內(nèi)壁與介質(zhì)之間形成有效的隔離層，從而使得鋼質(zhì)管道內(nèi)壁與腐蝕性物質(zhì)之間不要直接接觸，以達(dá)到管道內(nèi)防腐的目的。其中，環(huán)氧粉末、聚氨酯等都是典型材料。目前，內(nèi)防腐涂層是應(yīng)用得較多的技術(shù)之一，其檢測(cè)手段和施工方案都相對(duì)完善，而且容易實(shí)施。

2.2.2 添加緩蝕劑防腐

這種方法是在流體介質(zhì)中添加少量能夠阻止或減緩金屬腐蝕的化學(xué)藥劑，以減緩腐蝕的速度。從原理上來(lái)講，就是利用緩蝕劑分子的極性基團(tuán)吸附在金屬表面，改變金屬表面的電荷狀態(tài)，使腐蝕反應(yīng)的活化得到增加，同時(shí)緩蝕劑中非極性基因也能夠在金屬表面形成一層保護(hù)膜，從而減小腐蝕速率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是見(jiàn)效快、用量少、投資低、操作簡(jiǎn)便等，而且防腐效果較好，目前在天然氣管道防腐中應(yīng)用較為廣泛。2.2.3 電鍍防腐

電鍍層通常可分為陽(yáng)極性鍍層和陰極性鍍層。陽(yáng)極性鍍層是指電鍍金屬層的電極電勢(shì)要低于被保護(hù)金屬的電極電勢(shì)，如在鐵上鍍鋅。陰極性鍍層是指電鍍金屬層的電極電勢(shì)高于被保護(hù)金屬的電極電勢(shì)，如鋼鐵上鍍錫。當(dāng)金屬表面被鍍層完全覆蓋，金屬與腐蝕介質(zhì)就可以被鍍層隔離[5]。眾所周知，在陽(yáng)極性鍍層中，被保護(hù)的金屬是陰極，即使受到損壞也不會(huì)腐蝕被保護(hù)的金屬，只會(huì)讓鍍層本身受腐蝕，但在陰極性鍍層中被保護(hù)的金屬為陽(yáng)極，一經(jīng)損壞，腐蝕介質(zhì)直接與被保護(hù)的金屬接觸，那么必然會(huì)對(duì)金屬進(jìn)行腐蝕，此時(shí)鍍層的存在就會(huì)使被保護(hù)金屬的腐蝕速率進(jìn)一步加速。

2.2.4 復(fù)合管防腐

目前國(guó)內(nèi)外常用的復(fù)合管，包括玻璃鋼內(nèi)襯復(fù)合管、陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管和雙金屬?gòu)?fù)合管。陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管，其內(nèi)襯的陶瓷層具有抗熱性強(qiáng)、抗沖擊性強(qiáng)、耐蝕性高、耐磨性高等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際上譽(yù)為先進(jìn)的新型復(fù)合材料，可適用于耐磨強(qiáng)度高的環(huán)境。

3 結(jié)束語(yǔ)

造成鋼質(zhì)燃?xì)夤艿栏g的因素很多，其腐蝕原理也各不相同。因此，要結(jié)合燃?xì)夤艿谰唧w的腐蝕情況、腐蝕環(huán)境和腐蝕原因選擇最為合適的防腐措施，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行。

[1] 張晉英.淺談燃?xì)夤艿赖母g與防護(hù)[J].山西建筑，2007，33（21）：192-193.

[2] 邢紅鵬.基于城市燃?xì)夤艿婪栏O(shè)計(jì)的研究[J].化工管理，2014，（8）：89.

[3] 葉林平.淺談燃?xì)夤艿婪栏c電子檢測(cè)方案[J].信息系統(tǒng)工程，2013，（9）：129.

[4] 趙海濤.油氣輸送管道腐蝕因素與防護(hù)對(duì)策[J].科協(xié)論壇，2009，（7）：31.

[5] 張雨.天然氣管道腐蝕與防護(hù)研究[J].商品與質(zhì)量，2015，（24）.

Study on Corrosion Factors and Protective Countermeasures of Steel Gas Pipeline

He Xu-chun

With the development of urban natural gas industry，the scale of natural gas pipeline construction is increasing day by day，and it is very important to ensure the integrity of natural gas pipeline.Through the analysis of corrosion of steel gas pipeline，the corresponding countermeasures and suggestions are given to the corrosion problem of gas pipeline.

urban gas pipeline；corrosive factors；anticorrosion；protective measures

TU996.8

A

1003–6490（2017）05–0175–02

2017–03–10

何緒春（1981—），男，四川遂寧人，工程師，主要研究方向?yàn)槭吞烊粴狻?/p>