天然氣輸送管道腐蝕與防腐措施現(xiàn)狀分析

黨唐超，戚恒慎，張 鵬

（1.西安石油大學，陜西 西安 710065；2.西北石油管道有限公司，陜西 西安 710018）

相比于煤與石油，天然氣作為一種環(huán)保型能源，通過管道連接著氣田與下游處理站和家庭用戶。輸送天然氣的管材一般均為鋼管，腐蝕是管材在輸送過程中一定需要解決的問題，其影響著管道的正常工作年限，對天然氣運輸?shù)陌踩源嬖谥[患。當天然氣防腐措施失效時，會造成天然氣輸送失敗，甚至會導致氣田生產中斷，管道損壞等一系列的經(jīng)濟損失[1-2]。

1 天然氣管道腐蝕類型

1.1 外壁腐蝕

天然氣管道無論是埋地管線還是架空管線，在運行過程中都會經(jīng)受著各種惡劣的自然環(huán)境影響。對于架空管線，管道主要受到大氣腐蝕，對于埋地管線，管道主要受到土壤腐蝕，對于海底管道，管道主要受到海水腐蝕。

1.2 內壁腐蝕

天然氣管道內壁一般與輸送的天然氣直接接觸，所以天然氣中含有的腐蝕性氣體雜質成分。如CO2、H2S、O2等，是天然氣管道內壁腐蝕的主要影響因素。同時，天然氣管材也會在高溫、高壓、高流速下出現(xiàn)材料性質的變化，影響著管道的抗腐蝕能力。

2 天然氣管道腐蝕的原因

2.1 外壁腐蝕原因

天然氣管道外壁因為直接與外界條件接觸，所以外部環(huán)境會直接導致管道外壁腐蝕。

2.1.1 土壤腐蝕

土壤是一個復雜的介質。一般土壤中均含有氣、液、固三相的物質，其中有的部分還具有一定的導電性。同時，管道各處的結構也不全相同，土壤中還存在著大量的土壤微生物。因此，影響土壤腐蝕主要有以下因素:1） 土壤性質。土壤中如果存在較大的孔隙度時，這些空隙中能夠存在大量水分、微觀粒子和氣體，當其與管道直接接觸時，容易腐蝕天然氣管道外壁。2）電化學腐蝕。土壤中含有部分導電的溶液和雜亂電流，由于不同溶液有不同的濃度和電位差，對管道也會產生不同程度的電化學腐蝕。3）微生物。土壤中有時會存在還原菌，還原菌會將溶解的腐蝕性酸鹽轉化為還原性酸溶液，降低了土壤的pH值，酸性土壤進而和管材中的鐵及鐵合金發(fā)生反應，腐蝕并加快了外界對外壁的腐蝕。

2.1.2 大氣腐蝕

大氣腐蝕對于金屬腐蝕而言，是最為普通的一種腐蝕方式。大氣腐蝕受到管道所處的地理環(huán)境的影響較大，不同地區(qū)的管道由于外界氣候條件差異大而導致腐蝕速率差異極大。在含有較多的腐蝕性組分的環(huán)境，暴露在空氣中的管道腐蝕就會大大加重。同時，大氣腐蝕也與在空氣中的水分和氧氣的含量有主要關系，管材在海邊的腐蝕速度要遠比內陸的管材腐蝕速率高。離海岸越近，空氣中水含量越大，腐蝕程度越高。

2.1.3 海水腐蝕

海水像土壤一樣，成分比較復雜，含有各種組分，并且是地球上一種天然的電解質溶液。海水中的管道主要受到海水中鹽含量、溶解氧、溫度等因素的影響，其中，海水中的鹽會組成電解質，含鹽量的大小決定了電解質的濃度，因此必然對腐蝕產生影響。金屬在海水中的腐蝕受吸氧腐蝕的作用，溶解氧濃度越大，傳遞速度越大，去極化程度越高。提高溫度會加快海水中的管道外壁的化學反應速度，進一步增加管道的腐蝕速度。

2.2 內壁腐蝕的原因

管道輸送介質中存在的腐蝕性氣體雜質，如，二氧化碳、硫化氫等。此外，在外界條件的影響下，如，使管道內部的溫度、壓力、流速快速變化的情況下，管道內壁也會遭受到嚴重的腐蝕。

2.2.1 沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是沖刷和腐蝕相互作用而引起的管材表面腐蝕，主要由液固兩相流動過程中，流體流動速度較快，引起管道內壁的腐蝕。同時流體中的固相會不斷沖擊鋼鐵的表面，剝離出天然氣管道表面腐蝕的部分，并在高速的流體中直接被帶走，不斷暴露出新的金屬面，從而進一步加快腐蝕。沖刷與腐蝕相互促進，腐蝕情況比較嚴重。沖刷腐蝕中的液相一般由于壓降導致天然氣管道中的飽和天然氣出現(xiàn)液相，且管道中含有一些固體雜質，會出現(xiàn)氣、液、固三相流動的狀態(tài)，因而出現(xiàn)沖刷腐蝕。

2.2.2 高溫高壓腐蝕

高溫高壓腐蝕一般發(fā)生在采油采氣井中，隨著地層的深度逐漸變深，地層的壓力和溫度顯著提高。油氣井處于高溫高壓的工作條件下，酸性物質對材料的腐蝕速度會提高。同時，溫度的升高，一定程度上也會提高材料的抗腐蝕破裂能力，一定程度上可以提高管道的抗腐蝕能力。但一般來說，高溫高壓更傾向于導致加重管道的腐蝕變化。

2.2.3 酸性氣體腐蝕

含有酸性組分的天然氣會在管道內形成酸性環(huán)境，酸性組分與管道保護膜進行化學反應，逐步破壞管道的保護膜后，開始腐蝕天然氣管道，另一方面，該腐蝕也容易形成原電池，進而發(fā)生吸氧腐蝕。進一步加快管材的腐蝕速率。

3 天然氣管道腐蝕防護措施

3.1 外壁腐蝕防護措施

由于腐蝕對于管道的危害性極大，為了提高管道的使用年限及其運行穩(wěn)定性，必須對天然氣管道進行防腐處理。由于外界環(huán)境的復雜性，天然氣管道的外壁防腐措施一般采用增加防腐涂層和陰極保護兩種方法。增加防腐涂層是比較廣泛的防腐方法，而陰極保護一般用于特定管段的一種防腐方法。防腐涂層的材料一般有石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧粉末和三層復合結構、環(huán)氧煤瀝青冷纏帶 (PF型)、橡塑型環(huán)氧煤瀝青冷纏帶(RPC型)等。而陰極保護主要有外加電流法和犧牲陽極法兩種:

1）外加電流保護法。將保護的金屬作為陰極直接連接電源負極，選用特定材料作為輔助陽極連接電源正極，從而使得被保護金屬受到保護的方法。是一種適用于長距離管道的陰極保護法。

2） 犧牲陽極保護法。犧牲陽極保護法是另一種陰極保護法，一般將選擇具有還原性的金屬作為負極，與作為正極的需要保護的管段相連構成一個全新的原電池，選擇負極的金屬一般要比正極金屬的電位低，犧牲負極的金屬而使正極的金屬避免腐蝕。通常適用于管道防腐涂層有一定破損的管道，一般與外加電流法相結合應用。

3.2 內壁腐蝕防護措施

輸送管道內壁腐蝕保護措施要根據(jù)輸送的介質，管道內的溫度壓力情況，一般可選擇增加防腐內涂層和采用緩蝕劑等化學藥劑來減少管道內部腐蝕情況。

1）防腐內涂層。防腐內涂層與防腐外涂層一樣，能有效地將管道和輸送流體隔開，避免了介質中的腐蝕性組分與管道相接觸，達到了防腐的目的。防腐內涂層的材料最好是選用環(huán)氧樹脂類涂層。

2）添加化學藥劑。采用添加緩蝕劑等化學藥劑這種方法可以減緩輸送介質對管道內部的腐蝕。這種方法成本較低，較為方便，容易實現(xiàn)。只需要根據(jù)輸送介質選擇合適的化學藥劑，就可以有效的降低管道的腐蝕速度。

4 結語

天然氣氣田由于在地理上分布不均勻，輸送過程中面臨著各種各樣惡劣的自然環(huán)境。在輸送過程中，要充分認識防腐工作的必要性，必須加強管道防腐工作。根據(jù)管道腐蝕的原因，發(fā)現(xiàn)管道腐蝕原因的多樣性和復雜性，針對腐蝕原因，提出了一些解決管壁內外腐蝕的保護措施。在實際生產過程中管道的防腐措施應從管道所在的自然條件及輸送的介質出發(fā)，因地制宜地選擇管道的防腐措施。