天然氣管道腐蝕與防護研究

邊威

（大慶油田有限責任公司天然氣分公司規劃設計研究所，黑龍江 大慶 163000）

經過長時間的思考和現場考證發現，天然氣泄漏等事故的發生主要是因為天然氣管道的腐蝕產生的。為了天然氣能源能夠有一個安全光明的發展前景，相關部門已經將管道安全提上日程，將天然氣管道的安全問題上升到一個前所未有的高度。因此運用高新技術來將產生的泄漏現象進行及時發現和有效修復并對整個管道線路有一個良好的監控和保養，最大程度地降低泄漏事故的發生。

1 管道腐蝕產生類型分析

所謂腐蝕就是管道的金屬組織因接觸周圍的介質發生具有破壞作用的化學反應。管道與其輸送的介質接觸發生的腐蝕一般稱內腐蝕，管道與外部介質即周圍的空氣土壤等接觸導致的腐蝕一般稱外腐蝕。腐蝕使管壁逐步變薄而承受不了內部輸送介質的壓力，便出現穿孔而導致天然氣泄漏。

1.1 化學腐蝕

化學腐蝕就是管道的組成成分與周圍物質發生化學反應產生的腐蝕破壞現象，但是這種腐蝕現象并不會直接造成泄漏，而是逐步的在管道的表層產生銹斑，使管道金屬壁不斷地變薄，在達到一定的程度之后會造成大范圍的管壁破壞。這種反應不會將反應的化學能向電能相轉換，且反應發生慢，反應范圍均勻，同時這種腐蝕最不引人注意，但是卻必須進行防護。

1.2 電化學腐蝕

這種腐蝕現象是將管道表面假設成為了一個擁有正極和負極的微電池，因此有電流的產生而產生電的腐蝕。微電池的形成是在管道滲水之后產生電解液，金屬元素無法得到電子而形成微電池的陽極，而電解液中的一些物質可以得到電子成為陰極。這種腐蝕現象也有化學反應的產生，是化學能和電能的轉換，所以理論上也是化學反應，稱為電化學腐蝕。

1.3 生物腐蝕

生物腐蝕是管道中微生物活動的負面效應，類似于細菌的微生物是無處不在的，所以在管道中將加快破壞。另外需要指出，在常見的腐蝕現象中，生物化學腐蝕是最不可避免的，但不是腐蝕性最大范圍最廣的，腐蝕性最常見的還是電化學腐蝕。

2 造成腐蝕現象的典型影響因素

造成腐蝕的原因是多種多樣的，任何一個環節都會存在腐蝕的可能性。首先分析管道的地理位置的影響，天然氣管道常年埋于地下，這就不可避免的要遭受胺類、嗎啉類等的腐蝕。這里我們分析了在地下發生腐蝕的經驗，總結出如下3種影響較大的因素。

2.1 管道的制造原因

管道的腐蝕發生要在制造方面找原因的話主要是兩個方面：材料和工藝。就材料而言，鋼材是天然氣管道生產的主要材料，這種材料在地下的長時間掩埋必然存在隱患，我們熟知的生銹現象就時常發生，這就是管道腐蝕的第一個潛在威脅。地下的溫度和濕度一般都比較大，這也是銹斑產生的有利條件，銹跡的產生是單純的化學反應，但是其中陽離子的產生和水中產生的陰離子又非常容易產生電解質溶液，所以電化學反應也是存在的。然后我們再考慮鋼管再生產線上的工藝性影響，深入鋼材加工工廠對天然氣管道的制造工藝過程可以發現，天然氣管道常見的是微晶結構，這種結構在機械制造過程中是很難產生的，對產品的表面具有非常高的要求，不允許有一點的凹形等缺陷，一旦有任何的缺陷存在，就是一個非常大的隱患，極有可能發生裂紋等破壞現象。在這樣的高要求下，一些工廠很可能達不到要求而以次品充好，用在具體的工程中，天然氣的泄漏現象的發生也就不足為奇了。

2.2 地下以及運輸的惡劣環境

地下土壤的成分其實是非常復雜的，其中包括了各種各樣的腐蝕物質，同時也可以說土壤并不是單純的固體物質，在地下依然存在含有無機鹽和微生物的水溶液和氣態物質，鋼材一但接觸到水，水溶液腐蝕腐蝕速度會大幅度上升，由于水溶液中的大量的離子進行移動，就是金屬表面上的無數個微電池的電流在流動，會產生非常嚴重的電化學反應。在地下我們完全不能忽略掉垃圾的存在，這是生物化學產生的重要原因，我們都知道垃圾中存在大量的微生物包括細菌和種種具有腐蝕性的微生物，這樣在鋼材中就極容易產生生物化學腐蝕。微生物的腐蝕可大可小，其腐蝕性并不均勻，同時考慮到土壤中各區域包含的物質的不均勻性，因此腐蝕的發生無常理可循，也是進行防護最難把握的。因此在地下進行管道的布置時一定要提前準備好防護措施，一旦在地下發生嚴重的腐蝕現象很難進行處理，需耗費大量的人力物力。

2.3 物理應力因素

天然氣之外運輸的過程中肯定是要進行過壓縮的，本身就會存在一定的壓強，作用在管道壁上，會加速管道腐蝕現象的發生。同樣的在天然氣的運輸過程中也會存在應力的不均勻，我們假設管道由于加工的原因存在裂痕，這樣就會使裂痕加深，不穩定的應力相對不穩定的壓強對裂痕的擴散要更加嚴重，在這樣的情況下為了避免管道的破裂，除了要保證防護措施到位之外，還必須要確認輸送的天然氣的壓強保持穩定，使天然氣在運輸的過程中盡可能的降低應力的波動，避免惡性循環的產生。同時這里也對材料的選擇和熱處理提出了更高的要求，顯然抗壓能力強的材質更適合運輸天然氣，進行淬火和調質處理等熱加工來加強表面硬度，都可以減緩管道的腐蝕和避免管道的破裂。

3 進行管道防腐蝕的具體舉措

3.1 絕緣層防護

這種方式是根據鋁的氧化形成氧化膜的思路開展的，形成的防護層會有很多優點（例如，避免天然氣管道的金屬層與自然界中的腐蝕物質直接接觸，防護層可以有效的鈍化化學腐蝕，延長管路的使用壽命，絕緣層可以使電解質中電流無法流通，起到防止電化學腐蝕的作用）。在進行涂層處理時，一層涂層并不能保證絕對的防護作用，或者是一層涂層仍然存在許多的缺陷，在美觀方面距離理想要求也是相差甚遠。針對這種情況一般在管道鋼材的表面進行多層防護，一般來說分為底漆、中漆和面漆，同時每一個漆層也必須涂制多次，這樣整體性的防止腐蝕現象的產生。其中底漆和中漆主要起到防護作用，防止微生物和化學腐蝕物質與鋼材接觸，承擔主要的防護任務，而面漆的主要目的是滿足美觀要求。

3.2 陰極保護法

這種傳統的保護方式主要是抑制電化學腐蝕，這種方法一般分為兩個方面，一個方面是犧牲陽極的陰極保護法，另一種是外加的陰極保護方式。犧牲陽極的陰極保護法是輔助金屬的腐蝕電位相較于管道鋼材的腐蝕電位還要低得多，這樣與管道的鋼材金屬進行偶接，從而使輔助金屬的腐蝕速度大幅度加快，這就是犧牲的陽極，這樣將管道鋼材的腐蝕效率降到最低，這樣形成電偶電池的方式就是犧牲陽極的陰極保護法。而外加的陰極保護法仍然需要輔助性的陽極保護，但是作用不再形成電偶電池而是要在一定的基礎上實現與外接陰極的完整的電路連接，這種外加的電流將負極與管路的鋼材相連接，使其陰極化，從而實現對鋼材的保護。

對于在實際的工程中選用哪種方式來進行天然氣管道的防護舉措，就必須根據具體的地質條件來進行決議。根據以往的經驗來看，對于短距離輸送的小型系統，因為其地質中沒有電源的加持，物質的電阻效率也是非常的低，因此采用犧牲陽極的陰極保護法可以很好的完成其所需的要求并且不會對資源造成浪費。相反的對于一些長距離傳輸的大型系統就一定要采用嚴格的外加電流的陰極保護法，這樣再針對劇烈變化的條件是可以保持穩定，同時保護電流可以盡可能的加大，這樣就可以最大限度的提高系統的使用壽命。當然再具體的施工環境下還需要進行進一步的加深研究，將現代的高新技術融入其中，開發出新型的陰極保護方式。

4 結語

天然氣將成為取代煤能源的重要資源，這一點在很大程度上會再度擴展天然氣管道的使用，所以天然氣的運輸肯定會提到越來越高的地位。必須指出，利用現代快速發展的高新技術將管路運輸狀況進行監控是有效防護的另一主要手段。在未來，天然氣的管道輸送必須與計算機技術相結合才能顯著的降低腐蝕現象的發生。