淺議油氣長輸管道腐蝕原因及陰極保護(hù)應(yīng)用探討

李淼

關(guān)鍵詞：長輸管道;腐蝕;保護(hù)

0 引言

隨著油氣的使用量不斷增加，油氣長輸管道的使用量也在不斷增加。在這些管道的實際使用過程中，腐蝕是造成事故頻發(fā)的主要因素，腐蝕問題會直接引起管道的泄露，容易引起火災(zāi)、爆炸和環(huán)境污染事故。目前對長輸管道防腐的措施很多，但大部分都成本較高，施工也較為復(fù)雜。由于油氣長輸管道多為金屬制成，因此可以采用防腐效果良好且成本相對較低的陰極保護(hù)方法。

1 油氣長輸管道腐蝕原因分析

1.1 管道外壁腐蝕

1.1.1 土壤腐蝕

土壤是一個復(fù)雜的介質(zhì)。一般土壤中均含有氣、液、固三相的物質(zhì)，其中有的部分還具有一定的導(dǎo)電性。同時，管道各處的結(jié)構(gòu)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(zhì)。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(dāng)其與管道直接接觸時，容易腐蝕天然氣管道外壁;②電化學(xué)腐蝕。土壤中含有部分導(dǎo)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(chǎn)生不同程度的電化學(xué)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(zhuǎn)化為還原性酸溶液，降低了土壤的pH值，酸性土壤進(jìn)而和管材中的鐵及鐵合金發(fā)生反應(yīng)，腐蝕并加快了外界對外壁的腐蝕。

1.1.2 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(dǎo)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(guān)系，管材在海邊的腐蝕速度要遠(yuǎn)比內(nèi)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。

1.2 內(nèi)壁腐蝕

管道輸送介質(zhì)中存在的腐蝕性氣體雜質(zhì)，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(nèi)部的溫度、壓力、流速快速變化的情況下，管道內(nèi)壁也會遭受到嚴(yán)重的腐蝕。

1.2.1 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(nèi)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(jìn)一步加快腐蝕。沖刷與腐蝕相互促進(jìn)，腐蝕情況比較嚴(yán)重。沖刷腐蝕中的液相一般由于壓降導(dǎo)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(zhì)，會出現(xiàn)氣、液、固三相流動的狀態(tài)，因而出現(xiàn)沖刷腐蝕。

1.2.2 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(zhì)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(dǎo)致加重管道的腐蝕變化。

1.2.3 酸性氣體腐蝕

含有酸性組分的天然氣會在管道內(nèi)形成酸性環(huán)境，酸性組分與管道保護(hù)膜進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐步破壞管道的保護(hù)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(jìn)而發(fā)生吸氧腐蝕。進(jìn)一步加快管材的腐蝕速率。

2 陰極保護(hù)原理

根據(jù)腐蝕原因分析和電化學(xué)保護(hù)機(jī)理，使被保護(hù)金屬表面得到足夠的電子，這樣金屬原子不容易失去電子而抑制了金屬的腐蝕。其實質(zhì)就是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，金屬表面各點(diǎn)低于一負(fù)電位，使金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入電解質(zhì)的過程。通常施加陰極保護(hù)電流有兩種方法：外加電流和犧牲陽極保護(hù)。

3 淺析長輸管道陰極保護(hù)工作目前存在的問題

①由于長輸管道陰極保護(hù)受到交流干擾，在保護(hù)管道周圍會有散亂的電流通過，使得恒電位儀在使用過程中，無法正常工作，管道得不到正常保護(hù)，影響正常使用;②長輸管道陰極保護(hù)站在陽極地床上會容易出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，極其容易造成腐蝕，給地床下面的通氣設(shè)備造成嚴(yán)重阻塞，陽極周邊的土壤很容易干燥等情況。電位在電纜的上位和下位容易不平衡。電極一旦失效，電位差值就會比較大。在長輸管道外側(cè)的防腐層很容易被腐蝕，更嚴(yán)重的話，出現(xiàn)漏點(diǎn)現(xiàn)象;③由于長輸管道中的極少部分管道雖然到達(dá)了保護(hù)電位的要求，但是大部分的管道還是未達(dá)標(biāo)的，這就給管道的腐蝕埋下很大的隱患，從而加大內(nèi)部的電阻值，很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電壓。

4 長輸管道陰極保護(hù)方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

長輸管道主要是鋪設(shè)在電阻率比較小的土壤上，當(dāng)土壤的電阻率大于15的時候，這時就必須要使用鎂合金犧牲陽極，當(dāng)電阻率大于150的時候，就必須采用專門的材料做為犧牲陽極。使用犧牲陽極系統(tǒng)的方式進(jìn)行保護(hù)的時候，其優(yōu)點(diǎn)有很多，首先比較簡便，不需要在外部設(shè)置電源，其次是能夠減少對周邊的金屬傷害，干擾性比較小，對管道的維護(hù)比較方便，能夠最大程度的節(jié)約資金;再次是工程的費(fèi)用能夠隨著保護(hù)的時間增加而增加，最后也是最重要的一點(diǎn)就是能夠保障管道內(nèi)的電流分布比較均勻合適。

但是這種保護(hù)方法也是有缺點(diǎn)的，有很多的限制條件，比如說，不能夠在電阻值比較大的時候使用，電流雖然能夠分布的比較均勻，但是不能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，在長輸管道上必須添加了防腐覆蓋層，而且防腐覆蓋層的質(zhì)量必須能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，對于鋅和鎂合金的使用，需要定期進(jìn)行更換，雜散的電流處也不能夠使用，而且出現(xiàn)電極逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象也時常發(fā)生。

5 長輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)升級保護(hù)措施

在長輸管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)過程中，會時常遇到漏點(diǎn)的現(xiàn)象，需要加厚在連接點(diǎn)的位置，這種保護(hù)的方式能夠保障管道能夠運(yùn)行安全，而且還能延長管道的壽命。所以，對于新建長輸管道容易發(fā)生漏點(diǎn)的位置，考慮在管道外面加套混凝土套管，并在套管中增加絕緣支架，能夠防止長輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)減少由于絕緣效果引起的問題和故障。

在長輸管道和高壓輸電線比較接近的時候，要減少由于高壓電流對長輸管道引起的破壞，常用的方式就是使用兩根裸銅導(dǎo)線作為接地體放置在長輸管道的兩側(cè)，再使用固態(tài)去耦合器將管道和接地體進(jìn)行連接，這就能夠極大程度的保護(hù)陰極電流的流失現(xiàn)象，避免了交流的腐蝕。

對于鋼制管道的并行鋪設(shè)，為防止各管道陰極保護(hù)系統(tǒng)相互干擾，要對各個因素進(jìn)行綜合考慮分析，優(yōu)化設(shè)計，比如對于不是在同一個陰極保護(hù)系統(tǒng)的不同管道之間并行間距盡量大于5m，保證新建管道的防腐層的厚度、完整性以及施工質(zhì)量;對于在同一個陰極保護(hù)系統(tǒng)的不同管道，盡量同溝敷設(shè)，并且每間隔一定距離做等電位跨接。

6 結(jié)論與認(rèn)識

長輸管道的陰極保護(hù)，有犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法保護(hù)，工程中要對各個方面進(jìn)行綜合分析，考慮到土壤的電阻率、受干擾程度、管道的長度以及工程造價等，綜合考慮后選用合適的陰極保護(hù)方法，加強(qiáng)對管道腐蝕的防護(hù)，避免產(chǎn)生重大事故。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮洪臣.管道陰極保護(hù)——設(shè)計、安裝和運(yùn)營[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.