濱海天然氣分輸閥室管道腐蝕現(xiàn)狀與防護(hù)應(yīng)用

周斌 王堃 史學(xué)海 陳旭杰 劉栓

摘 要：天然氣分輸閥室的管道外壁處于大氣腐蝕環(huán)境，一般采用重防腐涂層進(jìn)行防腐蝕防護(hù)。天然氣管道在輸送低溫天然氣時，管道外壁溫度低于水的露點(diǎn)，形成凝露環(huán)境，涂覆在天然氣管道外壁的涂料會長期處于水膜浸泡狀態(tài)，水分子會逐漸滲入漆膜導(dǎo)致底漆附著力下降，繼而出現(xiàn)管道腐蝕和漆膜脫落、鼓泡現(xiàn)象。本文對浙江省內(nèi)濱海地區(qū)70座天然氣分輸閥室的輸氣管道外壁進(jìn)行腐蝕現(xiàn)狀調(diào)研，評價濱海海洋大氣中的氯離子對管道涂層腐蝕失效的影響，同時并采用新型石墨烯改性重防腐涂料對天然氣分輸閥室的管道外壁進(jìn)行涂裝，評價新型涂料對管道外壁的腐蝕防護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：天然氣管道;分輸閥室;石墨烯改性重防腐涂料;凝露;腐蝕機(jī)理

天然氣輸送主管道多為埋地管道，埋地管道基材為管線鋼，管道外壁采用3PE涂層防護(hù)，長期服役于土壤腐蝕環(huán)境，土壤腐蝕性相對較弱，一般5年以上才挖地進(jìn)行腐蝕評估。而天然氣輸氣站和分輸閥室的輸氣管道長期處于大氣腐蝕環(huán)境，當(dāng)?shù)蜏靥烊粴饬鹘?jīng)管道時，管道表面溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，空氣中的水蒸氣會在管道外壁凝露形成水膜，在夏季和秋季尤為明顯。在濱海地區(qū)和化工區(qū)，大氣中的腐蝕介質(zhì)（如氯離子和酸性氣體）也會凝露在水膜中，加速管道涂層的腐蝕失效[1]。因此，濱海地區(qū)分輸閥室的凝露環(huán)境對天然氣管道的長期有效防腐帶來較大挑戰(zhàn)。

1 濱海地區(qū)分輸閥室的管道腐蝕現(xiàn)狀

浙江處于海洋大氣和工業(yè)大氣耦合腐蝕環(huán)境，大氣中含鹽量高，同時含有酸性氣體，容易形成腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)。近期對浙江省70座天然氣分輸閥室的輸氣管道進(jìn)行腐蝕調(diào)研，發(fā)現(xiàn)分輸閥室的輸氣管道基本在兩年內(nèi)就出現(xiàn)防腐涂層脫落現(xiàn)象，如蕭山站、紹興站等。部分沿海站場平均兩年就要整體防腐涂裝，如春曉站等。

1.1 天然氣分輸閥室的腐蝕現(xiàn)狀

對浙江省內(nèi)的天然氣站場進(jìn)行腐蝕調(diào)研，發(fā)現(xiàn)天然氣分輸閥室室內(nèi)濕度大，夏季溫度高，管道外壁長期處于凝露環(huán)境，并有水滴形成，詳見圖1。管道外壁、螺栓和接頭處都出現(xiàn)不同程度腐蝕現(xiàn)象，并有銹跡趟出。在離海岸線較近的閥室，防腐涂層剝落、開裂和鼓泡現(xiàn)象比較嚴(yán)重，特別是在管道外壁底部的水滴形成區(qū)域，詳見圖2。

1.2 腐蝕產(chǎn)物形貌和元素分析

通過電子掃描電鏡（SEM）對漆膜銹蝕處的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物呈顆粒狀，疏松多孔，容易從管道基材上脫落，見圖3a。對天然氣管道腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4、Fe2O3和FeOCl（詳見圖3b），說明海洋大氣中的氯離子一直存在腐蝕產(chǎn)物中，加速天然氣管道基材的腐蝕失效。

1.3 天然氣分輸閥室管道腐蝕失效機(jī)制

結(jié)合天然氣管道表面涂層的失效狀況和銹層腐蝕產(chǎn)物分析，初步判定天然氣管道表面重防腐涂層失效機(jī)制為[2]：（1）凝露環(huán)境加速防腐涂層老化失效，逐漸滲入漆膜內(nèi)部的水分子和其他腐蝕介質(zhì)導(dǎo)致底漆附著力逐漸降低;（2）海洋大氣和工業(yè)大氣腐蝕環(huán)境的中腐蝕介質(zhì)耦合加速漆膜失效，腐蝕介質(zhì)（主要為氯離子、溶解氧、酸雨）沉積在水膜中，加速天然氣管道基底發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。

2 新型石墨烯改性重防腐涂料在天然氣管道外壁的防護(hù)應(yīng)用

2.1 防腐方案設(shè)計

通過對濱海地區(qū)天然氣閥室管道外壁的腐蝕調(diào)研，結(jié)合天然氣管道帶氣施工的特殊要求，中國科學(xué)院寧波材料所設(shè)計新型石墨烯改性重防腐涂料體系，具體包括環(huán)氧石墨烯帯銹涂裝底漆，環(huán)氧石墨烯阻隔中間漆和聚氨酯耐候面漆，可以實(shí)現(xiàn)在水噴砂后進(jìn)行防腐涂裝。其中環(huán)氧石墨烯帯銹涂裝底漆主要功能是提高底漆的濕附著力，并具有鐵銹轉(zhuǎn)化功能，可以在低表面處理下進(jìn)行防腐施工;環(huán)氧石墨烯阻隔中間漆主要利用二維層狀石墨烯的阻隔水汽功能，添加05wt%的石墨烯可以有效增加環(huán)氧涂層的致密性和柔韌性，減緩水分子在漆膜內(nèi)部的滲透速率;聚氨酯耐候面漆設(shè)計為中黃顏色，主要起到耐老化和警示功能[3]。在銹蝕表面進(jìn)行打磨處理后，采用以下施工方案：打磨ST2.0級→環(huán)氧石墨烯帯銹底漆（80微米）→環(huán)氧石墨烯阻隔中間漆（100微米）→聚氨酯耐候面漆（60微米）。其中每道涂料的涂裝間隔為24h，涂裝照片見圖4。

2.2 石墨烯改性重防腐涂料對天然氣管道外壁防腐效果評價

對浙能百官閥室涂裝的石墨烯改性重防腐涂料服役不同時間后，進(jìn)行防護(hù)效果評價，詳見圖5。發(fā)現(xiàn)涂裝6個月后，聚氨酯面漆光澤度高，無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，隨著服役時間延長，面漆逐漸失光，褪色;但石墨烯改性重防腐涂料體系對管道外壁的整體防腐效果良好，漆膜沒有出現(xiàn)腐蝕、起泡和開裂現(xiàn)象。

3 結(jié)語

在濱海大氣腐蝕環(huán)境下，天然氣分輸閥室的管道長期處于凝露環(huán)境，傳統(tǒng)防腐涂層容易發(fā)生腐蝕失效，同時海洋大氣中的氯離子會加速管道腐蝕，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4、Fe2O3和FeOCl，并且腐蝕產(chǎn)物呈顆粒狀，疏松多孔，容易從管道基材上脫落。采用新型石墨烯改性重防腐涂料對天然氣分輸閥室的管道外壁進(jìn)行涂裝，24個月后，石墨烯改性重防腐涂料體系對管道外壁的整體防腐效果良好，漆膜沒有出現(xiàn)腐蝕、起泡和開裂現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙寧寧，崔道金，徐焜，等.濱海某地鐵管廊架防腐防火涂層失效原因和應(yīng)對措施[J].科技風(fēng)，2020（6）：191.

[2]尹昌國.天然氣管道的環(huán)境腐蝕與防護(hù)[J].工藝與設(shè)備，2019，45（9）：106-107.

[3]劉栓，周開河，吳躍斌，等.石墨烯改性重防腐涂料在世界最高輸電鐵塔的防腐應(yīng)用[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2019，31（1）：114-120.