長輸天然氣管道防腐層及陰極保護技術(shù)中存在的問題及解決措施

吳 相，汪久虎

（國家管網(wǎng)集團西南管道有限責(zé)任公司蘭成渝輸油分公司，四川 成都 610000）

前言

天然氣管道因腐蝕導(dǎo)致天然氣泄漏，影響民生正常使用，污染環(huán)境且會引發(fā)火災(zāi)事故。因此，在建設(shè)長輸管道時需引入先進的防腐技術(shù)保障天然氣管道具備防腐性能，提高管道的使用壽命。以下內(nèi)容針對長輸天然氣管道防腐層、陰極保護技術(shù)存在的問題及解決措施進行了研究。

1 長輸天然氣管道腐蝕的原因及陰極保護的現(xiàn)狀分析

1.1 長輸天然氣管道腐蝕的原因分析

1.1.1 材質(zhì)和工藝因素。在制作長輸管道時選擇的材料為鋼材，分析鋼材的成分可知屬于各類金屬成分，而金屬在一定的濕度與溫度下極易產(chǎn)生腐蝕的問題。在制作鋼管時采用的技術(shù)工藝普遍運用微晶結(jié)構(gòu)模式，而微晶結(jié)構(gòu)對于材質(zhì)的要求較高，如果材質(zhì)表面存在著問題與缺陷，在鋼管應(yīng)用一段時間后會因材質(zhì)表面中的問題與缺陷而引發(fā)腐蝕開裂的現(xiàn)象。

1.1.2 埋地腐蝕隱患嚴重。根據(jù)因埋地措施引起的腐蝕問題，首先，管道鋼材屬于金屬材質(zhì)，擁有著電化學(xué)特質(zhì)且不均勻，土壤擁有的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)也存在不均勻現(xiàn)象，在金屬材質(zhì)擁有的電化學(xué)特質(zhì)促進下為土壤腐蝕提供了充分的條件。其次，在電極反應(yīng)過程中會受到細菌作用而促進鐵與可溶硫酸鹽朝向氫進行逐漸轉(zhuǎn)變。最后，在管道埋入土壤中還會受到雜散電流的影響而產(chǎn)生腐蝕破壞的現(xiàn)象。

1.1.3 不夠到位的管道腐蝕防護效果。一般情況下埋地管道中采用的是雙重防護模式：一是陰極保護模式，二是防腐蝕覆蓋層模式，無論應(yīng)用的是哪一種防護措施，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是此技術(shù)對于現(xiàn)場環(huán)境存在的腐蝕因素能夠有效抵御，如果環(huán)境影響到埋地管道，會產(chǎn)生覆蓋層從鋼筋上逐漸剝離。因此，要實現(xiàn)管道防腐效果達到最佳，需要應(yīng)用行之有效的措施進行防護。

1.2 陰極保護的現(xiàn)狀分析

在建設(shè)長輸管道時普遍采用的敷設(shè)方式為埋地模式，在實施埋地措施時會受到地形與地段復(fù)雜及其他不同的因素影響，要保證埋地的金屬管道能夠具備較強的防腐性能。為了保證管道能夠擁有較強的抗腐蝕能力，采用的措施為陰極保護技術(shù)。陰極保護技術(shù)具有電化學(xué)性的特點，此技術(shù)是在古老技術(shù)基礎(chǔ)上經(jīng)過研究后而創(chuàng)新的一種新型技術(shù)。在社會不斷發(fā)展的過程中促進了陰極保護技術(shù)不斷更新，保護方式誕生出多個模式，并且每個模式的誕生都顯著提升了防腐的效果。

2 天然氣長輸管道防腐的重要性

在大多數(shù)鋼制的天然氣管道傳輸天然氣時，管道內(nèi)外壁會受到外部環(huán)境、內(nèi)部傳輸物質(zhì)的共同影響而產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，造成穿孔，引發(fā)天然氣泄漏，嚴重污染環(huán)境、極易引發(fā)火災(zāi)事故，進而對周圍環(huán)境及人們的生命安全產(chǎn)生嚴重影響。因此，在建設(shè)長輸管道時需要重視防腐工作，積極引入先進的防腐技術(shù)保障天然氣管道具備防腐性能，在大幅度延長管道被腐蝕時間的同時，提高管道的使用壽命。

3 長輸天然氣管道陰極保護技術(shù)的實際應(yīng)用分析

經(jīng)過統(tǒng)計2019 年我國天然氣產(chǎn)量總量達到1736.2 億立方米，同比增長7.83%，截止到2020 年上半年統(tǒng)計出我國天然氣產(chǎn)量達到了940.2 億立方米，同比增長8.81%。建設(shè)長輸天然氣管道實現(xiàn)天然氣能源的有效傳輸。因此，為了實現(xiàn)天然氣管道能夠具備防腐能力，采用陰極保護技術(shù)增強管道的防腐效果，具體應(yīng)用如下：

3.1 長輸天然氣管道防腐層的防護技術(shù)

3.1.1 地上跨越處管道防腐層的防護技術(shù)。在開展天然氣管道防腐層修復(fù)工作時，需要將輸氣管線實際運行特點考慮在內(nèi)，需要根據(jù)不同的管線運行情況制定出針對性、有效的修復(fù)方案。其中，在修復(fù)地上跨越處的管線防腐層時，在檢測輸氣管線工作中要利用鋼銼或者是利用鋼線刷將原有的防腐層進行清除，在有效清除后實施修復(fù)工作可保障防腐修復(fù)的效果。在這一過程中需要除銹的等級達到St3級及以上，在除銹工作完成后開展涂漆作業(yè)，在具體操作時要以環(huán)氧帶銹底漆2 道的涂刷工作為主，在控制鍍層厚度時需要保障厚度達到70μm 以上。最后實施在管道的最外層涂刷總干膜的工作，在涂抹時同樣需要注重厚度的把控，厚度要達到140μm 以上。利用此種修復(fù)防腐層的措施可有效加強天然氣輸氣管線所具有的防腐能力，并且同時還能夠?qū)敋夤芫€的持久性進行有效的維護，維護效果與修復(fù)效果同樣突出。

3.1.2 增加埋深處管道防腐層的防護技術(shù)。為了保證輸氣管線能夠正常傳輸天然氣，需要實施檢測與排除輸氣管線的工作。在實際檢測與排除故障的工作中，需要實施埋深處管線防腐層修復(fù)措施，還要將管線的具體位置等基礎(chǔ)信息綜合考慮在內(nèi)。輸氣管線的部分管線會存在長期深埋于地下的過程，而裸露在外的管線部位與需要開展加深埋深的管線達到高度重視的效果。在修復(fù)埋深處管線防腐層時，一般會選擇的檢測方式為目測與電火花檢漏相結(jié)合的方式，在檢測時如果發(fā)現(xiàn)防腐層存在不合格的區(qū)域，需要針對此區(qū)域進行除銹工作。在除銹時要保證應(yīng)用的等級在Sa2.5級以上，在完成除銹工作后要引入無溶劑液態(tài)環(huán)氧涂料實施后續(xù)修復(fù)的工作，采用此種修復(fù)的方式能夠達到最大限度保障輸氣管線正常運轉(zhuǎn)的目的。

例如，某地區(qū)經(jīng)過檢測埋地長輸天然氣管道時，經(jīng)過檢測各項數(shù)據(jù)挖掘出某些區(qū)域存在著腐蝕的現(xiàn)象，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 長輸管道防腐層破損腐蝕狀態(tài)

根據(jù)檢測結(jié)果可以分析出 1 號、3 號、5 號、6 號位置一般情況下不會發(fā)生腐蝕，可以暫時不維修。4 號處于陰極保護狀態(tài)下，只有陰極保護斷開后才會產(chǎn)生自然腐蝕的現(xiàn)象，但是防腐層存在破損漏電的問題，產(chǎn)生了保護電流消耗的問題，需要做好監(jiān)測工作。2 號與7 號如果要斷開陰極保護會處于腐蝕狀態(tài)中，也存在著破損漏電消耗保護電流珠問題。因此，采取開挖修復(fù)的措施，開挖后按照上述的修復(fù)方式實施。

3.1.3 埋深達到設(shè)計要求處的防護技術(shù)。在檢測輸氣管線的工作中，對于腐蝕程度相對比較低的管線可直接應(yīng)用地面防腐層檢漏儀的措施，達到有效檢測的目的。如果檢測結(jié)果顯示出含有異常管段時可采取開挖修補的措施完成修復(fù)防腐層的工作。修復(fù)工作的方式與輸氣管線防腐層所應(yīng)用的修復(fù)模式相同。在具體實施防腐層修復(fù)操作時，對防腐層的厚度要把控在450μm 以上。在進行埋深處管線防腐層修復(fù)工作時，需要保證修復(fù)效果能夠與設(shè)計要求相符合。

3.1.4 合理選用防腐涂層。為了實現(xiàn)天然氣管道的防腐效果，在選擇防腐涂層時需要合理化選用。其中，外防腐涂層為主要的防腐手段，主要是在鋼管與腐蝕性介質(zhì)之間創(chuàng)建出絕緣隔離層，防止腐蝕介質(zhì)與鋼管產(chǎn)生接觸，進而從根本處防止鋼管產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕問題。而在采用外防腐層防腐手段時，選擇的外防腐層需要擁有基本性能、涂層性能滿足施工與安裝的要求、涂層性能滿足使用時的要求。外防腐層需要擁有基本性能：電絕緣性，隔水屏障性，涂敷方法不會影響管道性能，涂敷涂層存在最少缺陷，良好附著力，防止針孔隨時間發(fā)展，有效抵抗裝卸、存儲、安裝受到的損傷，有效保持絕緣電阻恒定不變，抗剝離能力，抗化學(xué)介質(zhì)破壞能力容易補傷物理性能強無毒且不會影響環(huán)境，存儲與長距離運輸不會產(chǎn)生變化及降解。涂層性能滿足施工與安裝的要求：抗彎曲性，硬度與耐磨性，抗沖擊能力，抗風(fēng)化能力，補口與補傷難易程度。涂層性能滿足使用時的要求：粘結(jié)力，耐化學(xué)介質(zhì)浸泡，絕緣電阻與電氣強度，抗陰極剝離，抗穿透能力，抗土壤應(yīng)力。

3.1.5 做好并聯(lián)防護工作。在應(yīng)用犧牲陽極法與外加電流陰極保護法時需做好并聯(lián)防護工作，可以保證獲得的成效最佳。首先，要實現(xiàn)管道與外界電絕緣。此過程為開展陰極保護系統(tǒng)的前提。應(yīng)用涂層方式可大大降低陰極保護所需要的電流，并且還能夠顯著提升電力分散能力。其次，管道防腐層無法避免破損點的產(chǎn)生，若不能及時實施陰極保護會造成管道產(chǎn)生腐蝕穿孔的問題。因此，要及時實施陰極保護措施防止發(fā)生涂層穿孔的問題。再次，防腐涂層可全面性地保護管道外壁，能夠有效規(guī)避腐蝕問題的產(chǎn)生，讓腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生均勻化的特點，可以對防腐涂層破損處實施有效的處理。最后，防腐涂層破損的位置并不能有效確定，導(dǎo)致補修防腐涂層的工作難以順利開展。如果實施針對整體管道應(yīng)用陰極保護措施，再通過合理化應(yīng)用防腐涂層與陰極保護措施且讓兩種措施同時開展，能夠保障管道保護工作達到長期有效的效果。

3.2 長輸天然氣管道陰極保護技術(shù)分析

3.2.1 做好陰極保護站的防護工作。在管理輸氣管線工作中需要恢復(fù)輸氣管線陰極保護措施，在恢復(fù)時需要在輸氣管線防腐層修復(fù)工作完成之后才能進行。在實際修復(fù)防腐層工作中，為了保障輸氣管線盡可能不會受到各種因素影響而產(chǎn)生腐蝕問題，需要引入有效的防腐措施及防腐手段，可顯著性地降低腐蝕問題的發(fā)生率。從當前的輸氣管線防腐實際工作中可以看出，普遍應(yīng)用的防腐方法為陰極保護模式。將輸氣管線自身擁有的防腐層常常處于暴露外部環(huán)境這一因素考慮在內(nèi)，或者是將輸氣管線經(jīng)常處于具有腐蝕環(huán)境的因素考慮在內(nèi)，需要技術(shù)人員采取有效的措施降低外部環(huán)境對輸氣管線產(chǎn)生的影響，要借助陰極保護設(shè)備達到抵抗外部環(huán)境腐蝕的效果。通過重新調(diào)試操作輸氣管線陽極后，實現(xiàn)保護的功能。在此期間會存在陰極保護站缺少電源裝置的問題，可利用蓄電池的方式達到保護效果。

3.2.2 犧牲陽極保護技術(shù)。在土壤電解質(zhì)環(huán)境中存在著犧牲陽極比金屬材料活性更活潑的現(xiàn)象，主要原因是犧牲陽極所具有的電極電位。在與被保護的體電進行連接后會先對腐蝕實施溶解的過程，此時的犧牲陽極金屬材料會被消耗且釋放出電子，電子在被保護體表面產(chǎn)生陰極還原反應(yīng)的過程，這一反應(yīng)抑制了被保護體陽極溶解的過程，進而完成了陰極保護的工作。

3.2.3 外加電流陰極保護技術(shù)。外加電流陰極保護技術(shù)的工作原理是利用導(dǎo)線實現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)與直流電源負極相連接，實現(xiàn)輔助陽極能夠與直流電源正極有效連接，連接后存在電子流入陰極表面的過程，此陰極表面是指被保護的長輸管道。當外加的電子不能及時與電解質(zhì)溶液中含有的某些物質(zhì)產(chǎn)生作用時，會在陰極的表面產(chǎn)生積聚，陰極表面的電極電位會朝向負的方向進行移動，形成陰極極化，金屬結(jié)構(gòu)中存在的電子釋放過程會受到阻礙。陰極電流如果不斷增大，積累的電子也會逐漸增多，在金屬結(jié)構(gòu)表面所產(chǎn)生的電極電位負值會增高，而微陽極所釋放的電子能力則越來越弱。在金屬結(jié)構(gòu)表面形成的陰極極化處于某一值時，微陰極與微陽極會產(chǎn)生等電位的現(xiàn)象，陰陽極之間的電位差處于零的位置，原電池受到了腐蝕作用產(chǎn)生停止。

3.2.4 安裝相應(yīng)的沿線測試樁。在輸氣管線陰極保護操作時需要實施沿線測試樁的安裝工作，應(yīng)用沿線測試樁不只可以顯著提升輸氣管線自身擁有的防腐層的性能，還有利于管線修復(fù)與管理工作，主要表現(xiàn)在：在修復(fù)與管理管線時，對于部分管線所處位置不能有效實施修復(fù)與管理的區(qū)域，可以方便修復(fù)與管理的過程。根據(jù)多項研究結(jié)果可知，在安裝沿線測試樁時，需要在每1km 處實施測試樁補樁的工作，目的是通過補樁達到保障防腐層檢測結(jié)果精準度的要求，能夠有效促進輸氣管線長期穩(wěn)定的運行，進而達到修復(fù)與管理的目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，天然氣能源的產(chǎn)量呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，已經(jīng)成為各行各業(yè)與人們生活中不可缺少的能源，在應(yīng)用此能源時需要建設(shè)長輸天然氣管道，在建設(shè)時需要重視防腐工作，因為防腐工作決定著天然氣是否能夠有效、安全地傳輸，可有效避免因為管道腐蝕而產(chǎn)生威脅環(huán)境及周圍人民群眾人身安全的事故，進一步促進了天然氣能源的有效利用并促進我國經(jīng)濟不斷增長。