長輸天然氣管道防腐及陰極保護常見缺陷及對策研究

＊董 爽

（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司 北京 100029）

前言

面對天然氣在我國能源發展中地位的日益上升，天然氣的輸送成為我國研究的主要環節，管道傳輸屬于天然氣輸送的主要方法，在實際的長輸天然氣管道的防腐以及陰極保護過程中，產生了很多問題，嚴重影響了長輸天然氣管道的輸送，所以對長輸天然氣管道防腐及陰極保護常見缺陷及對策的研究具有非常重要的意義。

1.長輸天然氣管道防腐的重要性

現階段，不論國內還是國外，對天然氣的需求量都是逐漸增加的狀態，其中，天然氣已成為不可替代的重要能源。在這種情況下，在新型的高效的能源未出現前，以及不能進行量產之前，天然氣的需求量會不斷攀升。要想切實保證天然氣的供給要求，對長輸天然氣管道進行相應的保護是非常重要的。雖然近年來在天然氣的運輸方面，管道屬于最為安全、最少損耗天然氣的運輸方式，但是現階段，管道事故產生的數量也逐漸上升，證明在管道運輸的過程中，也存在缺陷，在此過程中，引起管道事故最為普遍因素就是金屬腐蝕[1]。

在實際的管道運輸的過程中，管道腐蝕可能造成的危害包括以下幾個方面：第一，一旦管道被嚴重腐蝕，腐蝕的產物將與其中的天然氣產生混合，導致天然氣當中混入雜質，進而嚴重影響天然氣的質量。第二，若管道腐蝕非常嚴重，極有可能造成天然氣泄漏，不僅會嚴重損失天然氣資源，而且對于管道公司而言，也將產生嚴重的財產損失。第三，若腐蝕的程度達到了可能泄漏的程度，泄漏的天然氣將會進入土壤，進而對環境造成嚴重的污染，而且此類對環境的破壞是不可逆的，在現階段，環境保護問題日益突出的情況下，對環境的嚴重污染將嚴重限制天然氣資源的發展。第四，一旦遭到泄漏的天然氣直接遇到火源，極易產生火災以及爆炸事故，不僅會對天然氣的運輸產生影響，而且還會造成人員傷亡。第五，在管道遭到腐蝕以后，腐蝕的產物將附著與管道內壁，進而加速管道腐蝕進程。所以，在實際的天然氣管道運輸的應用過程中，管道防腐具有非常重要的意義[2]。

2.長輸天然氣管道防腐措施

在實際的管道運輸過程中，從本質上來看，管道腐蝕屬于正常的現象，并且是不能夠完全避免的狀況。要想降低管道腐蝕對天然氣運輸的影響程度，只能通過相應措施的應用進行緩解，進而實現管道腐蝕速率的減少。長輸天然氣管道防腐可以從物理和化學兩個方面研究，從物理方面而言，主要采取的是增設涂層的方法，化學層面而言，主要采取的是電化學防護措施。大多情況下，實際的管道防護會選擇采用物理和化學相結合的防護措施[3]。

(1)增設涂層

增設涂層的主要方法包括：

首先，煤焦油瓷漆。在運輸區外添加煤焦油搪瓷是現階段比較成熟的防護措施，煤焦油瓷漆不僅具有很強的防腐功能，而且還擁有一定的絕緣性。能夠防止管道遭受雜散電流的影響，對于管道的防護而言具有非常關鍵的作用。由于煤焦油瓷漆的使用壽命比較長，所以其經濟性較高，大多數選擇其作為增設涂層的主要材料。除此之外，煤焦油瓷漆在使用過程中，也存在一些缺點，主要表現在以下幾個方面：第一，這個技術對于管道溫度的要求相當高，一旦輸送管道的溫度超過煤焦油瓷漆的規定溫度，就會造成煤焦油瓷漆的融化，不僅無法起到對管道的保護作用，而且很有可能造成對環境的污染，進而不能起到對管道的保護作用，所以在實際的應用過程中，應當注意煤焦油瓷漆不能適用于加熱輸送管道。第二，煤焦油瓷漆的機械性能屬于比較差的狀態，非常容易被外界其他硬度高的物質干擾，若其附近的土壤當中含有較多硬石塊，也會對煤焦油瓷漆防腐層產生嚴重的破壞，在這種情況下，對于地下石塊硬度較高的區域，煤焦油瓷漆也并不適用[4]。

其次，PE兩層結構。在運輸管道外側進行PE兩層結構的增設也是現階段應用次數比較多的管道防護措施，PE兩層結構不僅具有高效的防腐功能，而且還有很強的奶細菌功能，對管道周圍的細菌干擾能夠起到很強的抑制作用。與此同時，PE兩層結構也具有很強的吸水能力，能夠很大程度的防止土壤當中的水分對管道運行造成的影響，PE兩層結構的價格也不高，所以對于長輸天然氣管道而言，非常適用，但是在其實際應用過程中，也存在相應的問題，一方面，此類材料不能置于陽光之下，不然將會受到紫外線的嚴重干擾，進而失去防護作用。另一方面，此類材料并不容易與管道緊密結合，這樣防護效果就會大打折扣[5]。

最后，PE三層結構。這種PE三層結構屬于最新產生的管道保護措施，也屬于現階段最有效的防護措施。相比于兩層結構，三層結構在中間環節添加了環氧粉末，不僅實現了抗腐蝕能力的提升，而且對于材料與管道的緊密結合提供了助力，進而使其充分發揮防護性能。除此之外，由于PE三層結構當中含有環氧粉末，材料將不再受紫外線的干擾，能夠在陽光下使用[6]。

(2)電化學防護

在實際的長輸天然氣管道的電化學保護過程中，經常使用的是犧牲陽極的陰極保護法。這種化學傳輸管道防腐方法的原理非常簡單，在實際的應用過程中，在傳輸管道外部增設一種比管道所用金屬材料更加活躍的金屬材料，進而構成原電池。在此原電池當中，陽極為活躍金屬、陰極為管道，在實際的腐蝕現象發生的過程中，管道將被保護。在實際運用此類防腐措施的過程中，應當對管道的長度、壁厚以及其所處的環境進行綜合考量。進而對活躍金屬的位置及重量進行詳細的計算[7]。

(3)外加電源的陰極保護法

在實際的應用過程中，這種傳輸管道的防腐方法應用的次數比較少，但在理論上是可行的，在實際的應用過程中，應當在管道外壁進行電源的增加，進而使管道得到高效的保護。應用次數比較少的原因是：大多數天然氣屬于易燃易爆氣體，在采用這種方法時，也需要根據實際情況進行電壓簡單計算。

3.長輸天然氣管道陰極保護常見缺陷

經過長時間的運行，長輸天然氣管道在陰極保護系統的應用過程中，產生了很多問題。一方面，陰極保護設備陳舊老化，已經不能進行正常的運行，產生這樣問題的原因在于：長輸天然氣管道首站的恒電位儀調節開關由于時間問題產生了失靈的狀況，進而無法調節保護電位，對于末站的恒電位儀轉換器不能進行高效的轉換，導致機子有輸出，但是管道沒有輸出。陽極地床電阻高，對陰極電流的發散造成了很大影響，對陽極的犧牲并不能發揮應有的作用，進而導致大部分管道失去了保護，造成嚴重的腐蝕。另一方面，管道保護電位偏高，造成的部分管段腐蝕嚴重。現階段，大多數長輸天然氣管道電位處于較高的狀態，管道保護電位與正常的電位相比，產生了偏離，進而加劇了管道腐蝕。

4.完善長輸天然氣管道陰極保護的對策

在天然氣的管道陰極保護過程中，首先要選擇的方法是管道陰極保護法。由于長輸天然氣管道通常會借助犧牲陽極和強制電流的陰極保護法進行管道的防腐，此時，管道及犧牲陽極的埋設深度通常保持在為2m～2.5m的范圍內，但是對于長輸天然氣管道而言，其長度過長，同時，由于自然地貌的原因，很多管道的兩頭具有嚴重落差，與此同時，管道的兩頭地下水位與地質情況的不同，部分管道所處的土壤的電阻率過高，在這種地區使用犧牲陽極的陰極保護法的效率并不高，解決這一問題的方法是，對于長輸管道過程中的高土壤電阻率段管道，將犧牲陽極保護法更改為強制電流保護法。其次，恒電位儀在強制電流法的應用過程中，能夠給予需保護金屬體提供連續可調的陰極保護電流。對強制電流法中的陽極提供輔助作用，用來使恒電位儀所提供的陰極保護電流形成回路。最后，在實際的長輸天然氣管道的陰極保護過程中，可以創建責任心強的專業化隊伍，并采用定崗定責的原則進行管理，在提升隊伍整體素質的同時，擴大管理領域，進而完善我國長輸天然氣管道的陰極保護。

5.結論

綜上所述，在天然氣地位日益上升的背景下，長輸天然氣管道防腐及陰極保護成為天然氣管道傳輸行業研究的主要內容，高效的管道保護對于長輸天然氣管道傳輸的運行效率具有很強的提升作用，在實際的長輸天然氣管道防腐及陰極保護應用的過程中，應當采取相應的措施，解決常見缺陷，進而達到天然氣傳輸效率的提升。