LNG接收站海水管道腐蚀与防护

王兴龙，许颖，王晓阳，李小燕

(1.中海油石化工程有限公司管道室，山东 济南 250101；2.中海油石化工程有限公司储运室，山东 济南 250101；3.上海液化天然气有限责任公司扩建项目部，上海 200020)

1 前言

LNG接收站作为液化天然气的接收终端，承担了液化天然气的接收、存储和气化等功能，为了满足市场燃气需求，国内加快了沿海地区LNG接收站的布局，而在沿海地区，海水作为最廉价又最容易获取的流体介质，大量用于LNG的气化换热和消防。海水中卤素离子、硫酸盐离子等浓度非常高，且海水溶氧和海水泥沙的冲刷，给海水管道造成了严重的腐蚀风险，海水管道材料的研究越来越受到重视。本文只研究管道内部腐蚀。

2 常见海水管道腐蚀

沿海海水含盐量和含沙量一般较高，以东部沿海某接收站为例，海水累年最高含盐度34.8%，海水最高泥沙含量4kg/m3以上。海水管道腐蚀常见的主要有：金属管点蚀、系统腐蚀、电化学腐蚀、冲刷腐蚀和海生物腐蚀等。

金属管道点蚀和系统腐蚀。碳钢和低合金钢的成本很低、产量较大，且强度高、韧性好，早期应用于沿海工业项目海水管道。在没有内部防护措施的情况下，海水含有大量的氯离子、硫酸盐和碳酸根离子等，在海水的反复冲刷和氧气环境下，碳钢管道发生系统的腐蚀，而氯离子和溴离子加速了管道的侵蚀，造成管道大面积失效。不锈钢管道也广泛应用于海水系统设备、管道、仪表件等，卤素离子破坏并穿透不锈钢管道表面钝化膜，导致点蚀、穿晶和沿晶应力腐蚀，进而导致蚀坑加深和钢管开裂[1]。

电化学腐蚀。海水管道材质一般与阀门和设备的材质有区别，海水阀门常用材料是铜镍合金、双相钢和钢衬胶，仪表和设备材料选用钛材、316系列、蒙耐尔等，管道采用碳钢内衬复合材料或者不锈钢等，钢管内衬层破损之后，碳钢管道基体裸露，不同的金属电位有不小的差异，在同一电解质环境中，各种因素的组合构成了电化学腐蚀循环，如果碳钢基体的电位较高，碳钢的腐蚀速度将加快。海水中的氧随着管道系统的运行扩散到金属表面，进而氧的去极化作用加剧，也会导致管道的电化学腐蚀速率加快。

冲刷腐蚀。海水含沙量很高，且部分地区砂砾的硬度较大，颗粒较大，海水泵口管道、流向急剧变化的管道等，海水和盐、沙对管道内壁会形成较大的冲刷力，管道磨损比较严重，钢管的表面内衬层在海水冲刷下，逐渐减薄鼓泡甚至破损，多处内衬层的破损，逐渐导致内衬层的剥离。钢质管道如316系列钢管，钢管表面致密的氧化膜会在海水冲刷作用下破损，进一步导致钢管腐蚀。

海生物腐蚀。体积较小的近海海生物可能伴随海水进入管道系统，海水中含有一定的溶解氧量，随着时间的发展，海生物逐渐变大增多，不仅导致管道内部粗糙度增大，增大了流体阻力，而且海生物释放的二氧化碳和硫化氢等加速了海水系统的腐蚀能力，加速了管道的腐蚀老化。

3 海水管道材质分析

3.1 碳钢表面处理复合管

碳钢管道输送海水介质，发生接触腐蚀，但如果对碳钢管道做可靠的内防腐处理，既能保证海水系统的有效运行，又充分利用碳钢管道造价低，强度高的优点。镀锌碳钢钢管广泛应用于LNG接收站海水消防系统，而镀锌又分为热镀锌和冷镀锌，热镀锌常见工艺是热浸镀锌，熔融的金属锌与碳钢结合，形成结构紧密的锌合金层，而冷镀锌一般镀锌层厚度较薄，附着力较差，相对于热镀锌钢管的使用年限较短，一般不到5年，镀锌层就可能出现破损脱落，目前已经被国内外禁用。

碳钢内部涂敷熔结环氧粉末内防腐层，一次成膜，与钢管的粘结性较好，早期一些工程海水系统参照AWWA C213《给水钢管的内、外层熔化粘结环氧涂层》标准对钢管做内防腐处理，并取得了较好的社会效益，国内最早的依据是由中国石油天然气总公司编制的SY/T0442《钢质管道熔结环氧粉末内涂层技术标准》，相对于碳钢镀锌层，其耐磨性和耐蚀性更高，早期应用于海洋平台海水系统、LNG接收站海水系统等钢管的内防腐。碳钢涂塑管道，如碳钢内部涂覆聚丙烯等防腐层已经应用于海水系统，并取得了一定的防腐效果，但由于耐冲刷能力低，较少用于LNG接收站海水管道。碳钢衬胶防腐系统一般应用于阀门、仪表件等，由于制造和成型工艺较复杂，造价相对也较高，很少应用于管道内防腐。

碳钢衬水泥砂浆防腐层，早在秦山核电站一期的时候，已经应用在海水管道上[2]，性质较为稳定，而且由于海水添加的海生物抑制剂腐蚀性较强，水泥砂浆内衬层相对于环氧衬里、塑料衬里和橡胶衬里的耐用性更高，而且由于水泥砂浆的抗压强度高、耐剥离强度更高，耐冲刷能力更好。国内早期市政供排水系统和工业海水系统是依据美国水行业协会标准AWWA C205和AWWA C602，国内早期应用转化的标准是石油天然气行业标准SY/T 0321和由北京市市政设计研究院编制的CECS 10:89标准。但水泥砂浆内衬层颗粒大、质地疏松，粗糙度更高、流体阻力更高，随着管道系统的运行，水泥砂浆层可能出现裂缝、蜂窝状小洞、粉化等破损类型。

单一的防腐层难以持续长久的对钢管进行防护，而碳钢内衬复合材料配合阴极保护系统作为联合防护方案，较为广泛的应用于海水系统管道防护。阴极保护一般分为牺牲阳极保护和强制电流保护，牺牲阳极保护一般是由电位更低的活泼金属与被保护的碳钢管道相连，管道充当原电池的阴极，因此在阳极块的牺牲下，管道一直处于被保护的状态。强制电流系统是由外加电源提供电子，使管道处于得电子的被保护状态。

3.2 不锈钢管和双相钢管

不锈钢管在海水淡化等工程中大量应用，低碳奥氏体钢304L由于点蚀速率太快，已经极少用于海水系统，而316系列钢管尤其是316L管道由于钼等元素的存在和含碳量低等，耐点蚀能力、耐晶间腐蚀能力大幅度提高，目前仍广泛应用LNG接收站海水仪表件、设备和其他工业盐水管道。双相钢管道由于存在稳定的铁素体和奥氏体两相组织，不是仅依靠钢管表面的钝化膜来防止卤素离子侵蚀，双相钢耐点蚀当量PRE值更高，但由于造价较高，焊接要求非常高，难以广泛应用，目前主要是用在阀门、设备等特殊部位。

3.3 铜镍合金管

目前小口径(4"及以下)铜合金管在LNG接收站中广泛应用于海水系统，而且展现出了良好的耐蚀性、较小水力学流体阻力等特性。此外，海洋平台3"以下的海水管道也广泛应用了铜镍合金管。铜镍合金管线膨胀系数大，焊接要求较高，而且对管道流速的要求较为苛刻[3]，目前主要是应用在小口径海水管道上。

3.4 非金属管

GRP玻璃钢管是由玻璃纤维增强的树脂基体管，具有良好的耐腐蚀性能、内壁粗糙度小、水力流体阻力非常小，而且寿命较长，近些年广泛应用于LNG接收站海水管道，设计使用压力等级一般不超过PN16。GRP玻璃钢管道一般分三层，内衬防腐层、结构层和外保护层，内衬防腐层一般选用更耐腐蚀的乙烯基树脂，内衬层和外保护层采用间苯树脂等，既充分发挥了乙烯基树脂的耐蚀性、间苯树脂良好的机械强度，又考虑了方案的技术经济性。GRP玻璃钢管道连接型式多样，地下管道常用的是双O型圈承插连接，管道与管件连接多用粘接。GRP玻璃钢管道相对于碳钢内衬复合管道，劣势在于刚度低、强度小、热膨胀系数大而且防火效果差，不适合应用在LNG地上海水管道，而且对于地基要求高，如果所在地区地质沉降较为严重，必须为GRP玻璃钢管道的敷设做好地基。

GRE管结构设计与GRP管类似，但树脂采用双酚A、环氧氯丙烷等环氧树脂，相对于GRP管，GRE管的承压能力更高，近些年多用于LNG接收站海水消防管。由于防火性能的要求，国内GRE厂家还没有LNG项目的应用业绩，目前LNG接收站GRE管的设计和供货基本上都被国外厂家垄断。

4 海水管道防护

LNG接收站海水管道的设计和防腐是一个技术经济学问题，建设和设计单位在工程造价和维护费用中选择一个平衡，既要保证安全运行，尽量延长管道使用寿命，又要考虑造价。碳钢内衬复合管的内衬材料选择，应充分考虑各种材料的优缺点和项目特点，选择合适的材料。表1是各种管道材料的性能对比，工程设计人员可以根据各种材料的优缺点斟酌选用。

表1 各种海水管道材料性能

不锈钢、经过表面处理的碳钢应与阴极保护系统配合，为了避免牺牲阳极防护系统的寿命短、保护距离短、电位不易控制等不利因素，尽量选择强制电流阴极保护系统。

5 结论

通过各种海水管道材料的性能分析和比较，对LNG接收站海水管的设计提供了参考，各接收站可以根据项目具体情况，结合各种材料的应用经验，选择合适的材料。