长输天然气管道腐蚀与防腐措施探讨

赵延平

国家管网集团川气东送天然气管道有限公司 湖北 武汉 430074

天然气能源在使用的过程中，并不会产生较大的环境污染问题，与传统的能源相比，其在环保方面具有很大的优势，与新型能源相比，天然气资源可以大规模的开发及利用。我国天然气资源在分布与需求方面存在一定的问题，因此，需要对该种类型的能源进行长距离输送，管道输送的安全性以及经济性都相对较强，因此，管道输送已经成为天然气能源输送的重要方式。但是在进行能源输送的过程中，管道自身出现腐蚀问题的概率相对较大，在腐蚀相对较为轻微的前提下，可能会导致管道的承压能力降低，在腐蚀相对较为严重的前提下，引发安全风险事故问题的概率将会提升[1]。本次研究主要是针对管道的腐蚀问题，对腐蚀机理以及腐蚀类型进行深入分析，以此提出合理的防腐措施，为保障管道的安全运行奠定基础。

1 长输天然气管道腐蚀机理分析

通过对管道腐蚀问题进行深入分析可以发现，其属于金属腐蚀研究的重要范畴。管道的腐蚀机理可以分为2种类型，分别是化学腐蚀以及电化学腐蚀。在化学腐蚀方面，金属与腐蚀性的物质直接接触并引发化学反应，最终产生对金属破坏的现象，对于天然气管道而言，其与介质中的腐蚀性物质或者土壤中的酸性物质直接接触，都将会引发严重的化学腐蚀问题，事实上，化学腐蚀虽然会产生一定的危害，但是与电化学腐蚀相比，化学腐蚀的危害性相对较弱。对于电化学腐蚀而言，其主要指的是在电解质溶液存在的前提下，金属在溶液中与其他物质共同构成了原电池，最终引发腐蚀破坏的行为。对于我国的长输管道而言，其敷设方式主要可以分为2种类型，分别是架空敷设和埋地敷设，管道金属在土壤环境或者潮湿环境引发的腐蚀问题都属于电化学腐蚀[2]。

2 长输天然气管道腐蚀类型分析

2.1 管道外腐蚀

对于我国天然气长输管道而言，其基本采用了埋地敷设的基本模式，在进行管道建设的过程中，需要穿越多种类型的地形以及气候区，由于管道各个位置处面临的土壤环境存在一定的差别，因此，出现外腐蚀问题的概率也相对较高[3]。对于少数的架空管道而言，其长期与外界大气环境接触，也容易出现大气腐蚀问题。通过对我国大多数管道进行调研发现，尽管大多数管道都已经采用了外防腐层的基本模式，但是在管道建设或者管道运行的过程中，受到建设施工技术以及第三方入侵等问题的影响，导致外防腐层非常容易出现破损问题，在外防腐层破损以后，金属可以直接与腐蚀性物质接触，进而出现化学腐蚀问题，同时，对于防腐层破损点和完好点而言，其容易产生原电池，进而引发电化学腐蚀问题。

如果长输管道采用了架空敷设的方式，其可以与大气环境产生直接接触，在管道的外表面可以产生一层水膜，这层水膜相对较薄，甚至用肉眼难以察觉。事实上，在水膜的厚度达到20～30个分子的厚度以后，就可以转变为电化学反应所需要的电解质，如果在管道表面形成的水膜中不存在其他成分，其出现电化学反应的概率相对较低，但是，在大气环境的影响下，水膜中存在其他成分的概率相对较大，例如溶水性的盐类以及腐蚀性的气体等，此时管道金属出现电化学反应的概率将会大幅提升[4]。如果管道采用了埋地敷设的方式，我国大多数地区的土壤并不致密，土壤的颗粒之间存在一定的孔隙，大量的空气、水分以及盐类都存在于这些孔隙之中，使得土壤具有电解质的基本特征，如果管道金属处于该种类型的电解质中，则会产生多种类型的腐蚀电池。首先，由于管道金属表面存在一定的差异性，因此，此时可以形成微腐蚀电池，受到金属表面条件差异性的影响，将会出现一定的腐蚀反应；其次，在土壤腐蚀性环境存在较大差异的前提下，可以形成宏观的腐蚀电池，事实上，由于长输管道的距离相对较长，不同区域管道所处环境的透气性存在一定的差异，土壤中的氧气含量也存在一定的差异，进而使得腐蚀电池得到一定的发育，腐蚀电池阴阳两极之间的距离可以达到数公里。对于土壤自身的腐蚀性而言，其可以使用土壤电阻率进行表示，在土壤电阻率相对较低的前提下，土壤的腐蚀性将会大幅提升。微生物腐蚀也属于常见的腐蚀类型，其主要指的是由于微生物生命活动或者受微生物影响所引发的腐蚀问题，微生物腐蚀属于电化学腐蚀，对于长输管道而言，无论是采用埋地敷设方式和采用架空敷设方式，其与微生物之间必产生紧密的接触。事实上，每年由于微生物腐蚀问题所产生的管道金属损失巨大，因此，对微生物腐蚀问题进行合理的防护也十分关键。随着我国陆地能源开采量的逐渐降低，我国的天然气资源开发工作已经逐渐从内陆延伸到了海洋，我国海洋能源的储备量相对较大。对于海上气田而言，在对开发的天然气进行简单的处理以后，将会通过海底管道将能源输送到陆地，对于海底管道而言，其将会面临严重的海水腐蚀问题。通过对海洋环境进行分析发现，其属于非常复杂的腐蚀环境，如果管道处于海底环境中，其不但需要面临海水腐蚀问题，还将面临波浪以及潮流对于管道产生的应力冲击，同时，海洋环境中的微生物种类相对较多，大量的微生物将会附着在管道外壁上，并产生大量的代谢物，这将会加快管道的外腐蚀，随着我国海洋能源开发量的逐渐提升，海底管道的数量也将会增加，在这种背景下，加快海底管道防腐技术的研究工作十分必要[5]。

2.2 管道内腐蚀

在对天然气能源进行管道输送的过程中，管道金属将与天然气介质产生直接接触。事实上，天然气介质的成分也相对较为复杂，除了常规的烷烃以外，还含有大量的二氧化碳、硫化氢等腐蚀性成分，受到输送温度、输送压力以及输送速度等因素的影响，这些成分将会对管道内壁产生严重的腐蚀。管道内壁出现腐蚀问题的原因可以分为3个方面：首先，对于长输管道而言，其输送量相对较大，输送距离也相对较长，管道内的介质长期处于高温高压的环境中，这种类型的环境将会导致酸性气体的活动能力大幅提升，其自身的活性也将会增强，酸性物质对金属产生的腐蚀反应属于化学反应，受到酸性气体活动能力以及自身活性的影响，化学反应的速率也将会提升；其次，在对天然气介质进行长距离输送之前，一般会对介质进行脱酸脱水处理，但是受到处理设备运行稳定性的影响，部分游离水和固体介质可能会进入到管道中，即管道内可能会存在气液固三相，受到三相混流的影响，可能会对管道产生冲刷腐蚀，这种类型的腐蚀现象在管道弯头或者三通位置处十分常见；最后，管道内也可能会出现化学腐蚀和电化学腐蚀，这主要是因为介质中含有大量的腐蚀性成分，在管道内环境达到一定的条件时，出现化学腐蚀和电化学腐蚀的概率将会提升，管道面临安全风险问题的概率相对较大。

3 长输天然气管道防腐措施研究

3.1 外防腐措施

针对管道外腐蚀问题，常见的防腐措施可以分为3种类型，首先，需要全面提高管道材料的质量，对于我国部分长输管道而言，其运行时间相对较长，管道已经面临严重的腐蚀问题，且受到建设时期管道材料的影响，材料的抗腐蚀性能相对较低，针对该种类型的问题，需要及时对管道进行更换。目前，市面上常见的抗腐蚀管道材料相对较多，需要对这些材料进行对比和优选，从材料的角度出发，全面提高其抗腐蚀性。其次，外防腐层是防止管道出现严重外腐蚀问题的关键性措施，其主要将管道本体与腐蚀性环境隔离，从物理的角度出发避免出现外腐蚀问题，该措施在我国得到了广泛的应用，但是在进行管道建设的过程中，管道下管沟所使用的基本设备可能会导致管道出现外防腐层破损问题，如果管沟内存在较为尖锐的固体，出现防腐层破损问题的概率也相对较高，在管道运行的过程中，管道周围可能会存在第三方施工现象，由于第三方施工人员对于管道并不了解，也不具备管道安全保护方面的相关知识，因此，第三方施工也可能会引发防腐层破损问题。针对该问题，需要定期对管道开展检测工作，主要是对管道防腐层的完好性进行检测，如果发现防腐层存在破损问题，则需要立即对其进行修复，以此保障防腐层的完好性，保障防腐层可以充分发挥自身的价值与作用。最后，电化学腐蚀对于管道的危害高于化学腐蚀，电化学防护所发挥的作用也将高于其他类型的防护措施，在电化学防护方面可以采取的措施分为两种类型，在管道距离相对较短的前提下，可以采用外加电流的阴极保护措施，在管道距离相对较长的前提下，可以采用牺牲阳极的阴极保护措施，2种措施都是以原电池为基本原理，在构建原电池的过程中，管道材料作为原电池的阴极进而得到了保护，在管道运行的过程中，阴极保护措施也可能会出现失效问题，针对该种类型的问题，需要定期对阴极保护措施进行检测，如果发现保护电流不足的问题，需要及时对保护电流进行调整，如果发现牺牲阳极材料的损失较为严重，则需要对牺牲阳极材料进行及时更换，使得阴极保护措施可以充分发挥作用。

3.2 内防腐措施

针对长输管道内腐蚀问题，可以采取的防腐措施分为三方面，首先，需要强化介质的处理工作，在介质进入管道之前，需要对介质进行充分的脱水脱酸处理，需要介质的处理企业而言，需要定期对处理设备进行检查和维护，全面提高处理设备的运行稳定性，从源头的角度出发，保证清洁的能源进入管道，以此避免管道内出现严重的内腐蚀问题；其次，需要在管道内壁增设涂层材料，涂层材料可以将介质与管道金属相互隔离，在腐蚀性介质无法与管道金属产生直接接触的前提下，管道内壁将无法产生内腐蚀问题，同时，内涂层材料的增设还可以提高介质的输送效率，对于提高管输企业的经济效益十分有利，常见的涂层材料包括合成树脂等；最后，如果介质中的酸性成分含量相对较多，且无法对其进行全面的脱除，在这种背景下，可以引入添加缓蚀剂的措施，即在管道入口处设置缓蚀剂添加设备，根据管输量的基本情况，确定缓蚀剂的添加量，缓蚀剂只要是依靠分子作用力进而吸附在管道内壁上，使得管道内壁金属的电荷分布情况出现一定的变化，或者可以在管道内壁形成保护膜，进而阻止电荷的转移，避免管道内壁出现严重的腐蚀问题，该种类型防腐措施需要的成本费用相对较低，且见效相对较快，对于各个区域的管道而言该措施都可以得到合理的应用。目前，市场上常见的缓蚀剂类型相对较多，不同类型的缓蚀剂针对的腐蚀性介质不同，管输企业需要对介质中腐蚀性物质的成分进行充分分析，以此对缓蚀剂进行合理的选择，保证缓蚀剂充分发挥作用。

4 结束语

综上所述，腐蚀是威胁长输管道运行安全的重要因素，大量的管道安全风险事故都是由于管道腐蚀问题所引起，因此，管输企业十分重视管道的防腐工作，管道腐蚀的机理相对较为复杂，管道所处的环境以及管道内的介质都可能会引发管道内外腐蚀问题，单一的防腐措施难以发挥优质的效果。针对该问题，需要针对管道的内腐蚀问题和外腐蚀问题，分别采取多种类型的防腐措施，全面降低管道的腐蚀速率，提高管道运行的安全性。