天然氣長輸管道陰極保護(hù)防腐技術(shù)的應(yīng)用分析

王錦輝

摘 要：陰極保護(hù)是延長長輸管道壽命、抑制埋地管道腐蝕的重要手段，已廣泛應(yīng)用于石油、化工、天然氣等行業(yè)中。本文重點(diǎn)分析了天燃?xì)忾L輸管道陰極保護(hù)防腐技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：天然氣;長輸管道;陰極保護(hù);防腐技術(shù)

1 陰極保護(hù)技術(shù)在長輸管道防腐中的重要性

當(dāng)前，我國一些燃?xì)獾荣Y源主要傳輸路徑是依靠地下埋藏的長距離輸送管道來實(shí)現(xiàn)傳輸，管道的制成材料主要是鋼制的螺旋焊管。另外，由于這些管道主要是運(yùn)用地下埋藏的方法進(jìn)行鋪設(shè)傳輸，所以需經(jīng)過的路徑較長、工程難度大，同時(shí)需穿越復(fù)雜的地形地段，區(qū)域長，所以土壤的性質(zhì)就會(huì)出現(xiàn)不同的種類，這對鋪設(shè)的傳輸管道就會(huì)存在不同程度上的腐蝕。而這些傳輸管道一般都是為了城市生產(chǎn)生活所提供能源的，城市的輸源管道可以說是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，擔(dān)負(fù)的不僅是傳輸能源原料的工作，同時(shí)還影響著城市的生存和發(fā)展，在很大程度上可以說是城市發(fā)展的重要生命線。但長期埋于地下的長輸管道必然會(huì)遭到不用性質(zhì)土壤的不同程度腐蝕，如若沒有適當(dāng)可行的防腐技術(shù)作為支撐，必然會(huì)出現(xiàn)管道被腐蝕，燃料遭泄露。因此，對長輸管道的防腐可以說是重中之重，而陰極保護(hù)防腐技術(shù)正好填補(bǔ)了這一空自。

2 長輸天然氣管道造成腐蝕的原因

2.1 管道內(nèi)部問題

在輸送過程中，管道內(nèi)部與輸送物質(zhì)直接碰觸，輸送物質(zhì)中不僅含有純天然氣，它還含有多種化學(xué)物質(zhì)，如二氧化碳、溶解氧、硫化氫、水合物等，在輸送過程中不斷受溫度、流速和壓力的變化，輸送物質(zhì)容易發(fā)生一定程度的變化，從而粘附在管道內(nèi)部，導(dǎo)致嚴(yán)重腐蝕。其原因包括：①在管道輸送過程中，具有輸送量大、輸送不間斷、輸送距離長等特點(diǎn)，加上輸送過程中會(huì)產(chǎn)生高溫高壓，正是這樣的高溫高壓可激活酸性氣體中的動(dòng)能及活性因子，從而使管道內(nèi)的金屬腐蝕更加嚴(yán)重;②在輸送過程中還會(huì)產(chǎn)生部分自由液相化學(xué)物質(zhì)，通常，氣、固、液三種物質(zhì)會(huì)在管道中共存。這三種物質(zhì)的共同運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加劇了管道內(nèi)部的腐蝕，同時(shí)腐蝕最嚴(yán)重的地方是管道的彎曲處，腐蝕后的管壁會(huì)慢慢變薄，直至出現(xiàn)天然氣泄漏。

2.2 管道外部因素

2.2.1 土壤腐蝕

在天然氣管道因腐蝕泄漏的情況下，土壤對管道的腐蝕最為常見。由于天然氣管道在安裝過程中與含有各種物質(zhì)的土壤密切接觸，加上地質(zhì)條件的原因，管道某些節(jié)點(diǎn)處的金相組織不完全相同，因此，會(huì)在很大程度上產(chǎn)生電流電解質(zhì)及腐蝕電流，從長遠(yuǎn)來看，會(huì)造成土壤腐蝕。通常，放置在地下的管道外層必須實(shí)施相應(yīng)的防腐措施，即防腐涂層。防腐涂層的主要作用是將管道的外壁與土壤隔離，防止直接接觸，以避免出現(xiàn)腐蝕狀況。

2.2.2 大氣腐蝕

在中高空安裝輸送管道也較為常見，此時(shí)因空間壓力和空氣稀薄原因，一層薄水膜將出現(xiàn)在管道的外壁表層，隨著薄膜厚度的增加，會(huì)逐漸演化成電化學(xué)腐蝕所需的電解液膜。但也無需太擔(dān)心，當(dāng)管道外層只形成較少的雜質(zhì)水膜時(shí)，并不一定會(huì)形成具有腐蝕性的電解化學(xué)物，但在大氣中產(chǎn)生的水膜大多具有水溶性的堿性氣質(zhì)及熔解后具有腐蝕性氣體，所以安裝在大氣外的輸送管道更易受大氣的腐蝕。此外，風(fēng)吹、日曬、雨雪等自然物質(zhì)侵蝕的累積，也增加了輸送管道的腐蝕率。

3 天燃?xì)忾L輸管道陰極保護(hù)防腐的技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

3.1 套管方式

當(dāng)管道埋藏并穿越高速公路時(shí)，通常需使用套管提供陰極保護(hù)，套管方式使保護(hù)更加合理，在保護(hù)不合理的情況下，屏蔽問題難以解決，通常是用鋅帶以螺旋形纏繞在管道上，并每隔2m用管道焊接一次。

3.2 絕緣分析

隔離連接起到絕緣作用，不僅可防止電流，還可實(shí)現(xiàn)有效的絕緣，以減少電流腐蝕，還可有效防止干擾。隔離時(shí)可安裝干管的連接位置，新老管和非絕緣管的連接位置可連接到頂層，保證了整體絕緣分析策略在連接過程中的應(yīng)用效果。

3.3 交流干擾

在管道中存在一定程度的干擾，不但腐蝕管道與線路。瞬時(shí)感應(yīng)電壓也可突破管道，絕緣裝置易造成安全事故，對于這樣的問題可解決犧牲陽極，應(yīng)在管道完工后立即進(jìn)行施工，以保證陽極的接地效率。管道及接地導(dǎo)體間的距離大約3m最為適宜。管道與絕緣裝置和接地殼串聯(lián)安裝，接地電池立即激活，感應(yīng)電壓進(jìn)入管道并通過接地裝置。

4 天燃?xì)忾L輸管道陰極保護(hù)防腐技術(shù)應(yīng)用

4.1 陽極材料選擇

陰極保護(hù)系統(tǒng)分為強(qiáng)制電流系統(tǒng)及犧牲陽極系統(tǒng)。因城市燃?xì)夤艿榔毡榇嬖谟诔鞘写蟛糠值貐^(qū)，地下管道及設(shè)施在該地區(qū)非常受歡迎，以減少對鄰近管道及建筑物的不利影響。天然氣工程及管道腐蝕控制技術(shù)導(dǎo)則明確了金屬腐蝕原理。金屬失去電子氧化會(huì)導(dǎo)致金屬的腐蝕，如金屬及電解質(zhì)溶液間的界面沉積。大量的負(fù)電荷，腐蝕過程就會(huì)停止，利用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)，運(yùn)用此原則電解液中幾種常見金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極具有較低的電位。鎂、鋁、鋅、鐵、銅等原則上任何材料通過電化學(xué)反應(yīng)都能防止鋼材的腐蝕，具有很高的實(shí)用價(jià)值，用于保護(hù)管道犧牲陽極的陽極材料主要由鎂與鋅組成，其中，鎂是一種理想的陽極材料，但價(jià)格昂貴，因此鎂合金是首選的陽極材料。

4.2 陽極材料計(jì)算

雖然埋在土壤中的管道會(huì)受到各種各樣的腐蝕條件，但最常見的是電化學(xué)腐蝕，一旦發(fā)生電化學(xué)腐蝕，將會(huì)發(fā)生更多的化學(xué)反應(yīng)，繼而發(fā)生鐵原子對輸送管道腐蝕的現(xiàn)象，這導(dǎo)致管道慢慢變薄，并且還會(huì)因腐蝕形成孔洞。有效的解決辦法是把活潑的金屬放在管道周圍，使用導(dǎo)線進(jìn)行連接，將導(dǎo)致陰極的腐蝕被活性金屬的陽極腐蝕所取代。通過對鐵腐蝕的研究和對金屬平衡電位的分析，能有效降低天然氣輸送管道的腐蝕，探究金屬電位變動(dòng)，分析電子移動(dòng)情況，在探究直流供電設(shè)備的控制優(yōu)勢后，可明確陰極維護(hù)站兩側(cè)的輸送管道有一定的長度，首先研究最大保護(hù)長度，然后確定最大保護(hù)長度，便可應(yīng)用于實(shí)際保護(hù)中。在使用過程中，為了達(dá)到更好的保護(hù)效率，可使用陰極保護(hù)裝置，需明確管道陰極保護(hù)的最低要求，即管道陰極保護(hù)電位不應(yīng)低于-850mV（CSE）。了解輸送管道的直徑長度及承壓能力，以選擇更合適的管道外壁保護(hù)層及電流密度保護(hù)?？萍家I(lǐng)發(fā)展，當(dāng)前輸送管道外壁保護(hù)層由三層聚乙烯構(gòu)成，管道保護(hù)采用三層PE，保證電流保護(hù)密度，三層PE保護(hù)層電阻是100000Ωm2，它能更好地控制保護(hù)密度。經(jīng)不斷的設(shè)計(jì)實(shí)踐，三層PE保護(hù)層保護(hù)的管道電流保護(hù)密度為30μA/m2，通過對這些基本目標(biāo)的設(shè)定和對管道內(nèi)全部土壤的分析，可為管道的保護(hù)設(shè)計(jì)提供專業(yè)的解決方案，得出棄陽極系統(tǒng)的計(jì)算公式，并扭轉(zhuǎn)了舍棄陽極的比重。

4.3 犧牲陽極地床

為了使陽極在土壤中能可靠地工作，并有效防止土壤陽極鈍化，犧牲陽極層專門用于特定組件的化學(xué)填充。陽極層可溶解陽極腐蝕產(chǎn)物陽極和陽極周圍持續(xù)的潤濕，材料與局部土壤的分離提供了陽極材料的電阻率約1Ωm。陽極輸出電流的增加及穩(wěn)定的工作環(huán)境，鎂合金犧牲陽極在土壤中抵抗力>20Ωm，填料應(yīng)由75%石膏粉、20%膨潤土、工業(yè)硫酸鈉組成5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對應(yīng)。填料預(yù)先包裝在50mm厚的袋中，確保陽極厚度均勻，成分均勻致密。測量相鄰站電位，完成對最小電位的有效保護(hù)，保護(hù)值為（-0.85V）。分析最小電位的保護(hù)狀況與條件，并將最小電位控制在-0.85V條件上?？刂齐娢恢?，限制最大電位保護(hù)值，保證電位的準(zhǔn)確性受到限制，促使電位不超最大保護(hù)，以完成陰極保護(hù)。

5 結(jié)語

總之，陰極保護(hù)作為一種埋在地下的銅制的管道防腐技術(shù)，已在許多管道中得到了充分運(yùn)用，并取得了顯著地成效。另外，隨著我國社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展對能源的需求不斷增加，而長輸管道是天然氣輸送的重要環(huán)節(jié)，所以需重視陰極保護(hù)防腐技術(shù)對長輸管道在保障運(yùn)輸能源方面所起的作用，這對國民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜鴻.天燃?xì)忾L輸管道陰極保護(hù)防腐的技術(shù)應(yīng)用分析[J].化工管理，2019（09）.

[2]趙忠旺.天燃?xì)忾L輸管道陰極保護(hù)防腐技術(shù)的應(yīng)用[J].工藝與設(shè)備，2019（12）.