長輸天然氣管線防腐措施分析

葉昊(國家管網(wǎng)集團山東天然氣管道有限公司，山東 濟南 250000)

1 天然氣長輸管道防腐的重要性

對于天然氣長輸管線來說，其核心價值在于實現(xiàn)長距離天然氣的運輸，一般會埋設大量的管線，容易受到各種因素影響，出現(xiàn)不同程度的腐蝕現(xiàn)象，如：土壤腐蝕、化學腐蝕等，大部分腐蝕介質產(chǎn)生在天然氣長輸管線中，造成管道不同程度的腐蝕[1]。

天然氣長輸管線腐蝕主要原因有是由土壤腐蝕、局部腐蝕以及細菌腐蝕等，這些腐蝕會造成金屬管道強度不斷下降，嚴重的甚至會給金屬管道結構帶來一定影響，不僅直接影響管道的使用期限，而且還有可能出現(xiàn)天然氣泄漏風險。泄漏到空氣中天然氣如果和明火接觸，可能會發(fā)生爆炸和火災，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。基于此，因此相關部門應給予天然氣長輸管線防腐工作高度重視，結合實際情況做好天然氣長輸管線防腐工作，采取一系列保護與管理措施，防止泄漏發(fā)生，保證天然氣長輸管線運行安全。

2 天然氣長輸管道腐蝕的類型及機理

2.1 管道腐蝕的類型

一般來說，管道腐蝕類型有兩種：一是內壁腐蝕。天然氣管道內壁腐蝕的原因在于天然氣管道內部含有一定的水分，其在管道內部形成一個親水膜，類似于原電池腐蝕，發(fā)生電化學腐蝕現(xiàn)象。或者在天然氣管道中存在硫化氫、二氧化碳等物質，其和金屬產(chǎn)生一定的反應，從而發(fā)生化學腐蝕。二是外壁腐蝕。通常情況下，外壁腐蝕一般產(chǎn)生在架空或者埋地管道中，架空管一般會涂抹一次防腐劑，而埋地管道的化學腐蝕為全方位腐蝕，受到化學腐蝕影響，管壁厚度不均勻，從而出現(xiàn)天然氣泄漏的風險。導致埋地鋼管外壁腐蝕的原因比較多，主要以電化學腐蝕為主[2]。

2.2 腐蝕機理

腐蝕指的是金屬和周圍介質充分結合以后形成的一種化學反應，導致其表面出現(xiàn)不同程度的損壞。對于金屬腐蝕來說，因為電極位置不同，金屬在產(chǎn)生電化學反應過程中，電極電位比較少的位置可能會失去電子，形成陽極；電極電位高的位置則可以獲得電子，形成負極。

3 導致長輸天然氣管線腐蝕的原因

3.1 環(huán)境因素

因為管道一般會采用埋設法，所以會受到自然地理環(huán)境因素的影響，使得天然氣管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。在這種環(huán)境下，腐蝕類型包含了土壤腐蝕、局部腐蝕以及細菌腐蝕等。其中，土壤腐蝕的原因在于土壤結構，一般由空氣、水分、其他固定物質等組成，表面含有大量孔隙，水分中的鹽自身具備離子傳導功能，因此土壤中化學和物理成分相互結合形成一定的電化學反應，從而產(chǎn)生土壤腐蝕現(xiàn)象。

3.2 管道外防腐層因素

一般情況下，管道外部腐蝕保護層的保護功能在避免管道腐蝕中發(fā)揮著重要作用。所以，需要采用高質量材料進行管道外部防腐層的設計?，F(xiàn)階段，我國輸氣管道一般采用的是雙重保護對策，也就是防腐土層、陰極保護等。其中，防腐涂層在其中發(fā)揮著重要作用，需要保證防腐層和天然氣管道充分接觸，防止出現(xiàn)陰極與陽極分離的狀況。如果保護區(qū)發(fā)生局部脫落的狀況，需要適當調整保護參數(shù)的陰極電流，直到滿足防腐要求。

3.3 材質因素

天然氣管道外部腐蝕層絕壁保護天然氣管道腐蝕的外在因素，管道材料則是管道腐蝕的內在因素。當前，我國長輸氣管道一般采用的螺旋焊接鋼管，利用這種材料制作的鋼管中含有大量的非金屬成分，如S 和P 元素，會到來一定的腐蝕性風險。

3.4 管道運輸介質

在天然氣管道長距離運行過程中，天然氣管道傳輸壓力將會給管道帶來一定影響，特別是在天然氣管道壓力增加以及管壁位置發(fā)生變化的情況下，促進了防腐裂紋增長速度的不斷提升。此外，天然氣水分和溫度也會造成管道內壁的腐蝕。例如，在水分含量比較大的情況下，水分附著在管道內壁中，在管道內壁中產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。天然氣管道如果出現(xiàn)腐蝕問題，將會造成天然氣管道的泄漏，從而引發(fā)一系列安全問題。所以，天然氣供應部門需要結合管道的腐蝕程度判斷腐蝕產(chǎn)生原因，有針對性地做好天然氣管道保護工作，促進長輸天然氣管道安全運用水平的提升。

4 長輸天然氣管線的腐蝕防護措施

4.1 內壁腐蝕防護措施

天然氣管道內壁保護可以從兩方面進行：一是對于天然氣管道內壁質量，內壁需要安裝防腐設施，實現(xiàn)管道和天然氣的充分分類，避免天然氣中的有害物質進入到管道內壁。當前我國生產(chǎn)耐腐蝕涂料種類很多，性能和價格上有所不同。在選擇防腐涂料過程中，需要考慮以下幾個因素：防腐材料的絕緣性、耐水性、附著性以及實用性。在實際應用中，要根據(jù)管道使用的具體的要求，通過性能和特定要求的基礎測試，選擇性能好的耐腐蝕涂料。例如，熔融的環(huán)氧粉末展現(xiàn)出較強的抗化學腐蝕性，機械強度比較大，絕緣性能高，但是頂層相對較薄，需要具備一定的抗沖擊能力。與之對應的，兩層熔融環(huán)氧粉末不但能展現(xiàn)出較強的機械性能，同時也可以應用在管道連接位置的光滑涂層表面。二是在天然氣運輸之前將其中的污染物完全清除。在天然氣進入到管道之前，通過采取脫硫、脫水處理方式將天然氣中的腐蝕元素進行處理，將其含量控制在合理范疇內，降低其對天然氣管道的腐蝕與影響。

4.2 外壁腐蝕防護措施

首先，做好天然氣管道規(guī)劃工作。眾所周知，輸氣管道的距離相對比較長，覆蓋范疇廣，不同地區(qū)在土壤組成方面存在一定的不同。所以，在對長輸天然氣管道規(guī)劃過程中，需要對管道覆蓋范疇內土壤情況進行調查與分析，成立專業(yè)的工作團隊，對各個地區(qū)土壤情況進行探究，采取一系列方式避免天然氣管道出現(xiàn)腐蝕問題。其次，結合工程具體要求，選擇適宜的防腐材料。通過調查分析，天然氣管道施工材料一般會給管道防腐性帶來一定影響在實際工作中，需要采取一系列對策實現(xiàn)對施工質量的保護。一方面，對運送到現(xiàn)場的管道質量進行檢查，認真檢查管道內外壁情況，是否存在裂縫；另一方面，嚴格按照施工要求操作，由專業(yè)人員對管道吊裝過程進行檢查，防止出現(xiàn)管道破壞。在吊裝管道過程中，需要根據(jù)施工要求完成焊接，尤其是防止對接頭和彎頭位置。例如，采用輻射交聯(lián)的三層熱縮套管來對周圍焊縫進行處理，及時修復。對于彎頭部分實施防腐工作時，在外部防腐涂層操作上更加困難，可以通過采用兩層熔融環(huán)氧粉末操作方式，并對噴涂表層抗機械損傷情況進行評估，噴涂防護膜。最后，選擇最佳的陰極保護方案。要想避免天然氣管道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，需要采用合理的陰極保護對策，尤其是結合現(xiàn)場實際情況，選擇適宜的陰極保護計劃，其中包含強制電流方式、陰極保護方式等。采用強制電流方式的優(yōu)勢在于，功率能夠結合實際情況進行調節(jié)，實現(xiàn)對天然氣管道的保護，不會受到特定環(huán)境電阻影響，保護裝置使用時間比較長，但是其在應用上也會存在一些問題，如維護工作量比較大，結構容易受到破壞。如果采用的陰極保護方式，無需設有外部電源，不會給相鄰結構帶來影響，調試以后無需進行特殊管理。但其不足之處在于，對管道覆蓋面質量有著嚴格要求，如果施工不當，容易產(chǎn)生質量問題。所以，在實際工作中，需要對保護范疇、現(xiàn)場實際情況調查分析，選擇適宜的保護措施。

4.3 天然氣長輸管道施工過程中的防腐措施

在實際施工中，施工現(xiàn)場管線運輸、裝卸、管理、分布等環(huán)節(jié)，需要嚴格按照施工流程進行操作，防止出現(xiàn)隨意施工的狀況，吊具盡量采用的是尼龍吊帶或者橡膠輥輪吊籃，不可采用鋼絲繩。管道下溝施工中，應該防止和溝壁碰撞，必要的情況下在溝壁鋪設一層防護板，防止造成防腐層的損傷。如果是石方段管溝，需要在管溝底部位置填制0.2 m 厚的細土，避免管線下溝以后造成管線防腐涂層的破壞。如果已經(jīng)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，需要按照修補要求及時處理，消除管線涂層破壞造成的影響。對于天然氣長輸管線全線，需要采用臨時陰極保護措施。臨時陰極保護一般采用的是帶狀鋅陽極，其陽極界面尺寸設定為8.73 mm×10.32 mm，陽極帶通過測試樁和管道直接連接，防止在施工建設中給管道造成影響。

4.4 土壤腐蝕的防護措施

當前，我國在管道保護方面采用的方式有兩種：一是電化學保護。一般情況下，電保護法可以劃分為兩種，即陰極保護法和陽極保護。對于陰極保護來說，也就是在金屬表面通過陰極電流，讓金屬表面出現(xiàn)陰極化，降低或者消除管道土壤腐蝕發(fā)生，讓腐蝕電流為零。對于陽極保護方式，讓被保護金屬保持在一個比較穩(wěn)定的鈍性狀態(tài)，通過外加電源方式實現(xiàn)管道防護效果，這種方式適合應用在天然氣管道中，外加電流陰極保護則是通過給外加直流電源，讓電流從土壤中導入到被保護金屬中，讓被保護金屬結構點位遠遠小于四周環(huán)境。這種方式適合應用在長距離的天然氣管道中。二是雜散電流排流保護。管道沿線和高壓輸電線路比較接近的情況下，高壓輸電線、電氣化鐵路將會給管線帶來一定影響，加劇管道腐蝕。在這種情況下，需要將管線設定在安全區(qū)域內管線的排流保護可以結合施工現(xiàn)場實際情況來確定，不變的情況下可以采取直流排流方式，交變的情況下則可以利用極性排流方式。在管道埋設完成以后，結合雜散電流測量結果選擇對應的排流方式，在雜散電流流出過程中設有組鋅陽極，利用玻璃鋼測試樁與管道充分連接，從而實現(xiàn)排流，減少干擾。

4.5 涂層保護措施

第一，煤焦油瓷漆方式。要想實現(xiàn)天然氣管道的保護，可以把煤焦油瓷漆涂抹在管道外壁，煤焦油瓷漆展現(xiàn)出一定的絕緣性，防腐能力比較強，并且使用時間長，所以對于管道保護應用廣泛，但是在使用這種方式時，也存在一定劣勢，如對溫度有著嚴格要求，如果溫度和使用要求不統(tǒng)一，則會影響防腐效果。并且，這種防腐方式在機械強度上比較低，但是為了獲得理想的防腐效果，需要結合實際情況合理選擇。第二， PE 兩層結構。PE 層展現(xiàn)出的優(yōu)勢比較多，其中包含了絕緣性、防腐性等，無需承擔一定的成本，所以在天然氣管道防腐中應用廣泛。但是這種防范對策在使用中也會存在一些問題，也就是不能長時間受到紫外線的照射，如果這種材料與陽光直接接觸，容易造成材料的老化，影響管道質量。因此，在選擇管道防腐對策過程中，需要對其優(yōu)勢和不足進行綜合思考。第三，PE 三層結構，在使用PE 三層防腐方式過程中，需要利用環(huán)氧粉末和鋼管表現(xiàn)充分結合，達到一定的固定效果。因為環(huán)氧粉末具備一定的防腐能力，因此需要根據(jù)粉末和管道表面情況進行選擇，從而實現(xiàn)對管道表面的保護。

4.6 其他控制措施

長輸天然氣管線除了會給天然氣運行安全帶來一定影響之外，同時也會影響人員的生命與財產(chǎn)安全。所以，在維護管理過程中，需要做好天然氣管道的防腐工作，除了和腐蝕檢測相關的項目，還要定期對管道檢查和維護，及時確定管道腐蝕問題，結合實際情況選擇對應的措施進行處理，保證管道質量安全。一方面，完善天然氣管道防腐工作體系，結合管道腐蝕保護管理要求，定期對天然氣管道進行檢查，重點檢查腐蝕發(fā)生率高的地區(qū)，一旦發(fā)現(xiàn)風險問題及時處理；另一方面，定期對天然氣管道進行檢查與維護，通過把天然氣管道長期腐蝕保護工作融入到管理范疇內，增加日常管道檢修頻率和數(shù)量，防止不必要問題的出現(xiàn)。通過這種方式，不但能夠避免腐蝕問題的發(fā)生，也能節(jié)約成本，提高工程整體效益。此外，加大資金投放，促進技術改革創(chuàng)新。

5 結語

總而言之，長輸天然氣管道項目建設的重點在于天然氣安全運輸，其會直接影響人們生命與財產(chǎn)安全，需要加大安全防護與管理。通過對天然氣管道腐蝕情況的監(jiān)測與分析，加強日常維護與管理，從根源上降低天然氣管道腐蝕幾率，加強技術創(chuàng)新，保證天然氣管道防腐工作的有序進行。