论文部分内容阅读
【摘要】伴随着“西气东输”等石油天然气超级工程，石油天然气管道的延伸长度和范围越来越广，在天然气输送过程中，由于二氧化硫、硫化氢等伴生气，以及沿途恶劣地下环境等的影响下，石油天然气管道腐蚀严重，不仅造成了重大经济损失，而且买下来天然气泄漏导致火灾、爆炸的隐患。因此，有针对性的对石油天然气管道采取防腐保护措施，开发更加便捷有效的防腐技术势在必行。
【关键词】天然气管道 防腐技术
1 引言
党的十八大过后，全国各地掀起了生态经济、节能减排的热潮。金属腐蚀是一个重大的经济问题，而且与社会民生和国家稳定有着间接的关系。在一些工业发达的国家，金属腐蚀所带来的直接经济损失占据了该国国民生产总值的近3%。我国正努力的迈向社会主义现代化建设，将他国教训引以为鉴，认真做好石油天然气管道防腐，为造福社会和子孙后代做出应有的贡献。
2 天然气管道腐蚀机理
根据大量工程实际发现，天然气管道腐蚀主要受到管材质量、输送介质和管道防腐措施的影响。按照导致天然气管道腐蚀的因素分为均匀腐蚀、埋地腐蚀、应力腐蚀、冲刷腐蚀。
2.1 均匀腐蚀
从地底采收的天然气经过天然气净化厂通过长输管道输送，由于净化过程不彻底或者其他因素，天然气中含有少量的水蒸气、SO2、H2S、CO2等，酸性气体溶解于水蒸气当中，腐蚀管线内壁，并且在管道弯头连接处容易形成水合物而堵塞管道，形成均匀腐蚀。
2.2 埋地腐蚀
埋地天然气管道由于管线表面粗糙程度和晶格结构不同，在雨水和地下水分和氧气的作用下形成了电化学腐蚀，埋地管道表面逐渐腐蚀脱落，形成局部埋地管道腐蚀。
2.3 应力腐蚀
在管道弯头部分，酸性气体溶于水并且捕捉甲烷分子形成水合物，堵塞了管道，管道的内壁不均匀，在高压输气条件下，容易形成较为严重的应力腐蚀，通常表现为弯头穿孔、壁面凹陷等。另外HS—会附着在钢材表面，导致钢材的韧性和抗腐蚀能力下降，钢材抗外界应力的能力不足，容易发生断裂。
2.4 冲刷腐蚀
气体流速较高时，管道钢遭受冲刷腐蚀也比较严重，由于腐蚀产物被直接冲击的气流带走，新的金属面不断裸露，从而加速了腐蚀，曾发生多次的弯头处气流冲击面壁厚减薄而引起的泄漏事故。另外雨水和地下水冲刷作用会破坏防腐层，从而导致金属管壁裸露，腐蚀加快。
3 天然气管道防腐技术
3.1 埋地钢质管道外防腐涂层
目前，世界各国埋地钢质管道所使用的外防腐覆盖层主要有石油沥青、煤焦油瓷漆、挤塑聚乙烯、聚乙烯胶结带、熔结环氧树脂末（FBE）及复合覆盖层（含三层PE）。
3.1.1 石油沥青
石油沥青是使用历史最长的防腐涂料，取材容易，价格较低、施工技术简单。但由于吸水率高、易老化、抗土壤应力能力低、耐热性差（高温下流淌）、不抗细菌破坏与植物根系穿透等。如果腐蚀环境无微生物、无深根植物，温度适当，则选用石油沥青是一种经济适用的防腐覆盖层。
3.1.2 煤焦油瓷漆
煤焦油瓷漆也是使用最早的防腐涂料，它克服了石油沥青的缺陷，具有很强的抵御细菌、碱类与其他化学物侵蚀的能力和很好的机械强度，防吸水性、抗老化性好。但抗土壤应力和热稳定性较差，与阴极保护相容性较差。因此在较低温度环境下的冷脆和炎热环境下的流淌限制了它的使用范围。
3.1.3 环氧煤沥青
环氧煤沥青是以环氧树脂与煤焦油为主配合而成的防腐材料。具有粘结力强、抗土壤应力能力好、耐水、耐微生物等优点。但施工时固化时间长，在固化起保持管道不受污染是有较大困难。因此，这种防腐层在国外多用于防腐层修复和管件及一些不规则的管道上。
3.1.4 熔结环氧粉末
熔结环氧粉末是所有防腐涂料中与钢管粘结力最强、抗各种环境腐蚀最好、抗机械冲击最高和良好的热稳定性的防腐涂料，但由于涂敷层薄，抗尖锐物体的冲击性较差，在石方地段要慎用，并且防水性差，长期处于潮湿环境下会产生气泡。
3.1.5 聚乙烯胶粘带
聚乙烯胶粘带是目前世界上较为先进的一种防腐覆盖层，其底层为熔结环氧粉末，中间为一层共聚粘结剂，外面缠绕一层挤塑聚乙烯。因此，它具有熔结环氧粉和挤塑缠绕聚乙烯两者的优点，相互补充各自的不足，是一种各项性能优异的防腐层，并具有很高的电阻值及抗杂散电流的能力。但抗土壤应力能力较差，特别是在高温下，易于因粘结力差和电阻高而产生阴极屏蔽。
3.1.6 挤出聚乙烯防腐层
挤出聚乙烯防腐层应用高密度聚乙烯，其防水性能好、电阻值大、机械性能高，但粘着性、热稳定性和抗土壤应力性能不如熔结环氧粉末。因此，多用于较小口径的管道上。
3.2 埋地钢质管道阴极保护
长输管道阴极保护技术是一项成熟的应用技术。根据环境及所选防腐层，确定阴极保护方式及保护参数。根据提供电流的方式不同，对埋地管线的阴极保护通常有外加电流法的阴极保、牺牲阳极法的阴极保护两种方法。对于一般的埋地管线采用外加电流法的阴极保护，而对于穿越铁路、公路、河流或江河带套管的管道，由于金属套管的屏蔽作用，采用镁或镁合金、锌或锌合金阳极牺牲阳极保护。
3.2.1 外加电流阴极保护
使用外加电源对被保护管道施加负电流，将被保护管道与外加直流电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低管道腐蚀速率的方法。其优点是：
（1）驱动电压高，能够灵活控制阴极保护电流的输出量；
（2）在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中适用；
（3）适用不溶性阳极材料可做长期阴极保护；
（4）如果管道防腐绝缘层质量良好，一座阴极保护站可以保护几十公里的范围；
（5）对局部裸露或防腐绝缘层质量较差的管道也能达到完全的保护。缺点是：
需要外部电源；
（2）对邻近的地下金属设施易产生干扰；
（3）维护技术较牺牲阳极保护复杂；（4）一次性投资费用高。3.2.2 牺牲阳极保护
采用具有较负电位的金属阳极与被保护管道实行电偶连接，将被保护管道和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金（即牺牲阳极）相连，使被保护管道阴极极化以降低管道腐蚀速率的方法。在被保护管道（阴极）与牺牲阳极所形成的大地电池中，牺牲阳极被逐渐腐蚀消耗。这种保护方式的优点是：
（1）保护电流的利用率高，不会发生过保护；
（2）适用于无电源地区或短距离的管道；
（3）对邻近的地下金属设施无干扰影响；
（4）施工技术简单，安装及维护费用低；
（5）管道的接地、保护兼顾；
（6）日常管理工作量小。缺点是：①驱动电位低，保护电流调节困难；②使用范围受土壤电阻率的限制；③对大口径、裸露或防腐绝缘差的管道实施困难；
④在杂散电流干扰强烈地区，将丧失保护作用；
⑤保护时间受牺牲阳极寿命的限制。
4 结束语
我国现有7万多公里的城市埋地燃气输送管道，其中有40%已运行20年左右，不少管道已进入事故高发阶段。天然气管网日常管理的重要任务之一是预防各种腐蚀事故和自然与人为灾害发生。为将后期控制的被动管理变为主动管理，应将防腐设施及相关资料与管网的地理信息相结合形成独立的体系，实现计算机网络化管理，以便捕捉、分析、统计管网的各种数据，及时准确预报，防止各种隐患发生。
参考文献
[1] 奥斯特罗夫（美）.腐蚀控制手册[M].北京：石油工业出版社，1988
[2] 寇杰等.油气管道腐蚀与防护[M].中国石化出版社，2008
【关键词】天然气管道 防腐技术
1 引言
党的十八大过后，全国各地掀起了生态经济、节能减排的热潮。金属腐蚀是一个重大的经济问题，而且与社会民生和国家稳定有着间接的关系。在一些工业发达的国家，金属腐蚀所带来的直接经济损失占据了该国国民生产总值的近3%。我国正努力的迈向社会主义现代化建设，将他国教训引以为鉴，认真做好石油天然气管道防腐，为造福社会和子孙后代做出应有的贡献。
2 天然气管道腐蚀机理
根据大量工程实际发现，天然气管道腐蚀主要受到管材质量、输送介质和管道防腐措施的影响。按照导致天然气管道腐蚀的因素分为均匀腐蚀、埋地腐蚀、应力腐蚀、冲刷腐蚀。
2.1 均匀腐蚀
从地底采收的天然气经过天然气净化厂通过长输管道输送，由于净化过程不彻底或者其他因素，天然气中含有少量的水蒸气、SO2、H2S、CO2等，酸性气体溶解于水蒸气当中，腐蚀管线内壁，并且在管道弯头连接处容易形成水合物而堵塞管道，形成均匀腐蚀。
2.2 埋地腐蚀
埋地天然气管道由于管线表面粗糙程度和晶格结构不同，在雨水和地下水分和氧气的作用下形成了电化学腐蚀，埋地管道表面逐渐腐蚀脱落，形成局部埋地管道腐蚀。
2.3 应力腐蚀
在管道弯头部分，酸性气体溶于水并且捕捉甲烷分子形成水合物，堵塞了管道，管道的内壁不均匀，在高压输气条件下，容易形成较为严重的应力腐蚀，通常表现为弯头穿孔、壁面凹陷等。另外HS—会附着在钢材表面，导致钢材的韧性和抗腐蚀能力下降，钢材抗外界应力的能力不足，容易发生断裂。
2.4 冲刷腐蚀
气体流速较高时，管道钢遭受冲刷腐蚀也比较严重，由于腐蚀产物被直接冲击的气流带走，新的金属面不断裸露，从而加速了腐蚀，曾发生多次的弯头处气流冲击面壁厚减薄而引起的泄漏事故。另外雨水和地下水冲刷作用会破坏防腐层，从而导致金属管壁裸露，腐蚀加快。
3 天然气管道防腐技术
3.1 埋地钢质管道外防腐涂层
目前，世界各国埋地钢质管道所使用的外防腐覆盖层主要有石油沥青、煤焦油瓷漆、挤塑聚乙烯、聚乙烯胶结带、熔结环氧树脂末（FBE）及复合覆盖层（含三层PE）。
3.1.1 石油沥青
石油沥青是使用历史最长的防腐涂料，取材容易，价格较低、施工技术简单。但由于吸水率高、易老化、抗土壤应力能力低、耐热性差（高温下流淌）、不抗细菌破坏与植物根系穿透等。如果腐蚀环境无微生物、无深根植物，温度适当，则选用石油沥青是一种经济适用的防腐覆盖层。
3.1.2 煤焦油瓷漆
煤焦油瓷漆也是使用最早的防腐涂料，它克服了石油沥青的缺陷，具有很强的抵御细菌、碱类与其他化学物侵蚀的能力和很好的机械强度，防吸水性、抗老化性好。但抗土壤应力和热稳定性较差，与阴极保护相容性较差。因此在较低温度环境下的冷脆和炎热环境下的流淌限制了它的使用范围。
3.1.3 环氧煤沥青
环氧煤沥青是以环氧树脂与煤焦油为主配合而成的防腐材料。具有粘结力强、抗土壤应力能力好、耐水、耐微生物等优点。但施工时固化时间长，在固化起保持管道不受污染是有较大困难。因此，这种防腐层在国外多用于防腐层修复和管件及一些不规则的管道上。
3.1.4 熔结环氧粉末
熔结环氧粉末是所有防腐涂料中与钢管粘结力最强、抗各种环境腐蚀最好、抗机械冲击最高和良好的热稳定性的防腐涂料，但由于涂敷层薄，抗尖锐物体的冲击性较差，在石方地段要慎用，并且防水性差，长期处于潮湿环境下会产生气泡。
3.1.5 聚乙烯胶粘带
聚乙烯胶粘带是目前世界上较为先进的一种防腐覆盖层，其底层为熔结环氧粉末，中间为一层共聚粘结剂，外面缠绕一层挤塑聚乙烯。因此，它具有熔结环氧粉和挤塑缠绕聚乙烯两者的优点，相互补充各自的不足，是一种各项性能优异的防腐层，并具有很高的电阻值及抗杂散电流的能力。但抗土壤应力能力较差，特别是在高温下，易于因粘结力差和电阻高而产生阴极屏蔽。
3.1.6 挤出聚乙烯防腐层
挤出聚乙烯防腐层应用高密度聚乙烯，其防水性能好、电阻值大、机械性能高，但粘着性、热稳定性和抗土壤应力性能不如熔结环氧粉末。因此，多用于较小口径的管道上。
3.2 埋地钢质管道阴极保护
长输管道阴极保护技术是一项成熟的应用技术。根据环境及所选防腐层，确定阴极保护方式及保护参数。根据提供电流的方式不同，对埋地管线的阴极保护通常有外加电流法的阴极保、牺牲阳极法的阴极保护两种方法。对于一般的埋地管线采用外加电流法的阴极保护，而对于穿越铁路、公路、河流或江河带套管的管道，由于金属套管的屏蔽作用，采用镁或镁合金、锌或锌合金阳极牺牲阳极保护。
3.2.1 外加电流阴极保护
使用外加电源对被保护管道施加负电流，将被保护管道与外加直流电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低管道腐蚀速率的方法。其优点是：
（1）驱动电压高，能够灵活控制阴极保护电流的输出量；
（2）在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中适用；
（3）适用不溶性阳极材料可做长期阴极保护；
（4）如果管道防腐绝缘层质量良好，一座阴极保护站可以保护几十公里的范围；
（5）对局部裸露或防腐绝缘层质量较差的管道也能达到完全的保护。缺点是：
需要外部电源；
（2）对邻近的地下金属设施易产生干扰；
（3）维护技术较牺牲阳极保护复杂；（4）一次性投资费用高。3.2.2 牺牲阳极保护
采用具有较负电位的金属阳极与被保护管道实行电偶连接，将被保护管道和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金（即牺牲阳极）相连，使被保护管道阴极极化以降低管道腐蚀速率的方法。在被保护管道（阴极）与牺牲阳极所形成的大地电池中，牺牲阳极被逐渐腐蚀消耗。这种保护方式的优点是：
（1）保护电流的利用率高，不会发生过保护；
（2）适用于无电源地区或短距离的管道；
（3）对邻近的地下金属设施无干扰影响；
（4）施工技术简单，安装及维护费用低；
（5）管道的接地、保护兼顾；
（6）日常管理工作量小。缺点是：①驱动电位低，保护电流调节困难；②使用范围受土壤电阻率的限制；③对大口径、裸露或防腐绝缘差的管道实施困难；
④在杂散电流干扰强烈地区，将丧失保护作用；
⑤保护时间受牺牲阳极寿命的限制。
4 结束语
我国现有7万多公里的城市埋地燃气输送管道，其中有40%已运行20年左右，不少管道已进入事故高发阶段。天然气管网日常管理的重要任务之一是预防各种腐蚀事故和自然与人为灾害发生。为将后期控制的被动管理变为主动管理，应将防腐设施及相关资料与管网的地理信息相结合形成独立的体系，实现计算机网络化管理，以便捕捉、分析、统计管网的各种数据，及时准确预报，防止各种隐患发生。
参考文献
[1] 奥斯特罗夫（美）.腐蚀控制手册[M].北京：石油工业出版社，1988
[2] 寇杰等.油气管道腐蚀与防护[M].中国石化出版社，2008