天然气管道腐蚀与防护研究

边威

（大庆油田有限责任公司天然气分公司规划设计研究所，黑龙江 大庆 163000）

经过长时间的思考和现场考证发现，天然气泄漏等事故的发生主要是因为天然气管道的腐蚀产生的。为了天然气能源能够有一个安全光明的发展前景，相关部门已经将管道安全提上日程，将天然气管道的安全问题上升到一个前所未有的高度。因此运用高新技术来将产生的泄漏现象进行及时发现和有效修复并对整个管道线路有一个良好的监控和保养，最大程度地降低泄漏事故的发生。

1 管道腐蚀产生类型分析

所谓腐蚀就是管道的金属组织因接触周围的介质发生具有破坏作用的化学反应。管道与其输送的介质接触发生的腐蚀一般称内腐蚀，管道与外部介质即周围的空气土壤等接触导致的腐蚀一般称外腐蚀。腐蚀使管壁逐步变薄而承受不了内部输送介质的压力，便出现穿孔而导致天然气泄漏。

1.1 化学腐蚀

化学腐蚀就是管道的组成成分与周围物质发生化学反应产生的腐蚀破坏现象，但是这种腐蚀现象并不会直接造成泄漏，而是逐步的在管道的表层产生锈斑，使管道金属壁不断地变薄，在达到一定的程度之后会造成大范围的管壁破坏。这种反应不会将反应的化学能向电能相转换，且反应发生慢，反应范围均匀，同时这种腐蚀最不引人注意，但是却必须进行防护。

1.2 电化学腐蚀

这种腐蚀现象是将管道表面假设成为了一个拥有正极和负极的微电池，因此有电流的产生而产生电的腐蚀。微电池的形成是在管道渗水之后产生电解液，金属元素无法得到电子而形成微电池的阳极，而电解液中的一些物质可以得到电子成为阴极。这种腐蚀现象也有化学反应的产生，是化学能和电能的转换，所以理论上也是化学反应，称为电化学腐蚀。

1.3 生物腐蚀

生物腐蚀是管道中微生物活动的负面效应，类似于细菌的微生物是无处不在的，所以在管道中将加快破坏。另外需要指出，在常见的腐蚀现象中，生物化学腐蚀是最不可避免的，但不是腐蚀性最大范围最广的，腐蚀性最常见的还是电化学腐蚀。

2 造成腐蚀现象的典型影响因素

造成腐蚀的原因是多种多样的，任何一个环节都会存在腐蚀的可能性。首先分析管道的地理位置的影响，天然气管道常年埋于地下，这就不可避免的要遭受胺类、吗啉类等的腐蚀。这里我们分析了在地下发生腐蚀的经验，总结出如下3种影响较大的因素。

2.1 管道的制造原因

管道的腐蚀发生要在制造方面找原因的话主要是两个方面：材料和工艺。就材料而言，钢材是天然气管道生产的主要材料，这种材料在地下的长时间掩埋必然存在隐患，我们熟知的生锈现象就时常发生，这就是管道腐蚀的第一个潜在威胁。地下的温度和湿度一般都比较大，这也是锈斑产生的有利条件，锈迹的产生是单纯的化学反应，但是其中阳离子的产生和水中产生的阴离子又非常容易产生电解质溶液，所以电化学反应也是存在的。然后我们再考虑钢管再生产线上的工艺性影响，深入钢材加工工厂对天然气管道的制造工艺过程可以发现，天然气管道常见的是微晶结构，这种结构在机械制造过程中是很难产生的，对产品的表面具有非常高的要求，不允许有一点的凹形等缺陷，一旦有任何的缺陷存在，就是一个非常大的隐患，极有可能发生裂纹等破坏现象。在这样的高要求下，一些工厂很可能达不到要求而以次品充好，用在具体的工程中，天然气的泄漏现象的发生也就不足为奇了。

2.2 地下以及运输的恶劣环境

地下土壤的成分其实是非常复杂的，其中包括了各种各样的腐蚀物质，同时也可以说土壤并不是单纯的固体物质，在地下依然存在含有无机盐和微生物的水溶液和气态物质，钢材一但接触到水，水溶液腐蚀腐蚀速度会大幅度上升，由于水溶液中的大量的离子进行移动，就是金属表面上的无数个微电池的电流在流动，会产生非常严重的电化学反应。在地下我们完全不能忽略掉垃圾的存在，这是生物化学产生的重要原因，我们都知道垃圾中存在大量的微生物包括细菌和种种具有腐蚀性的微生物，这样在钢材中就极容易产生生物化学腐蚀。微生物的腐蚀可大可小，其腐蚀性并不均匀，同时考虑到土壤中各区域包含的物质的不均匀性，因此腐蚀的发生无常理可循，也是进行防护最难把握的。因此在地下进行管道的布置时一定要提前准备好防护措施，一旦在地下发生严重的腐蚀现象很难进行处理，需耗费大量的人力物力。

2.3 物理应力因素

天然气之外运输的过程中肯定是要进行过压缩的，本身就会存在一定的压强，作用在管道壁上，会加速管道腐蚀现象的发生。同样的在天然气的运输过程中也会存在应力的不均匀，我们假设管道由于加工的原因存在裂痕，这样就会使裂痕加深，不稳定的应力相对不稳定的压强对裂痕的扩散要更加严重，在这样的情况下为了避免管道的破裂，除了要保证防护措施到位之外，还必须要确认输送的天然气的压强保持稳定，使天然气在运输的过程中尽可能的降低应力的波动，避免恶性循环的产生。同时这里也对材料的选择和热处理提出了更高的要求，显然抗压能力强的材质更适合运输天然气，进行淬火和调质处理等热加工来加强表面硬度，都可以减缓管道的腐蚀和避免管道的破裂。

3 进行管道防腐蚀的具体举措

3.1 绝缘层防护

这种方式是根据铝的氧化形成氧化膜的思路开展的，形成的防护层会有很多优点（例如，避免天然气管道的金属层与自然界中的腐蚀物质直接接触，防护层可以有效的钝化化学腐蚀，延长管路的使用寿命，绝缘层可以使电解质中电流无法流通，起到防止电化学腐蚀的作用）。在进行涂层处理时，一层涂层并不能保证绝对的防护作用，或者是一层涂层仍然存在许多的缺陷，在美观方面距离理想要求也是相差甚远。针对这种情况一般在管道钢材的表面进行多层防护，一般来说分为底漆、中漆和面漆，同时每一个漆层也必须涂制多次，这样整体性的防止腐蚀现象的产生。其中底漆和中漆主要起到防护作用，防止微生物和化学腐蚀物质与钢材接触，承担主要的防护任务，而面漆的主要目的是满足美观要求。

3.2 阴极保护法

这种传统的保护方式主要是抑制电化学腐蚀，这种方法一般分为两个方面，一个方面是牺牲阳极的阴极保护法，另一种是外加的阴极保护方式。牺牲阳极的阴极保护法是辅助金属的腐蚀电位相较于管道钢材的腐蚀电位还要低得多，这样与管道的钢材金属进行偶接，从而使辅助金属的腐蚀速度大幅度加快，这就是牺牲的阳极，这样将管道钢材的腐蚀效率降到最低，这样形成电偶电池的方式就是牺牲阳极的阴极保护法。而外加的阴极保护法仍然需要辅助性的阳极保护，但是作用不再形成电偶电池而是要在一定的基础上实现与外接阴极的完整的电路连接，这种外加的电流将负极与管路的钢材相连接，使其阴极化，从而实现对钢材的保护。

对于在实际的工程中选用哪种方式来进行天然气管道的防护举措，就必须根据具体的地质条件来进行决议。根据以往的经验来看，对于短距离输送的小型系统，因为其地质中没有电源的加持，物质的电阻效率也是非常的低，因此采用牺牲阳极的阴极保护法可以很好的完成其所需的要求并且不会对资源造成浪费。相反的对于一些长距离传输的大型系统就一定要采用严格的外加电流的阴极保护法，这样再针对剧烈变化的条件是可以保持稳定，同时保护电流可以尽可能的加大，这样就可以最大限度的提高系统的使用寿命。当然再具体的施工环境下还需要进行进一步的加深研究，将现代的高新技术融入其中，开发出新型的阴极保护方式。

4 结语

天然气将成为取代煤能源的重要资源，这一点在很大程度上会再度扩展天然气管道的使用，所以天然气的运输肯定会提到越来越高的地位。必须指出，利用现代快速发展的高新技术将管路运输状况进行监控是有效防护的另一主要手段。在未来，天然气的管道输送必须与计算机技术相结合才能显著的降低腐蚀现象的发生。