浅议油气长输管道腐蚀原因及阴极保护应用探讨

李淼

关键词：长输管道;腐蚀;保护

0 引言

随着油气的使用量不断增加，油气长输管道的使用量也在不断增加。在这些管道的实际使用过程中，腐蚀是造成事故频发的主要因素，腐蚀问题会直接引起管道的泄露，容易引起火灾、爆炸和环境污染事故。目前对长输管道防腐的措施很多，但大部分都成本较高，施工也较为复杂。由于油气长输管道多为金属制成，因此可以采用防腐效果良好且成本相对较低的阴极保护方法。

1 油气长输管道腐蚀原因分析

1.1 管道外壁腐蚀

1.1.1 土壤腐蚀

土壤是一个复杂的介质。一般土壤中均含有气、液、固三相的物质，其中有的部分还具有一定的导电性。同时，管道各处的结构也不全相同，土壤中还存在着大量的土壤微生物。因此，影响土壤腐蚀主要有以下因素：①土壤性质。土壤中如果存在较大的孔隙度时，这些空隙中能够存在大量水分、微观粒子和气体，当其与管道直接接触时，容易腐蚀天然气管道外壁;②电化学腐蚀。土壤中含有部分导电的溶液和杂乱电流，由于不同溶液有不同的浓度和电位差，对管道也会产生不同程度的电化学腐蚀;③微生物。土壤中有时会存在还原菌，还原菌會将溶解的腐蚀性酸盐转化为还原性酸溶液，降低了土壤的pH值，酸性土壤进而和管材中的铁及铁合金发生反应，腐蚀并加快了外界对外壁的腐蚀。

1.1.2 大气腐蚀

大气腐蚀对于金属腐蚀而言，是最为普通的一种腐蚀方式。大气腐蚀受到管道所处的地理环境的影响较大，不同地区的管道由于外界气候条件差异大而导致腐蚀速率差异极大。在含有较多的腐蚀性组分的环境，暴露在空气中的管道腐蚀就会大大加重。同时，大气腐蚀也与在空气中的水分和氧气的含量有主要关系，管材在海边的腐蚀速度要远比内陆的管材腐蚀速率高。离海岸越近，空气中水含量越大，腐蚀程度越高。

1.2 内壁腐蚀

管道输送介质中存在的腐蚀性气体杂质，如，二氧化碳、硫化氢等。此外，在外界条件的影响下，如，使管道内部的温度、压力、流速快速变化的情况下，管道内壁也会遭受到严重的腐蚀。

1.2.1 冲刷腐蚀

冲刷腐蚀是冲刷和腐蚀相互作用而引起的管材表面腐蚀，主要由液固两相流动过程中，流体流动速度较快，引起管道内壁的腐蚀。同时流体中的固相会不断冲击钢铁的表面，剥离出天然气管道表面腐蚀的部分，并在高速的流体中直接被带走，不断暴露出新的金属面，从而进一步加快腐蚀。冲刷与腐蚀相互促进，腐蚀情况比较严重。冲刷腐蚀中的液相一般由于压降导致天然气管道中的饱和天然气出现液相，且管道中含有一些固体杂质，会出现气、液、固三相流动的状态，因而出现冲刷腐蚀。

1.2.2 高温高压腐蚀

高温高压腐蚀一般发生在采油采气井中，随着地层的深度逐渐变深，地层的压力和温度显著提高。油气井处于高温高压的工作条件下，酸性物质对材料的腐蚀速度会提高。同时，温度的升高，一定程度上也会提高材料的抗腐蚀破裂能力，一定程度上可以提高管道的抗腐蚀能力。但一般来说，高温高压更倾向于导致加重管道的腐蚀变化。

1.2.3 酸性气体腐蚀

含有酸性组分的天然气会在管道内形成酸性环境，酸性组分与管道保护膜进行化学反应，逐步破坏管道的保护膜后，开始腐蚀天然气管道，另一方面，该腐蚀也容易形成原电池，进而发生吸氧腐蚀。进一步加快管材的腐蚀速率。

2 阴极保护原理

根据腐蚀原因分析和电化学保护机理，使被保护金属表面得到足够的电子，这样金属原子不容易失去电子而抑制了金属的腐蚀。其实质就是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，金属表面各点低于一负电位，使金属原子不容易失去电子而变成离子溶入电解质的过程。通常施加阴极保护电流有两种方法：外加电流和牺牲阳极保护。

3 浅析长输管道阴极保护工作目前存在的问题

①由于长输管道阴极保护受到交流干扰，在保护管道周围会有散乱的电流通过，使得恒电位仪在使用过程中，无法正常工作，管道得不到正常保护，影响正常使用;②长输管道阴极保护站在阳极地床上会容易出现漏电现象，极其容易造成腐蚀，给地床下面的通气设备造成严重阻塞，阳极周边的土壤很容易干燥等情况。电位在电缆的上位和下位容易不平衡。电极一旦失效，电位差值就会比较大。在长输管道外侧的防腐层很容易被腐蚀，更严重的话，出现漏点现象;③由于长输管道中的极少部分管道虽然到达了保护电位的要求，但是大部分的管道还是未达标的，这就给管道的腐蚀埋下很大的隐患，从而加大内部的电阻值，很难达到标准电压。

4 长输管道阴极保护方法的优点和缺点

长输管道主要是铺设在电阻率比较小的土壤上，当土壤的电阻率大于15的时候，这时就必须要使用镁合金牺牲阳极，当电阻率大于150的时候，就必须采用专门的材料做为牺牲阳极。使用牺牲阳极系统的方式进行保护的时候，其优点有很多，首先比较简便，不需要在外部设置电源，其次是能够减少对周边的金属伤害，干扰性比较小，对管道的维护比较方便，能够最大程度的节约资金;再次是工程的费用能够随着保护的时间增加而增加，最后也是最重要的一点就是能够保障管道内的电流分布比较均匀合适。

但是这种保护方法也是有缺点的，有很多的限制条件，比如说，不能够在电阻值比较大的时候使用，电流虽然能够分布的比较均匀，但是不能够进行调节，在长输管道上必须添加了防腐覆盖层，而且防腐覆盖层的质量必须能够达到标准，对于锌和镁合金的使用，需要定期进行更换，杂散的电流处也不能够使用，而且出现电极逆转的现象也时常发生。

5 长输管道阴极保护系统升级保护措施

在长输管道的阴极保护系统过程中，会时常遇到漏点的现象，需要加厚在连接点的位置，这种保护的方式能够保障管道能够运行安全，而且还能延长管道的寿命。所以，对于新建长输管道容易发生漏点的位置，考虑在管道外面加套混凝土套管，并在套管中增加绝缘支架，能够防止长输管道阴极保护系统减少由于绝缘效果引起的问题和故障。

在长输管道和高压输电线比较接近的时候，要减少由于高压电流对长输管道引起的破坏，常用的方式就是使用两根裸铜导线作为接地体放置在长输管道的两侧，再使用固态去耦合器将管道和接地体进行连接，这就能够极大程度的保护阴极电流的流失现象，避免了交流的腐蚀。

对于钢制管道的并行铺设，为防止各管道阴极保护系统相互干扰，要对各个因素进行综合考虑分析，优化设计，比如对于不是在同一个阴极保护系统的不同管道之间并行间距尽量大于5m，保证新建管道的防腐层的厚度、完整性以及施工质量;对于在同一个阴极保护系统的不同管道，尽量同沟敷设，并且每间隔一定距离做等电位跨接。

6 结论与认识

长输管道的阴极保护，有牺牲阳极法和强制电流法保护，工程中要对各个方面进行综合分析，考虑到土壤的电阻率、受干扰程度、管道的长度以及工程造价等，综合考虑后选用合适的阴极保护方法，加强对管道腐蚀的防护，避免产生重大事故。

参考文献：

[1]冯洪臣.管道阴极保护——设计、安装和运营[M].北京：化学工业出版社，2015.