天然气长输管道阴极保护防腐技术的应用分析

王锦辉

摘 要：阴极保护是延长长输管道寿命、抑制埋地管道腐蚀的重要手段，已广泛应用于石油、化工、天然气等行业中。本文重点分析了天燃气长输管道阴极保护防腐技术的应用。

关键词：天然气;长输管道;阴极保护;防腐技术

1 阴极保护技术在长输管道防腐中的重要性

当前，我国一些燃气等资源主要传输路径是依靠地下埋藏的长距离输送管道来实现传输，管道的制成材料主要是钢制的螺旋焊管。另外，由于这些管道主要是运用地下埋藏的方法进行铺设传输，所以需经过的路径较长、工程难度大，同时需穿越复杂的地形地段，区域长，所以土壤的性质就会出现不同的种类，这对铺设的传输管道就会存在不同程度上的腐蚀。而这些传输管道一般都是为了城市生产生活所提供能源的，城市的输源管道可以说是城市基础设施建设的重要组成部分，担负的不仅是传输能源原料的工作，同时还影响着城市的生存和发展，在很大程度上可以说是城市发展的重要生命线。但长期埋于地下的长输管道必然会遭到不用性质土壤的不同程度腐蚀，如若没有适当可行的防腐技术作为支撑，必然会出现管道被腐蚀，燃料遭泄露。因此，对长输管道的防腐可以说是重中之重，而阴极保护防腐技术正好填补了这一空自。

2 长输天然气管道造成腐蚀的原因

2.1 管道内部问题

在输送过程中，管道内部与输送物质直接碰触，输送物质中不仅含有纯天然气，它还含有多种化学物质，如二氧化碳、溶解氧、硫化氢、水合物等，在输送过程中不断受温度、流速和压力的变化，输送物质容易发生一定程度的变化，从而粘附在管道内部，导致严重腐蚀。其原因包括：①在管道输送过程中，具有输送量大、输送不间断、输送距离长等特点，加上输送过程中会产生高温高压，正是这样的高温高压可激活酸性气体中的动能及活性因子，從而使管道内的金属腐蚀更加严重;②在输送过程中还会产生部分自由液相化学物质，通常，气、固、液三种物质会在管道中共存。这三种物质的共同运动进一步加剧了管道内部的腐蚀，同时腐蚀最严重的地方是管道的弯曲处，腐蚀后的管壁会慢慢变薄，直至出现天然气泄漏。

2.2 管道外部因素

2.2.1 土壤腐蚀

在天然气管道因腐蚀泄漏的情况下，土壤对管道的腐蚀最为常见。由于天然气管道在安装过程中与含有各种物质的土壤密切接触，加上地质条件的原因，管道某些节点处的金相组织不完全相同，因此，会在很大程度上产生电流电解质及腐蚀电流，从长远来看，会造成土壤腐蚀。通常，放置在地下的管道外层必须实施相应的防腐措施，即防腐涂层。防腐涂层的主要作用是将管道的外壁与土壤隔离，防止直接接触，以避免出现腐蚀状况。

2.2.2 大气腐蚀

在中高空安装输送管道也较为常见，此时因空间压力和空气稀薄原因，一层薄水膜将出现在管道的外壁表层，随着薄膜厚度的增加，会逐渐演化成电化学腐蚀所需的电解液膜。但也无需太担心，当管道外层只形成较少的杂质水膜时，并不一定会形成具有腐蚀性的电解化学物，但在大气中产生的水膜大多具有水溶性的碱性气质及熔解后具有腐蚀性气体，所以安装在大气外的输送管道更易受大气的腐蚀。此外，风吹、日晒、雨雪等自然物质侵蚀的累积，也增加了输送管道的腐蚀率。

3 天燃气长输管道阴极保护防腐的技术应用注意事项

3.1 套管方式

当管道埋藏并穿越高速公路时，通常需使用套管提供阴极保护，套管方式使保护更加合理，在保护不合理的情况下，屏蔽问题难以解决，通常是用锌带以螺旋形缠绕在管道上，并每隔2m用管道焊接一次。

3.2 绝缘分析

隔离连接起到绝缘作用，不仅可防止电流，还可实现有效的绝缘，以减少电流腐蚀，还可有效防止干扰。隔离时可安装干管的连接位置，新老管和非绝缘管的连接位置可连接到顶层，保证了整体绝缘分析策略在连接过程中的应用效果。

3.3 交流干扰

在管道中存在一定程度的干扰，不但腐蚀管道与线路。瞬时感应电压也可突破管道，绝缘装置易造成安全事故，对于这样的问题可解决牺牲阳极，应在管道完工后立即进行施工，以保证阳极的接地效率。管道及接地导体间的距离大约3m最为适宜。管道与绝缘装置和接地壳串联安装，接地电池立即激活，感应电压进入管道并通过接地装置。

4 天燃气长输管道阴极保护防腐技术应用

4.1 阳极材料选择

阴极保护系统分为强制电流系统及牺牲阳极系统。因城市燃气管道普遍存在于城市大部分地区，地下管道及设施在该地区非常受欢迎，以减少对邻近管道及建筑物的不利影响。天然气工程及管道腐蚀控制技术导则明确了金属腐蚀原理。金属失去电子氧化会导致金属的腐蚀，如金属及电解质溶液间的界面沉积。大量的负电荷，腐蚀过程就会停止，利用牺牲阳极的阴极保护技术，运用此原则电解液中几种常见金属的标准电极具有较低的电位。镁、铝、锌、铁、铜等原则上任何材料通过电化学反应都能防止钢材的腐蚀，具有很高的实用价值，用于保护管道牺牲阳极的阳极材料主要由镁与锌组成，其中，镁是一种理想的阳极材料，但价格昂贵，因此镁合金是首选的阳极材料。

4.2 阳极材料计算

虽然埋在土壤中的管道会受到各种各样的腐蚀条件，但最常见的是电化学腐蚀，一旦发生电化学腐蚀，将会发生更多的化学反应，继而发生铁原子对输送管道腐蚀的现象，这导致管道慢慢变薄，并且还会因腐蚀形成孔洞。有效的解决办法是把活泼的金属放在管道周围，使用导线进行连接，将导致阴极的腐蚀被活性金属的阳极腐蚀所取代。通过对铁腐蚀的研究和对金属平衡电位的分析，能有效降低天然气输送管道的腐蚀，探究金属电位变动，分析电子移动情况，在探究直流供电设备的控制优势后，可明确阴极维护站两侧的输送管道有一定的长度，首先研究最大保护长度，然后确定最大保护长度，便可应用于实际保护中。在使用过程中，为了达到更好的保护效率，可使用阴极保护装置，需明确管道阴极保护的最低要求，即管道阴极保护电位不应低于-850mV（CSE）。了解输送管道的直径长度及承压能力，以选择更合适的管道外壁保护层及电流密度保护。科技引领发展，当前输送管道外壁保护层由三层聚乙烯构成，管道保护采用三层PE，保证电流保护密度，三层PE保护层电阻是100000Ωm2，它能更好地控制保护密度。经不断的设计实践，三层PE保护层保护的管道电流保护密度为30μA/m2，通过对这些基本目标的设定和对管道内全部土壤的分析，可为管道的保护设计提供专业的解决方案，得出弃阳极系统的计算公式，并扭转了舍弃阳极的比重。

4.3 牺牲阳极地床

为了使阳极在土壤中能可靠地工作，并有效防止土壤阳极钝化，牺牲阳极层专门用于特定组件的化学填充。阳极层可溶解阳极腐蚀产物阳极和阳极周围持续的润湿，材料与局部土壤的分离提供了阳极材料的电阻率约1Ωm。阳极输出电流的增加及稳定的工作环境，镁合金牺牲阳极在土壤中抵抗力>20Ωm，填料应由75%石膏粉、20%膨润土、工业硫酸钠组成5%的质量分数对应。填料预先包装在50mm厚的袋中，确保阳极厚度均匀，成分均匀致密。测量相邻站电位，完成对最小电位的有效保护，保护值为（-0.85V）。分析最小电位的保护状况与条件，并将最小电位控制在-0.85V条件上。控制电位值，限制最大电位保护值，保证电位的准确性受到限制，促使电位不超最大保护，以完成阴极保护。

5 结语

总之，阴极保护作为一种埋在地下的铜制的管道防腐技术，已在许多管道中得到了充分运用，并取得了显著地成效。另外，随着我国社会的发展，经济的飞速发展对能源的需求不断增加，而长输管道是天然气输送的重要环节，所以需重视阴极保护防腐技术对长输管道在保障运输能源方面所起的作用，这对国民经济的健康稳定发展至关重要。

参考文献：

[1]杜鸿.天燃气长输管道阴极保护防腐的技术应用分析[J].化工管理，2019（09）.

[2]赵忠旺.天燃气长输管道阴极保护防腐技术的应用[J].工艺与设备，2019（12）.