长输天然气管道防腐层及阴极保护技术中存在的问题及解决措施

吴 相，汪久虎

（国家管网集团西南管道有限责任公司兰成渝输油分公司，四川 成都 610000）

前言

天然气管道因腐蚀导致天然气泄漏，影响民生正常使用，污染环境且会引发火灾事故。因此，在建设长输管道时需引入先进的防腐技术保障天然气管道具备防腐性能，提高管道的使用寿命。以下内容针对长输天然气管道防腐层、阴极保护技术存在的问题及解决措施进行了研究。

1 长输天然气管道腐蚀的原因及阴极保护的现状分析

1.1 长输天然气管道腐蚀的原因分析

1.1.1 材质和工艺因素。在制作长输管道时选择的材料为钢材，分析钢材的成分可知属于各类金属成分，而金属在一定的湿度与温度下极易产生腐蚀的问题。在制作钢管时采用的技术工艺普遍运用微晶结构模式，而微晶结构对于材质的要求较高，如果材质表面存在着问题与缺陷，在钢管应用一段时间后会因材质表面中的问题与缺陷而引发腐蚀开裂的现象。

1.1.2 埋地腐蚀隐患严重。根据因埋地措施引起的腐蚀问题，首先，管道钢材属于金属材质，拥有着电化学特质且不均匀，土壤拥有的物理性质与化学性质也存在不均匀现象，在金属材质拥有的电化学特质促进下为土壤腐蚀提供了充分的条件。其次，在电极反应过程中会受到细菌作用而促进铁与可溶硫酸盐朝向氢进行逐渐转变。最后，在管道埋入土壤中还会受到杂散电流的影响而产生腐蚀破坏的现象。

1.1.3 不够到位的管道腐蚀防护效果。一般情况下埋地管道中采用的是双重防护模式：一是阴极保护模式，二是防腐蚀覆盖层模式，无论应用的是哪一种防护措施，最关键的环节是此技术对于现场环境存在的腐蚀因素能够有效抵御，如果环境影响到埋地管道，会产生覆盖层从钢筋上逐渐剥离。因此，要实现管道防腐效果达到最佳，需要应用行之有效的措施进行防护。

1.2 阴极保护的现状分析

在建设长输管道时普遍采用的敷设方式为埋地模式，在实施埋地措施时会受到地形与地段复杂及其他不同的因素影响，要保证埋地的金属管道能够具备较强的防腐性能。为了保证管道能够拥有较强的抗腐蚀能力，采用的措施为阴极保护技术。阴极保护技术具有电化学性的特点，此技术是在古老技术基础上经过研究后而创新的一种新型技术。在社会不断发展的过程中促进了阴极保护技术不断更新，保护方式诞生出多个模式，并且每个模式的诞生都显著提升了防腐的效果。

2 天然气长输管道防腐的重要性

在大多数钢制的天然气管道传输天然气时，管道内外壁会受到外部环境、内部传输物质的共同影响而产生腐蚀现象，造成穿孔，引发天然气泄漏，严重污染环境、极易引发火灾事故，进而对周围环境及人们的生命安全产生严重影响。因此，在建设长输管道时需要重视防腐工作，积极引入先进的防腐技术保障天然气管道具备防腐性能，在大幅度延长管道被腐蚀时间的同时，提高管道的使用寿命。

3 长输天然气管道阴极保护技术的实际应用分析

经过统计2019 年我国天然气产量总量达到1736.2 亿立方米，同比增长7.83%，截止到2020 年上半年统计出我国天然气产量达到了940.2 亿立方米，同比增长8.81%。建设长输天然气管道实现天然气能源的有效传输。因此，为了实现天然气管道能够具备防腐能力，采用阴极保护技术增强管道的防腐效果，具体应用如下：

3.1 长输天然气管道防腐层的防护技术

3.1.1 地上跨越处管道防腐层的防护技术。在开展天然气管道防腐层修复工作时，需要将输气管线实际运行特点考虑在内，需要根据不同的管线运行情况制定出针对性、有效的修复方案。其中，在修复地上跨越处的管线防腐层时，在检测输气管线工作中要利用钢锉或者是利用钢线刷将原有的防腐层进行清除，在有效清除后实施修复工作可保障防腐修复的效果。在这一过程中需要除锈的等级达到St3级及以上，在除锈工作完成后开展涂漆作业，在具体操作时要以环氧带锈底漆2 道的涂刷工作为主，在控制镀层厚度时需要保障厚度达到70μm 以上。最后实施在管道的最外层涂刷总干膜的工作，在涂抹时同样需要注重厚度的把控，厚度要达到140μm 以上。利用此种修复防腐层的措施可有效加强天然气输气管线所具有的防腐能力，并且同时还能够对输气管线的持久性进行有效的维护，维护效果与修复效果同样突出。

3.1.2 增加埋深处管道防腐层的防护技术。为了保证输气管线能够正常传输天然气，需要实施检测与排除输气管线的工作。在实际检测与排除故障的工作中，需要实施埋深处管线防腐层修复措施，还要将管线的具体位置等基础信息综合考虑在内。输气管线的部分管线会存在长期深埋于地下的过程，而裸露在外的管线部位与需要开展加深埋深的管线达到高度重视的效果。在修复埋深处管线防腐层时，一般会选择的检测方式为目测与电火花检漏相结合的方式，在检测时如果发现防腐层存在不合格的区域，需要针对此区域进行除锈工作。在除锈时要保证应用的等级在Sa2.5级以上，在完成除锈工作后要引入无溶剂液态环氧涂料实施后续修复的工作，采用此种修复的方式能够达到最大限度保障输气管线正常运转的目的。

例如，某地区经过检测埋地长输天然气管道时，经过检测各项数据挖掘出某些区域存在着腐蚀的现象，具体数据如表1 所示。

表1 长输管道防腐层破损腐蚀状态

根据检测结果可以分析出 1 号、3 号、5 号、6 号位置一般情况下不会发生腐蚀，可以暂时不维修。4 号处于阴极保护状态下，只有阴极保护断开后才会产生自然腐蚀的现象，但是防腐层存在破损漏电的问题，产生了保护电流消耗的问题，需要做好监测工作。2 号与7 号如果要断开阴极保护会处于腐蚀状态中，也存在着破损漏电消耗保护电流珠问题。因此，采取开挖修复的措施，开挖后按照上述的修复方式实施。

3.1.3 埋深达到设计要求处的防护技术。在检测输气管线的工作中，对于腐蚀程度相对比较低的管线可直接应用地面防腐层检漏仪的措施，达到有效检测的目的。如果检测结果显示出含有异常管段时可采取开挖修补的措施完成修复防腐层的工作。修复工作的方式与输气管线防腐层所应用的修复模式相同。在具体实施防腐层修复操作时，对防腐层的厚度要把控在450μm 以上。在进行埋深处管线防腐层修复工作时，需要保证修复效果能够与设计要求相符合。

3.1.4 合理选用防腐涂层。为了实现天然气管道的防腐效果，在选择防腐涂层时需要合理化选用。其中，外防腐涂层为主要的防腐手段，主要是在钢管与腐蚀性介质之间创建出绝缘隔离层，防止腐蚀介质与钢管产生接触，进而从根本处防止钢管产生电化学腐蚀问题。而在采用外防腐层防腐手段时，选择的外防腐层需要拥有基本性能、涂层性能满足施工与安装的要求、涂层性能满足使用时的要求。外防腐层需要拥有基本性能：电绝缘性，隔水屏障性，涂敷方法不会影响管道性能，涂敷涂层存在最少缺陷，良好附着力，防止针孔随时间发展，有效抵抗装卸、存储、安装受到的损伤，有效保持绝缘电阻恒定不变，抗剥离能力，抗化学介质破坏能力容易补伤物理性能强无毒且不会影响环境，存储与长距离运输不会产生变化及降解。涂层性能满足施工与安装的要求：抗弯曲性，硬度与耐磨性，抗冲击能力，抗风化能力，补口与补伤难易程度。涂层性能满足使用时的要求：粘结力，耐化学介质浸泡，绝缘电阻与电气强度，抗阴极剥离，抗穿透能力，抗土壤应力。

3.1.5 做好并联防护工作。在应用牺牲阳极法与外加电流阴极保护法时需做好并联防护工作，可以保证获得的成效最佳。首先，要实现管道与外界电绝缘。此过程为开展阴极保护系统的前提。应用涂层方式可大大降低阴极保护所需要的电流，并且还能够显著提升电力分散能力。其次，管道防腐层无法避免破损点的产生，若不能及时实施阴极保护会造成管道产生腐蚀穿孔的问题。因此，要及时实施阴极保护措施防止发生涂层穿孔的问题。再次，防腐涂层可全面性地保护管道外壁，能够有效规避腐蚀问题的产生，让腐蚀现象产生均匀化的特点，可以对防腐涂层破损处实施有效的处理。最后，防腐涂层破损的位置并不能有效确定，导致补修防腐涂层的工作难以顺利开展。如果实施针对整体管道应用阴极保护措施，再通过合理化应用防腐涂层与阴极保护措施且让两种措施同时开展，能够保障管道保护工作达到长期有效的效果。

3.2 长输天然气管道阴极保护技术分析

3.2.1 做好阴极保护站的防护工作。在管理输气管线工作中需要恢复输气管线阴极保护措施，在恢复时需要在输气管线防腐层修复工作完成之后才能进行。在实际修复防腐层工作中，为了保障输气管线尽可能不会受到各种因素影响而产生腐蚀问题，需要引入有效的防腐措施及防腐手段，可显著性地降低腐蚀问题的发生率。从当前的输气管线防腐实际工作中可以看出，普遍应用的防腐方法为阴极保护模式。将输气管线自身拥有的防腐层常常处于暴露外部环境这一因素考虑在内，或者是将输气管线经常处于具有腐蚀环境的因素考虑在内，需要技术人员采取有效的措施降低外部环境对输气管线产生的影响，要借助阴极保护设备达到抵抗外部环境腐蚀的效果。通过重新调试操作输气管线阳极后，实现保护的功能。在此期间会存在阴极保护站缺少电源装置的问题，可利用蓄电池的方式达到保护效果。

3.2.2 牺牲阳极保护技术。在土壤电解质环境中存在着牺牲阳极比金属材料活性更活泼的现象，主要原因是牺牲阳极所具有的电极电位。在与被保护的体电进行连接后会先对腐蚀实施溶解的过程，此时的牺牲阳极金属材料会被消耗且释放出电子，电子在被保护体表面产生阴极还原反应的过程，这一反应抑制了被保护体阳极溶解的过程，进而完成了阴极保护的工作。

3.2.3 外加电流阴极保护技术。外加电流阴极保护技术的工作原理是利用导线实现金属结构与直流电源负极相连接，实现辅助阳极能够与直流电源正极有效连接，连接后存在电子流入阴极表面的过程，此阴极表面是指被保护的长输管道。当外加的电子不能及时与电解质溶液中含有的某些物质产生作用时，会在阴极的表面产生积聚，阴极表面的电极电位会朝向负的方向进行移动，形成阴极极化，金属结构中存在的电子释放过程会受到阻碍。阴极电流如果不断增大，积累的电子也会逐渐增多，在金属结构表面所产生的电极电位负值会增高，而微阳极所释放的电子能力则越来越弱。在金属结构表面形成的阴极极化处于某一值时，微阴极与微阳极会产生等电位的现象，阴阳极之间的电位差处于零的位置，原电池受到了腐蚀作用产生停止。

3.2.4 安装相应的沿线测试桩。在输气管线阴极保护操作时需要实施沿线测试桩的安装工作，应用沿线测试桩不只可以显著提升输气管线自身拥有的防腐层的性能，还有利于管线修复与管理工作，主要表现在：在修复与管理管线时，对于部分管线所处位置不能有效实施修复与管理的区域，可以方便修复与管理的过程。根据多项研究结果可知，在安装沿线测试桩时，需要在每1km 处实施测试桩补桩的工作，目的是通过补桩达到保障防腐层检测结果精准度的要求，能够有效促进输气管线长期稳定的运行，进而达到修复与管理的目的。

4 结束语

综上所述，天然气能源的产量呈现出逐年增加的趋势，已经成为各行各业与人们生活中不可缺少的能源，在应用此能源时需要建设长输天然气管道，在建设时需要重视防腐工作，因为防腐工作决定着天然气是否能够有效、安全地传输，可有效避免因为管道腐蚀而产生威胁环境及周围人民群众人身安全的事故，进一步促进了天然气能源的有效利用并促进我国经济不断增长。