石油天然气管道的防腐保护

史大源 罗霄 朱蕾 刘白杨

作者简介：史大源（1986—），男，本科，工程师，研究方向为管道阴极保护及电气自动化.

摘要：社会的进步发展加大了对石油和天然气的使用需求，同时，在我国能源、化工行业持续发展背景下，使得社会范围内对石油、天然气的进口需求也在不断扩大。在石油、天然气进口数量日益增多的背景下，人们对石油、天然气管道的防腐蚀工作也提出了更高的要求。基于此，本文在阐述石油天燃气管道防腐蚀类型的基础上，结合石油天然气管道腐蚀原理和发展现状，就如何优化石油天然气管道防腐蚀管理进行探究。

关键词：石油;天然气;管道;腐蚀机理;防腐蚀

中图分类号：TE988.2

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-5190

Abstract：The progress and development of society has increased the demand for oil and natural gas. At the same time， under the background of the sustainable development of China's energy and chemical industry， the import demand for oil and natural gas is also expanding. With the increasing number of oil and natural gas imports， people also put forward higher requirements for the anti-corrosion of oil and natural gas pipelines. Therefore， on the basis of expounding the anti-corrosion types of oil and gas pipelines， combined with the corrosion principle and development status of oil and gas pipelines， this paper explores how to optimize the anti-corrosion management of oil and gas pipelines.

Key Words： Petroleum; natural gas; The Conduit; Corrosion mechanism; Corrosion protection

1 石油天然氣管道腐蚀机理和腐蚀现状

1.1 机理

按照石油天然气管道的腐蚀反应原理来说，石油天然气管道的腐蚀包含化学腐蚀、电化学腐蚀、生物化学腐蚀，化学腐蚀是土壤、空气、管道中各类化学介质和金属接触产生引起的，在物质的接触下不会出现化学能向电能的转化。在出现化学腐蚀的时候，整个管道金属表面的流失会呈现出均匀的状态。一般情况下，石油天然气的电化学腐蚀是金属在电解质中所出现的电流流动腐蚀一，即表现为金属在电解质溶液中出现的溶解。石油天然气生物化学腐蚀体现在细菌腐蚀，在细菌活动的作用下会加速金属表面的腐蚀[1]。

1.2 腐蚀现状

石油天然气管道的流经途径经历了从油气供应点到油气场所的变化，在这个期间，管道所处的环境是多样的，输送的介质类型也比较多，这些介质包含了大量的腐蚀性气体和水，最终会对输气管道带来严重的腐蚀。大庆油田每年因为腐蚀需要护理和防护的管道有700km，天津燃气管线长38km，管道在被腐蚀之后被更换多次。当前，城市石油天然气管道的设计趋向于使用无腐蚀的塑料管，但是塑料管的承受压力较低，特别是在低温的环境下，管道的抗拉强度会被降低。

2 石油天然气管道防腐蚀及管道腐蚀的分类

石油天燃气管道防腐主要是指为了能够减缓或者防范管道在内外介质化学、电化学、生物代谢作用下出现的腐蚀和变质所采取的措施，通过采取这样的措施能够避免管道遭受空气、土壤、输送介质的干扰[2]。

3 天然气油气管道防腐蚀的重要性分析

在天然气、油气管道运输的过程中，受其所处土壤环境的复杂，管道流通过程中所经历的物质具有较强的腐蚀性，各个类型的腐蚀材质都会对管道的内外部管壁产生腐蚀。在管道遭受腐蚀之后就会出现穿孔的情况，这种情况的出现不仅会导致天然气和石油管道出现泄漏，最终导致管道材料被中断传输，周围的环境也会被污染。我国天然气管道的铺设长度比较长，在经过地形这类不利背景的时候就需要进一步加强长输管道的防腐蚀工作，通过对管道采取必要的防护处理能够有效延长管道被腐蚀而出现损坏的时间，保证天然气管道运输的有效性[3]。

4 天然气油气管道防腐蚀的工艺流程和材料选定

4.1 工艺流程

天然气油气管道防腐蚀的基本流程如下：在进行天然气油气管道腐蚀的时候需要提前进行必要的基面处理，在调配涂料之后直接在上面涂抹油漆，在材料喷漆之后进行管道的养护。

4.2材料的选定

在天然气油气管道防腐蚀处理的时候需要根据主体管道防腐蚀层材料的不同来做出相应的选择。当前，国内范围内常见的管道防腐蚀材料包含3层PE复合结构和单层粉末环氧。

3层PE热缩材料具备良好的防腐蚀性能，材料使用过程中也会呈现出较强的机械强度和防水性能，质量稳定，所适合应用的管道类型较多，在使用的时候还不会污染环境。PE材料的吸收率较低，环氧强度较高，在使用的时候会显示出较强的防腐蚀可靠性。但是在实际应用中，PE材料的缺点是和其他补口材料成本相比需要消耗比较多的费用。与同种类型的材料防腐管体熔结相比，单层粉末环氧防腐蚀采取的是静电喷涂的方式，由此会显示出良好的管体熔结好、粘接力强的属性[4]。

5 天然气油气管道防腐蚀方法技术

5.1 涂层防腐蚀

5.1.1 防腐蚀涂层

第一，外部防腐蚀涂层。根据管道材料的外部属性和特点来采取必要的防腐蚀处理，从而使得管道材料能够满足天然气、油气资源的运输需要。第二，内壁防腐蚀涂层。为了能够防范天然气油气管道的内部腐蚀，降低管道内部的摩擦阻力，可以通过在管道内部涂抹防腐层的方式来增强管道内部的厚度。管道内部防腐蚀层常用的涂料包含聚酰胺环氧树脂、固化环氧树脂。在选择材料之后wield能够确保涂层和管壁的密切粘结，需要采取积极的措施对管道内壁进行处理，常用的方法是内外部联合防腐处理。第三，防腐蚀保温涂抹层。在中小口径的热输原油或者燃料管道上，为了能够减少管道向土壤中的散热，可以在管道的外部添加保温复合层和防腐蚀复合层。这些防腐蚀层的材料可以是硬质聚氨酯泡沫塑料，通过使用这種材质松软的材料能够打造出复合材料结构，从而有效防范地下水进入到管道内部[5-6]。

5.1.2 复合涂层

在石油天然气管道防腐蚀处理工作中常用的新建埋地管道防腐蚀涂层包含复合涂层、环氧粉末。在具体实施操作的时候，由于煤焦油瓷漆和石油沥青的污染较少，因而还能够被人们应用到老管道修复工作中。

通过简单的物理叠合、化学粘结方式来将各类具有特点的单一涂层连接在一起，由此打造出综合性能良好的涂层系统，在这个系统中包含2层聚乙烯、2层聚丙烯、3层聚乙烯、3层聚丙烯。

5.1.3 3层聚乙烯、聚丙烯涂层

石油天然气管道防腐蚀处理工作中常用的3层系统是复合涂层，具体由环氧粉末底层、粘结剂中间层、聚烯烃外护层共同组成。组合形成的材料会具备更为理想的防腐蚀性能、粘结性能和抗渗漏性能，在材料的综合使用下会形成性能良好的涂层，之后适合应用在各类敷设环境比较复杂的石油天然气管道中。在具体使用的过程中，3层涂层的使用缺点是施工工艺操作比较繁琐，在焊接处理不恰当的情况下会出现空鼓。涂层在失去自身粘结性之后会实现层间分离，高度绝缘的聚乙烯外保护层会自动屏蔽阴极保护电流。

5.1.4 环氧粉末涂层

环氧粉末具体由固态环氧树脂、固化剂等多个类型的助剂经过混合加工形成。在我国石油天然气管道中应用最为广泛的涂层就是环氧粉末涂层，这个涂层一般会作为复合涂层的底层被人们广泛应用、熔结环氧粉末是一次成膜涂层，对钢铁材料会表现出较强的粘结、抗剥离属性。熔结环氧粉末在使用的时候会一次加工完成，对很多土壤都会显示出较强的适用性，特别是在高温的环境下会显示出更为理想的吸水率。

5.1.5 液体聚氯脂涂层

液体聚氯脂涂料被人们广泛地应用到管道的涂层修复中，经过一系列的修复处理会使得管道达到理想的厚度，即将石油天然气管道的厚度控制在1～1.5mm，在具体加工操作的时候可以被应用在温度在80℃的管道中。无溶剂聚氯脂涂料能够在短短的几分钟就能够转变为可以被触摸的干度，在几个小时之后就能够完全固化。液体聚氯脂涂层还具备良好的抗磨损和抗土壤能力，在和其他材料配合使用的时候显示出良好的粘结属性，且在实际应用中对阴极保护电流的要求较低。

5.2 牺牲阳极法

牺牲阳极法主要是指使用比被保护金属电机电位更负的金属及被保护的金属连接在一起，这两个金属会在电解液中形成一个原电池。电位处于负状态的金属会成为阳极，在输出电流的过程中不断被消耗。被保护的管道金属会成为阴极，在变成阴极之后就不会再被腐蚀，因此可以被称作是金属的牺牲阳极。地下管道一般会使用牺牲阳极来作为保护，在这个期间影响保护因素的是阳极发生电流数量、阳极的数量及保护长度。

5.3 缓蚀剂保护

缓蚀剂防护主要是指在腐蚀环境中通过使用少量且能够减缓金属腐蚀速度的物质来实现对油气管道的保护。缓蚀剂具有使用操作方便、投资少、效果良好的属性，因而被人们广泛地应用到天然气油气管道施工中。在具体实施操作上，缓蚀剂是通过缓蚀剂分子上极性基团的物理、化学吸附作用来吸收燃气管道内部的污染物，清洁金属管道的表面。

5.4 阴极保护

阴极保护早在20世纪30年代就被人们应用到石油天然气管道中，在20世纪50年代这项防腐蚀技术发展成熟。发展至今，阴极保护技术在石油天然气管道中的应用已经拥有50多年的发展历史。对埋地管道的阴极保护是一种管道保护的附加保护方式，在实施操作的时候会为管体金属提供防腐蚀保护支持。为了能够达到理想化的保护效果，有很多石油天然气管道还会额外使用外加电流阴极保护方式，个别石油天然气管道使用了牺牲阳极的保护方式。

6 天然气油气管道的防腐管理

6.1 按照科学的要求筛选钢管材料和加工工艺

在进行天然气油气管道生产加工的时候需要相关人员就管道所在的环境进行调查研究，根据管道的使用环境来选择适合的天然气油气管道加工材料。在管道材料的选择上一方面需要着重从钢材材料筛选角度入手积极选择一些耐腐蚀性良好的钢制材料。

6.2 结合管道使用环境选择适合的防腐蚀工艺

天然气石油管道是在地下运行的，因此想要保证油气管道具备良好的防腐蚀效果，需要立足社会环以及管道运行环境来选择适合的防腐蚀工艺。一方面，根据油气管道出现腐蚀的原因来对管道内外壁实施防腐涂层保护。在防腐涂层的支持下来实现对钢管内外壁的保护，提升钢管的耐腐蚀性能，延长管道的使用寿命。另一方面，需要根据管道的属性来选择适合的涂层工艺，常见的土层工艺包含煤焦油瓷漆、PE 2层结构、PE 3层结构、熔结环氧粉末等。

6.3 强化对油气管道应力的控制

为了能够减少应力腐蚀对整个天然气油气管道的运行干扰，在设计管道的过程中还需要充分考虑天然气输送过程中不同应力对油气管道的干扰，将油气管道的应力控制在适合的范围内，有效提升管道对应力的承受能力。

参考文献

[1]詹鹏.石油天然气管道的防腐维护[J].当代化工研究，2020（23）：21-22.

[2]艾青锋，欧阳珺.长输天然气管道腐蚀的形成与防腐保护措施探析[J].商品与质量，2020（2）：116.

[3]单庆伟.长输天然气管道防腐层及阴极保护技术分析[J].全面腐蚀控制，2021，35（8）：128-129.

[4]亓国良，李亮.长输天然气管道腐蚀的形成与防腐保护措施探析[J].石化技术，2020，27（1）：313，327.

[5]赵梓艺.油田站间天然气管道腐蚀与防护技术研究[D].大庆：东北石油大学，2018.

[6]林焕明，李清亮，吴振宙，等.天然气集输管道的腐蚀机理及防腐蚀技术研究[J].当代化工，2021，50（12）：2849-2852.