天然气长输管道内腐蚀原因分析及控制

王文琦，鞠 拓

（湖北省天然气发展有限公司，湖北武汉 436000）

当前天然气长距离运输时多选择管道运输方式，但长距离运输会经过诸多地质环境，面临复杂的气候变化，这就造成长距离管道运输过程中难免出现安全隐患。实际中需要研究天然气长输管道的特点，分析造成长输管道腐蚀的主要因素，需要在保证长输管道运输安全的基础上优化与改进技术，解决当前存在的内腐蚀问题，提高天然气长输管道运输的安全性与可靠性，避免运输过程中出现安全问题。因此，有必要做好天然气长输管道内腐蚀原因研究工作。

1 天然气长输管道防腐工作的必要性

1.1 长输管道防腐的重要性

新形势下全球范围内天然气逐渐取代石油，已成为最为重要的能源来源。尤其是随着政府大力推广使用天然气清洁能源，国内对天然气的需求量持续增加，而满足天然气供应的基础就是安全。天然气长距离运输的主要方式就是管道，这也是最为安全的运输方式，但近年来天然气长输管道安全事故频繁发生，其中最为常见的就是管道腐蚀，这种腐蚀会引发危险问题：

（1）天然气长输管道出现腐蚀情况后，经腐蚀产生的产物会与管道内的天然气混合，造成天然气内杂物增加，降低天然气的质量。

（2）当腐蚀情况较为严重时，会出现天然气泄漏的情况，直接威胁到天然气运输安全，甚至损害天然气公司的经济效益。

（3）管道腐蚀造成天然气泄漏，对周边环境产生污染，污染对土壤来说是不可逆的。

（4）天然气泄漏后如遇到火源，极大可能引发火灾或爆炸事故，情况严重时还会出现人员伤亡。

长输管道出现腐蚀后，管道内壁上会附着杂物，这些物质会造成管道腐蚀速度加快。

1.2 长输管道腐蚀危害分析

天然气作为重要的清洁绿色能源，已逐渐改变人们的生活，有效缓解工业能源紧缺的问题，降低工业生产对环境的污染，已成为国内重要的工业能源。我国天然气分布主要集中在中西部地区，这也是国家开展“西气东输”的工程的主要原因。虽然长输管道运输方式较为安全，但实际运输时依旧存在一些问题，如部分金属管道长期埋设在地下，管道腐蚀已成为普遍现象，容易引起安全问题：

（1）当天然气长输管道因为内腐蚀出现穿孔时，外界的微生物、杂物、灰尘等很容易从腐蚀孔中侵入管道内，与管道内气体混合，降低天然气的品质，还影响到天然气的安全使用。

（2）天然气长输管道受到腐蚀影响，如果没有及时采取措施进行有效处理，就会造成腐蚀物质挂在内壁上，加快管道腐蚀，直接威胁到管道运输得安全。

（3）当长输管道腐蚀情况严重时，管内气体就会泄漏出来，给天然气公司造成经济 损失。

总之，针对天然气长输管道运输时出现腐蚀现象，应采取有效的防腐措施，提高预防力度，进一步提高天然气长输管道运输的安全性。

2 天然气长输管道内腐蚀的主要原因

天然气长输管道运输时管道内壁与天然气之间密切接触，其中含有的SO2、H2S、溶解氧等都会腐蚀管道内壁。尤其是H2S腐蚀性极强，当他与铁反应后会生产硫化铁，当其混在天然气中会出现击穿使用设备的情况。就目前情况来说，天然气长输管道内腐蚀的主要原因如下。

2.1 内部介质影响

天然气长输管道运输时运量较大且距离远，整个运输过程需要维持高温高压状态。但高温高压会造成介质内酸性气体的活性与能力增加，加快其对管道内壁的腐蚀，造成管道内部出现严重的腐蚀现象。

同时，长输管道长期运输时会产生自由液相，这是一种气液固三种状态共存的化学现象，会在弯道部分产生物质冲击，造成弯头位置管道厚度降低，长期下来出现泄漏情况。管道内壁还会与天然气杂质之间产生化学（电化学）腐蚀，对管道内壁产生腐蚀。

2.2 水汽的影响

金属管道腐蚀离不开水与氧气，也是造成化学腐蚀的主要原因。长输管道内腐蚀情况主要发生在低位置且附近容易积水的部位。针对这一特性，天然气公司会在运输前利用技术脱离天然气中的水分，提高天然气的干燥程度。

通过这一方式可以一定程度降低其对管道的腐蚀，但却不能完善避免腐蚀。天然气干燥技术并没有完全去除其中的水分，当出现一些特殊情况时，最常见的就是高压低温环境下，天然气内含有的水汽就会以水分形式积聚在管道内部，长期下来难免出现腐蚀管道内壁的情况。

2.3 CO2含量影响

天然气长输管道经过长期使用，内壁会出现不同程度的腐蚀情况，时间越久这种腐蚀情况越严重，因此出现安全事故的可能性越大。

之所以出现这一情况，就是因为天然气开采时天然气成分会出现变化，越到开采后期，天然气内的腐蚀气体的比例就越大。干气管道内腐蚀气体主要为CO2。

2.4 管道倾角因素

基于流体力学角度分析，天然气长输管道运输时气体流动速度较慢，从这一点出发其流动必须满足流体流动定理。以此为基础，可以明确天然气流动时会在管道流速较低处积聚水汽，而水汽集中的位置最容易出现腐蚀。

针对这一问题，就需要从设计层面着手，管道线路设计时进坑避免出现大倾角管道，造成介质流速出现差异。

3 天然气长输管道内腐蚀情况的应对与解决措施

3.1 选择缓蚀剂防腐，管道内部涂抹防腐层

3.1.1 选择缓蚀剂防腐

通过合理利用缓蚀剂可以提高长输管道的防腐蚀能力，因此需要做好技术研发。具体应用时根据实际选择缓蚀剂，常见的有咪唑啉类、有机磷酸盐等，通过缓蚀剂实现对长输管道的保护。这种方法在实际中有着广泛应用，也是重要的防腐措施，使用方便且成本低廉、见效快，因此实际中应用范围不断增加。

缓蚀剂技术原理，就是在管道表层形成一层保护膜，或利用电化学与吸附理论。通过合理利用缓蚀剂，缓蚀剂中存在的原子会通过化学键方式与金属管壁形成一层保护膜，有效避免管道内介质腐蚀管壁。实际中需要根据具体情况选择缓蚀剂，实践表明：酸性环境下咪唑啉类缓蚀剂有着更为明显的防腐效果。但实际应用时需要注意一个问题，会对周边环境产生影响，因此需要慎重选择与小心使用，避免对周边环境造成污染。

3.1.2 管道内涂层防腐

涂防腐层是长输天然气管道防腐的关键性举措。由于长输天然气管道腐蚀的影响因素较多，管道所遭受腐蚀的程度不同，因而在涂防腐层时，应综合考虑土壤、运输条件、工艺技术等各种因素。只有如此，才可既能达到防腐功效，又能确保防腐措施的经济性与可靠性。

做好内部涂层防腐。内防腐层，即在管道内壁与输送介质之间创造出一定的隔离空间，最大限度避免金属管内壁与腐蚀物之间发生直接接触，以此来进行管道防腐。在长输天然气管道中进行涂层，不仅能起到降低管道腐蚀程度的作用，还能减少管壁与管流之间的摩擦阻力，继而提高天然气运输的量。管道内侧的防腐涂层可选用环氧树脂，如聚酰胺环氧树脂。此外，还可以使用合成树脂。在使用这些材料进行涂层时，应保证涂层的厚度在0.038～0.2mm 。

3.2 引入电化学防腐，及时调整介质pH

3.2.1 电化学防腐措施

电化学腐蚀在整个天然气长输管道腐蚀中占据了相当高的比例，为了规避电化学腐蚀对管道所产生的恶性腐蚀，一定要落实电化学防腐。为了提升管道防腐的有效性，可利用牺牲阴极、保护阳极的方式使被保护的金属管道始终处于钝性状态，以防止电化学腐蚀的发生。此外，还可运用相反的方法，即牺牲阳极，保护阴极的方式。通过这一手段使得被保护的管道金属变为平均电位，然后再运用一些可行性的办法使金属管道的其他部分形成防腐电池。就目前来说，保护阴极的方法运用得较为普遍，这种方式较阳极保护具有更大的优势。它不仅可使被保护的长度得以延长，同时，还可提升整个保护的实效性。在实际安装操作中，可将电绝缘装置置于管道入口处，以更好地保护阴极电流。如果绝缘接头位置处与防腐层之间存在电力故障，就会随即被破坏，便能对管道产生更好的保护。

3.2.2 调整介质pH

天然气长输管道的腐蚀程度与管内介质的 pH 有着一定的关系。如果介质的 pH 没有在标准的范围之内，便会对管道产生一定的腐蚀影响，继而导致管内腐蚀现象的形成。因此，一定要适当调整管内介质的 pH 。调整介质 pH 可减缓管道内腐蚀的速度，起到防腐的效果。一般情况下，天然气长输管道内的 pH 应保持在 12～14 。相关实验证明，天然气管道内的 pH 如果上升到 12，便可在管道内形成一个防腐保护膜，以抑制管道腐蚀；如果介质的pH 为 14，管道的表面便会出现钝化，这种钝化现象也会使管道内的腐蚀得到有效的减缓与控制。

3.3 控制管道焊接质量，提高管道抗腐能力

3.3.1 使用二氧化碳气体保护焊接

二氧化碳气体可以用于保护焊接，具有效果好、成本低、效率高、焊接质量好的优点。在当前的焊接情况下，对于受损部位的修复通常会用到二氧化碳 气体。

由于焊接的内容存在差异，因此对不同对象进行管道焊接时，需要合理调整电流的大小。如果调整不科学，容易造成焊机的电流不稳定，对于整个电网电压也会造成负面影响。尤其是对于薄管道的焊接，为保证焊接质量，需要尽量对电流进行调小处理；对于焊丝的选择可以使用生产线，并根据维修件的厚度选择相应的生产线品牌。对于焊接过程中使用到的二氧化碳，需要保证纯度在99.5%以上，否则会影响焊接产品的质量。气体的流量选择也会影响焊接产品的质量。具体还跟焊接的长度有一定关系，因此在具体施工过程中需要做好气体流量的全面控制工作。

3.3.2 避免未熔合的对策

在开展管道焊接操作时，一定要注意对焊条（丝）和焊缝之间距离进行有效控制，操作人员需要反复调整，找到最合适的焊接角度，从而保证焊接之后，两者间能更好地熔合在一起。在实际焊接过程中，要对焊接区域实际熔合效果进行关注，通过对电流大小的调整，保证电流量最大，从而为焊接操作提供源源不断的热量，加速焊条（丝）和焊缝间的融合。

在焊接过程中，需要对焊接的速度进行合理地把握和调整，根据实际操作需要，适当放慢焊接速度，使接触处能更好地熔合，同时通过对焊接工具的合理利用，及时对焊接的角度进行调整等，既避免焊条在焊接过程中出现角度的偏移，影响焊接效果，同时又帮助焊条接触到足够的热量，加速两者熔合。比如，在进行氩弧焊时，为避免焊接口温度下降过快影响焊接效果，需要对焊丝的长度进行合理控制，确保其受热均匀，避免未熔合情况发生。

因为在焊接过程中经常发生焊丝偏移情况，因此相关操作人员一定仔细关注焊接过程，避免出现焊丝偏移，而且一旦发现偏移，要及时调整，避免操作失误导致其他焊接部位受影响，从而有效避免未熔合情况的发生。

3.3.3 避免出现气孔的对策

在进行管道焊接操作前，针对气孔问题的处理，操作人员需要对进行焊接操作的管道截面进行全面观察，针对焊接口进行全面清理和打磨，去除表面的杂质及锈斑。在焊接引弧操作中，一定要注意引弧位置的选择，通常是从距离焊接口最远的地方开始。

在焊接过程中，一定要保证整个焊接过程以及焊接部位受热均匀，同时对整个焊接情况进行仔细观察，一旦发现焊接时出现蜂窝状气孔，就需要停止焊接，对焊接口进行重新打磨处理。在焊接冷却操作中，要注意对冷却工具的检查。在焊接操作中，一旦冷却工具出现质量问题，就可能出现气孔，一定要注意对所使用的冷却工具的检查。另外，在焊接操作中，一定要确保所使用氩气的纯度，同时针对氩气供应工具进行全面检查，以免因为氩气供应问题引发气孔问题，从而影响到焊接整体质量。

3.3.4 避免出现裂纹的对策

在管道焊接过程中，一旦出现裂纹，就会对管道及整个焊接质量造成严重影响，从而对安全生产产生威胁。因此，针对焊接裂缝问题，一定要引起重视，谨慎对待和处理。所以，在管道焊接过程中，需要对焊接的厚度进行合理控制，避免厚度不够，导致焊接过程中出现断裂问题，影响后续正常使用。同时，在对零件进行拼接处理时，一定要控制好力度，谨慎操作，以免力度过大导致焊接口出现裂缝或者损坏。

针对裂缝的处理，相关操作人员一定要注意自身操作力度，以免用力过猛出现裂痕，从而在融合过程中导致裂纹问题的发生。此外，在对管道零件进行焊接处理时，需对整个零件的结构、焊接部位等进行全面观察，仔细了解，包括所需要用到的焊条型号以及相关组成成分等，以免在焊接过程中出现反应膨胀，从而引发裂纹。

4 结束语

天然气长输管道运输时需要正视防腐问题，根据实际情况制定合适的防腐方案，改善现有长输管道运输的不足，提高长输管道的防腐能力。同时，实际中要综合考虑各方面因素，依据引起管道内腐蚀的原因，采取针对性的防腐措施，提高长输管道的抗腐蚀能力。天然气管道公司需要做好管道检测，及时发现潜在隐患，制定有效地应对方案，提高天然气运输的安全性与可靠性，旨在为类似研究提供借鉴。