长输天然气管线防腐措施分析

2023-01-03叶昊国家管网集团山东天然气管道有限公司山东济南250000

化工管理 2022年17期

叶昊(国家管网集团山东天然气管道有限公司，山东济南 250000)

1 天然气长输管道防腐的重要性

对于天然气长输管线来说，其核心价值在于实现长距离天然气的运输，一般会埋设大量的管线，容易受到各种因素影响，出现不同程度的腐蚀现象，如：土壤腐蚀、化学腐蚀等，大部分腐蚀介质产生在天然气长输管线中，造成管道不同程度的腐蚀[1]。

天然气长输管线腐蚀主要原因有是由土壤腐蚀、局部腐蚀以及细菌腐蚀等，这些腐蚀会造成金属管道强度不断下降，严重的甚至会给金属管道结构带来一定影响，不仅直接影响管道的使用期限，而且还有可能出现天然气泄漏风险。泄漏到空气中天然气如果和明火接触，可能会发生爆炸和火灾，造成人员伤亡和财产损失。基于此，因此相关部门应给予天然气长输管线防腐工作高度重视，结合实际情况做好天然气长输管线防腐工作，采取一系列保护与管理措施，防止泄漏发生，保证天然气长输管线运行安全。

2 天然气长输管道腐蚀的类型及机理

2.1 管道腐蚀的类型

一般来说，管道腐蚀类型有两种：一是内壁腐蚀。天然气管道内壁腐蚀的原因在于天然气管道内部含有一定的水分，其在管道内部形成一个亲水膜，类似于原电池腐蚀，发生电化学腐蚀现象。或者在天然气管道中存在硫化氢、二氧化碳等物质，其和金属产生一定的反应，从而发生化学腐蚀。二是外壁腐蚀。通常情况下，外壁腐蚀一般产生在架空或者埋地管道中，架空管一般会涂抹一次防腐剂，而埋地管道的化学腐蚀为全方位腐蚀，受到化学腐蚀影响，管壁厚度不均匀，从而出现天然气泄漏的风险。导致埋地钢管外壁腐蚀的原因比较多，主要以电化学腐蚀为主[2]。

2.2 腐蚀机理

腐蚀指的是金属和周围介质充分结合以后形成的一种化学反应，导致其表面出现不同程度的损坏。对于金属腐蚀来说，因为电极位置不同，金属在产生电化学反应过程中，电极电位比较少的位置可能会失去电子，形成阳极；电极电位高的位置则可以获得电子，形成负极。

3 导致长输天然气管线腐蚀的原因

3.1 环境因素

因为管道一般会采用埋设法，所以会受到自然地理环境因素的影响，使得天然气管道出现腐蚀现象。在这种环境下，腐蚀类型包含了土壤腐蚀、局部腐蚀以及细菌腐蚀等。其中，土壤腐蚀的原因在于土壤结构，一般由空气、水分、其他固定物质等组成，表面含有大量孔隙，水分中的盐自身具备离子传导功能，因此土壤中化学和物理成分相互结合形成一定的电化学反应，从而产生土壤腐蚀现象。

3.2 管道外防腐层因素

一般情况下，管道外部腐蚀保护层的保护功能在避免管道腐蚀中发挥着重要作用。所以，需要采用高质量材料进行管道外部防腐层的设计。现阶段，我国输气管道一般采用的是双重保护对策，也就是防腐土层、阴极保护等。其中，防腐涂层在其中发挥着重要作用，需要保证防腐层和天然气管道充分接触，防止出现阴极与阳极分离的状况。如果保护区发生局部脱落的状况，需要适当调整保护参数的阴极电流，直到满足防腐要求。

3.3 材质因素

天然气管道外部腐蚀层绝壁保护天然气管道腐蚀的外在因素，管道材料则是管道腐蚀的内在因素。当前，我国长输气管道一般采用的螺旋焊接钢管，利用这种材料制作的钢管中含有大量的非金属成分，如S 和P 元素，会到来一定的腐蚀性风险。

3.4 管道运输介质

在天然气管道长距离运行过程中，天然气管道传输压力将会给管道带来一定影响，特别是在天然气管道压力增加以及管壁位置发生变化的情况下，促进了防腐裂纹增长速度的不断提升。此外，天然气水分和温度也会造成管道内壁的腐蚀。例如，在水分含量比较大的情况下，水分附着在管道内壁中，在管道内壁中产生腐蚀现象。天然气管道如果出现腐蚀问题，将会造成天然气管道的泄漏，从而引发一系列安全问题。所以，天然气供应部门需要结合管道的腐蚀程度判断腐蚀产生原因，有针对性地做好天然气管道保护工作，促进长输天然气管道安全运用水平的提升。

4 长输天然气管线的腐蚀防护措施

4.1 内壁腐蚀防护措施

天然气管道内壁保护可以从两方面进行：一是对于天然气管道内壁质量，内壁需要安装防腐设施，实现管道和天然气的充分分类，避免天然气中的有害物质进入到管道内壁。当前我国生产耐腐蚀涂料种类很多，性能和价格上有所不同。在选择防腐涂料过程中，需要考虑以下几个因素：防腐材料的绝缘性、耐水性、附着性以及实用性。在实际应用中，要根据管道使用的具体的要求，通过性能和特定要求的基础测试，选择性能好的耐腐蚀涂料。例如，熔融的环氧粉末展现出较强的抗化学腐蚀性，机械强度比较大，绝缘性能高，但是顶层相对较薄，需要具备一定的抗冲击能力。与之对应的，两层熔融环氧粉末不但能展现出较强的机械性能，同时也可以应用在管道连接位置的光滑涂层表面。二是在天然气运输之前将其中的污染物完全清除。在天然气进入到管道之前，通过采取脱硫、脱水处理方式将天然气中的腐蚀元素进行处理，将其含量控制在合理范畴内，降低其对天然气管道的腐蚀与影响。

4.2 外壁腐蚀防护措施

首先，做好天然气管道规划工作。众所周知，输气管道的距离相对比较长，覆盖范畴广，不同地区在土壤组成方面存在一定的不同。所以，在对长输天然气管道规划过程中，需要对管道覆盖范畴内土壤情况进行调查与分析，成立专业的工作团队，对各个地区土壤情况进行探究，采取一系列方式避免天然气管道出现腐蚀问题。其次，结合工程具体要求，选择适宜的防腐材料。通过调查分析，天然气管道施工材料一般会给管道防腐性带来一定影响在实际工作中，需要采取一系列对策实现对施工质量的保护。一方面，对运送到现场的管道质量进行检查，认真检查管道内外壁情况，是否存在裂缝；另一方面，严格按照施工要求操作，由专业人员对管道吊装过程进行检查，防止出现管道破坏。在吊装管道过程中，需要根据施工要求完成焊接，尤其是防止对接头和弯头位置。例如，采用辐射交联的三层热缩套管来对周围焊缝进行处理，及时修复。对于弯头部分实施防腐工作时，在外部防腐涂层操作上更加困难，可以通过采用两层熔融环氧粉末操作方式，并对喷涂表层抗机械损伤情况进行评估，喷涂防护膜。最后，选择最佳的阴极保护方案。要想避免天然气管道出现腐蚀现象，需要采用合理的阴极保护对策，尤其是结合现场实际情况，选择适宜的阴极保护计划，其中包含强制电流方式、阴极保护方式等。采用强制电流方式的优势在于，功率能够结合实际情况进行调节，实现对天然气管道的保护，不会受到特定环境电阻影响，保护装置使用时间比较长，但是其在应用上也会存在一些问题，如维护工作量比较大，结构容易受到破坏。如果采用的阴极保护方式，无需设有外部电源，不会给相邻结构带来影响，调试以后无需进行特殊管理。但其不足之处在于，对管道覆盖面质量有着严格要求，如果施工不当，容易产生质量问题。所以，在实际工作中，需要对保护范畴、现场实际情况调查分析，选择适宜的保护措施。

4.3 天然气长输管道施工过程中的防腐措施

在实际施工中，施工现场管线运输、装卸、管理、分布等环节，需要严格按照施工流程进行操作，防止出现随意施工的状况，吊具尽量采用的是尼龙吊带或者橡胶辊轮吊篮，不可采用钢丝绳。管道下沟施工中，应该防止和沟壁碰撞，必要的情况下在沟壁铺设一层防护板，防止造成防腐层的损伤。如果是石方段管沟，需要在管沟底部位置填制0.2 m 厚的细土，避免管线下沟以后造成管线防腐涂层的破坏。如果已经出现破坏现象，需要按照修补要求及时处理，消除管线涂层破坏造成的影响。对于天然气长输管线全线，需要采用临时阴极保护措施。临时阴极保护一般采用的是带状锌阳极，其阳极界面尺寸设定为8.73 mm×10.32 mm，阳极带通过测试桩和管道直接连接，防止在施工建设中给管道造成影响。

4.4 土壤腐蚀的防护措施

当前，我国在管道保护方面采用的方式有两种：一是电化学保护。一般情况下，电保护法可以划分为两种，即阴极保护法和阳极保护。对于阴极保护来说，也就是在金属表面通过阴极电流，让金属表面出现阴极化，降低或者消除管道土壤腐蚀发生，让腐蚀电流为零。对于阳极保护方式，让被保护金属保持在一个比较稳定的钝性状态，通过外加电源方式实现管道防护效果，这种方式适合应用在天然气管道中，外加电流阴极保护则是通过给外加直流电源，让电流从土壤中导入到被保护金属中，让被保护金属结构点位远远小于四周环境。这种方式适合应用在长距离的天然气管道中。二是杂散电流排流保护。管道沿线和高压输电线路比较接近的情况下，高压输电线、电气化铁路将会给管线带来一定影响，加剧管道腐蚀。在这种情况下，需要将管线设定在安全区域内管线的排流保护可以结合施工现场实际情况来确定，不变的情况下可以采取直流排流方式，交变的情况下则可以利用极性排流方式。在管道埋设完成以后，结合杂散电流测量结果选择对应的排流方式，在杂散电流流出过程中设有组锌阳极，利用玻璃钢测试桩与管道充分连接，从而实现排流，减少干扰。

4.5 涂层保护措施

第一，煤焦油瓷漆方式。要想实现天然气管道的保护，可以把煤焦油瓷漆涂抹在管道外壁，煤焦油瓷漆展现出一定的绝缘性，防腐能力比较强，并且使用时间长，所以对于管道保护应用广泛，但是在使用这种方式时，也存在一定劣势，如对温度有着严格要求，如果温度和使用要求不统一，则会影响防腐效果。并且，这种防腐方式在机械强度上比较低，但是为了获得理想的防腐效果，需要结合实际情况合理选择。第二， PE 两层结构。PE 层展现出的优势比较多，其中包含了绝缘性、防腐性等，无需承担一定的成本，所以在天然气管道防腐中应用广泛。但是这种防范对策在使用中也会存在一些问题，也就是不能长时间受到紫外线的照射，如果这种材料与阳光直接接触，容易造成材料的老化，影响管道质量。因此，在选择管道防腐对策过程中，需要对其优势和不足进行综合思考。第三，PE 三层结构，在使用PE 三层防腐方式过程中，需要利用环氧粉末和钢管表现充分结合，达到一定的固定效果。因为环氧粉末具备一定的防腐能力，因此需要根据粉末和管道表面情况进行选择，从而实现对管道表面的保护。

4.6 其他控制措施

长输天然气管线除了会给天然气运行安全带来一定影响之外，同时也会影响人员的生命与财产安全。所以，在维护管理过程中，需要做好天然气管道的防腐工作，除了和腐蚀检测相关的项目，还要定期对管道检查和维护，及时确定管道腐蚀问题，结合实际情况选择对应的措施进行处理，保证管道质量安全。一方面，完善天然气管道防腐工作体系，结合管道腐蚀保护管理要求，定期对天然气管道进行检查，重点检查腐蚀发生率高的地区，一旦发现风险问题及时处理；另一方面，定期对天然气管道进行检查与维护，通过把天然气管道长期腐蚀保护工作融入到管理范畴内，增加日常管道检修频率和数量，防止不必要问题的出现。通过这种方式，不但能够避免腐蚀问题的发生，也能节约成本，提高工程整体效益。此外，加大资金投放，促进技术改革创新。