基于天然气长输管道的防腐与防护策略分析

安志强

山西压缩天然气集团运城有限公司 山西 运城 044000

天然气长输管道具有长距离、大口径、高压力、连续输送等特点，是天然气输送的重要基础设施。因此管道敷设环境复杂，如土壤、水分、微生物等因素随着环境条件变化而变化，导致天然气长输管道存在严重的腐蚀问题。在管道管理中，工作人员要了解天然气长输管道腐蚀的原因和特点，并采取有效的防护措施，保障管道安全。

1 天然气长输管道的特点

天然气长输管道埋设在地下，与地下水和土壤长期接触，这意味着管道受到地下环境的影响大，面临腐蚀、侵蚀等问题，由于长时间与地下环境接触，管道可能会受到腐蚀、磨损等因素的影响，导致其使用寿命相对较短。管道长期暴露在地下环境中，会受到地震、地质变化等自然因素的影响，增加了管道的运行风险。管道与地下水接触，一旦发生泄漏或事故，会对周围的环境造成污染，因此对于天然气长输管道的环境保护要求相对较高，而且天然气长输管道维护和检修难度较大，要采取特殊的技术手段和设备才能进行有效的维护工作。

2 天然气长输管道腐蚀的原因

2.1 管道材质受环境影响

天然气长输管道是由钢铁材料制成，在某些环境条件下，如潮湿、盐分、氧气等，都可能引发腐蚀，金属与环境中的物质发生化学或电化学反应，导致金属损失和性能下降。在某些情况下，腐蚀可能会对管道的完整性造成严重影响，导致天然气泄漏和其他安全问题，

2.2 管道防腐蚀措施不足

对于天然气长输管道，采取防腐蚀措施是必要措施，然而，防腐蚀措施不足或不当，就会增加管道的腐蚀风险。例如，如果涂层质量差或维护不当，可能导致局部区域出现腐蚀，此外，如果防腐蚀层受到损坏或剥落，而没有及时进行修复，也会导致腐蚀加剧。涂层质量差或维护不当，可导致局部区域出现腐蚀，如果在防腐蚀层受到损坏或剥落的情况下，却没有及时进行修复，也会导致腐蚀加剧，管道的安全性被破坏[1]。

2.3 管道应力水平不同

天然气长输管道腐蚀会受到管道应力水平不同的影响而发生，管道应力水平不同，其抵抗外界环境侵蚀的能力也不同，在运输过程中会受到各种力的作用，包括内部压力、外部地质应力、温度变化等，导致管道产生应力，应力的分布不均匀可能会引发腐蚀问题。在管道的弯曲、连接处、焊缝等部位，由于几何形状的变化和应力集中的效应，会导致这些区域的应力水平相对较高，高应力区域容易引发腐蚀，尤其是在存在腐蚀介质的情况下。高应力区域的存在会使管道的材料变得脆弱，容易受到腐蚀介质的侵蚀，导致腐蚀的加速，腐蚀和应力之间存在相互作用的关系，腐蚀会降低材料的强度和抗拉强度，进一步影响管道的应力分布，天然气长输管道施工流程见图1。

图1 天然气长输管道施工流程

3 天然气长输管道的腐蚀防护策略

3.1 使用防腐层保护措施，防范管道腐蚀

使用防腐层保护措施，例如煤焦油瓷漆涂层、熔结环氧粉末涂层，在一定程度上防范管道腐蚀，在管道表面涂覆一层防腐蚀涂层，隔离管道与环境的接触，减少化学和电化学反应的发生，有效防止管道腐蚀。其中，煤焦油瓷漆涂层和熔结环氧粉末涂层是两种常见的涂层保护措施，煤焦油瓷漆涂层是一种由煤焦油和瓷漆树脂混合而成的材料，具有很好的防水性和抗老化性，在恶劣的环境条件下可以保护管道。这种涂层可以在管道表面形成一层坚韧的保护膜，有效抵抗了多种化学物质的侵蚀，同时防止氧气和水分渗透到管道表面。

熔结环氧粉末涂层是一种热固性材料，经过高温熔融和快速冷却，形成一层致密的保护膜，涂层具有很高的附着力和耐磨性，在管道表面形成一层坚固的保护屏障，其优点是抗腐蚀性能强，有效防止了管道腐蚀，还可以提高管道的耐磨性能。使用涂层保护措施可以在一定程度上防范管道腐蚀，但要注意的是，防护效果并不是绝对的，在复杂的环境条件下，涂层可出现老化、剥落等情况，因此要定期检查和维护涂层，及时修复损坏的区域，以保持其防护效果。此外，为了提高涂层的防护效果，还可以采取其他措施，如加强涂层施工质量、选择合适的涂层材料、控制管道表面处理质量等[2]。

3.2 加强防护措施，利用电化学保护法

加强防护措施，利用电化学保护法，施加外部电流或电位，保护金属结构免受腐蚀，首先要设计一个合适的阴极保护系统，该系统包括阴极保护电源、阳极、引线等组件，阴极保护电源用于提供所需的电流，阳极则被安装在管道周围的地下区域。阳极材料以高电化学活性的金属或合金为主，例如铝、锌、镁等，旨在保障阳极在电化学保护过程中可以被消耗，而不影响管道的结构。在天然气长输管道的腐蚀防护中，将阳极安装在管道周围的地下区域，以均匀分布的方式安置在需要保护的区域内。不同类型的阳极具有不同的特性和适用场合，根据管道的具体情况和阴极保护系统的要求进行选择，常见的阳极类型包括锌阳极、镁阳极和硅铁阳极等。安装阳极时，要将阳极埋设在地下，使其与管道周围的土壤接触。利用阳极的电化学反应，将管道上的电流导出，从而防止管道腐蚀，增强阳极的有效性，对阳极与管道的连接部分进行良好的电气连接，以避免产生电位差。除了选择合适的阳极类型和将其埋设在地下外，还要注意阳极的分布方式，使电流均匀地分布在管道周围，将阳极以一定的间距安置，每隔一段距离安装一个阳极，保障管道的各个部分得到充分的保护。

在安装阳极后，还要进行定期的检查和维护，包括检查阳极是否正常工作、电流密度是否符合要求、电气连接是否良好等，如果发现阳极出现故障或电流密度异常，要及时进行维修或更换，以促进阴极保护系统的正常运行。使用导线将阳极与阴极保护电源连接，促使电流流动。调整阴极保护电源的输出电流密度，保持管道周围的土壤具有足够的电位，实现对管道的有效保护。定期对阴极保护系统进行监测，检查电流密度、电位等参数是否符合设计要求，必要时进行调整和维护，以维护阴极保护系统的有效运行，在一定程度上减缓管道的腐蚀速度，延长其使用寿命[3]。

3.3 加强调研分析，预防管壁裂纹问题

防范天然气长输管道的腐蚀问题，要了解管道工程的情况，包括对管道的设计、施工、运行和维护，掌握管道的特点和薄弱环节，有针对性地采取腐蚀防护措施，考虑到过高的输送压力可能导致管道破裂或泄漏，而过大的压力波动则可能引起管道材料的疲劳和裂纹，因此要对输送压力和压力波动进行详细的分析，以确定合理的输送压力范围和压力波动幅度。管道的直径、长度、材料、壁厚等管道结构的基本参数，直接影响到管道的承载能力和稳定性，较大的直径和厚实的壁厚可以承受更高的压力。天然气的密度、粘度、压缩因子等物性参数会影响其在管道内的流动特性，从而影响到输送压力的选择，因此在调研分析环节，要掌握此类参数数据。

查询管道周围的环境条件，包括地质情况（如土壤类型）、温度、湿度等因素，对影响管道稳定性和腐蚀状况的因素进行合理分析，了解预期的天然气流速和流量，为设计输送压力奠定基础，借助工程计算或模拟的方式，确定各项参数。全面考虑以上因素，制定出合理的输送压力和压力波动控制方案，减少管壁裂纹等问题的发生，保持管道的安全可靠运行，遵循相关的标准和规范，保证设计方案的合法合规性。注意其他可能引起管壁裂纹的因素，例如，管道的支撑和固定结构影响管道的稳定性和安全性，此外，土壤移动、地质灾害等外部因素也可能对管道造成损害管道防腐补口工见图2[4]。

图2 管道防腐补口工序

3.4 利用外加电流阴极保护技术，保护防腐层

利用外加电流阴极保护技术，施加外部电流来保护管道免受腐蚀，要设计一个完善的阴极保护系统，该系统包括阴极保护电源、阳极、引线等组件，阴极保护电源用于提供所需的电流，阳极则被安装在管道周围的地下区域。选用高电化学活性的金属或合金，例如铝、锌、镁等，以确保阳极在电化学保护过程中可以被消耗，而不影响管道的结构。

将阳极安装在管道周围的地下区域，以均匀分布的方式安置在需要保护的区域，使用导线将阳极与阴极保护电源连接，调整阴极保护电源的输出电流密度，保障管道周围的土壤具有足够的电位，实现对管道的保护。定期对阴极保护系统进行监测，检查电流密度、电位等参数是否符合设计要求，如果发现电流密度、电位等参数不符合设计要求，应及时进行调整和维护，调整阴极保护系统的参数、更换失效的设备、修复管道表面的问题，保护管道免受腐蚀[5]。

3.5 加强远程在线技术应用，构建监测系统

加强远程在线通讯自动监测技术的应用，构建现代化的监测系统，实现对管道状态的实时监测和异常排查，其中应用到了传感器、数据采集设备、数据传输通道等组件，将组件安装在天然气长输管道的关键部位，以实现对管道状态的实时监测。采用先进的远程在线通讯技术，将监测数据实时传输到监控中心或相关部门，实现远程监测和管理，其中涵盖了包括无线通讯、互联网传输等方式。借助传感器，不断采集与管道相关的信息，如温度、压力、腐蚀程度等数据，输送到数据采集设备进行处理，形成可用于分析的数字信息。

在监测系统中设定预警阈值，一旦监测到管道状态异常（如腐蚀速度超过设定值、压力异常等），在系统中自动将警报信息发送给相关人员，以便及时采取措施。尽管监测系统能够实现实时监测，但仍需要定期进行人工巡检和维护，以保持监测设备的正常运行和准确性。借鉴发达国家在管道监测方面的经验，学习先进的技术和管理方法，可以提高监测系统的效率和精度，保障天然气输送的顺畅进行[6]。

4 结论

综上所述，深入分析和研究天然气长输管道的腐蚀原因，制定防护策略，延长天然气长输管道工程的使用寿命，对于我国的社会稳定运转和管道工程的长远发展有着深远的意义。在具体的策略应用和实践中，要以增强长输管道内腐蚀性能为目的，最大限度的延长管道的使用周期，切实提高管道安全性、可靠性，在技术创新和实践中，积累丰富的实战经验，推动天然气管道工程的技术创新发展。