沈佳園

(浙江浙能天然氣運行有限公司，浙江 杭州 310000)

天然氣被譽為“清潔能源”，相對于石油和煤炭等能源而言，具有燃燒潔凈、熱值高和使用安全等優(yōu)勢，目前已經成為了我國廣大人民群眾的主要生活燃料能源，需求量得到了巨大的提升，天然氣管道行業(yè)得到了極為迅速的發(fā)展[1]。如浙江浙能天然氣運行有限公司目前所管理的省級天然氣長輸管道近710 km，供氣范圍已覆蓋湖州、杭州、紹興、寧波、嘉興和衢州等浙江省重點城市，天然氣年輸氣量達53億m3，預計2020年管理的省級天然氣管網將超過3 600 km，輸氣量達400億m3。隨著天然氣管道的快速發(fā)展，天然氣管道腐蝕問題也成為了關注的焦點，有效的腐蝕控制與防護已經成為天然氣管道安全系統工程的主要組成部分。

1 天然氣管道的腐蝕機理

1.1 埋地管道所處的環(huán)境

天然氣管道與土壤中的硫化物相接觸，容易出現硫化物腐蝕，而硫化物腐蝕的程度主要受到土壤溫度和酸堿度的影響。通常而言，土壤溫度為25～30 ℃，土壤PH值為5～9時，最容易出現腐蝕。

1.2 氣體的組成

天然氣管道所輸送的介質中會有水蒸氣，隨著管流流動介質的壓力和溫度降低，會使水蒸氣冷凝成為液態(tài)水，而液態(tài)水在與H2S、CO2接觸后會形成亞硫酸和碳酸等，進而對天然氣管道造成嚴重地腐蝕。

1.3 管道中的游離水與高氣相流速

在壓力降的作用下，天然氣管道中的飽和天然氣會出現自由液相，但由于高氣液比的客觀實際，管道內流型主要有2種，分別是層流和環(huán)狀流。液體在環(huán)狀流中會以液膜的形式涂覆在管壁上，小液滴會在氣體卷吸作用下不斷向前運動；而在氣液比稍低時，會出現層流，層流特點就在于液相在管道下部運動，氣相在管道上部運動。經研究，天然氣管道的腐蝕速率與氣體流速成正比，隨著氣體流速的進一步增加，天然氣管道的腐蝕速率也會加大。

1.4 壓力和溫度

天然氣管道內酸性物質的活性會隨著壓力的增加而增加，進而加速腐蝕；而溫度的提高會使土壤硫化物對天然氣管道外壁的腐蝕速率增加，也會加快管道與酸性物質的反應速率；但是當溫度超過70 ℃時，管道與酸性物質的反應速率就基本不再變化。

2 天然氣管道腐蝕防護措施

2.1 外部腐蝕控制

2.1.1 外防腐涂層

外防腐涂層是天然氣管道腐蝕防護的第1道防線，能夠起到避免土壤環(huán)境直接與天然氣管道相互接觸的作用。外防腐涂層需要具備的性能有：1)物理機械性能優(yōu)異，能夠有效地抵御天然氣管道在土壤中的蠕動，無論鋼管移動還是熱脹冷縮，外防腐涂層都不會出現剝離的現象；2)鐵基體附著力優(yōu)異，尤其是要有良好的濕膜附著力；3)耐蝕性良好，能夠耐受鹽、堿、大氣、酸、水及其他溶劑等介質的腐蝕；4)抵抗介質滲透性良好，外防腐涂層應該起到較好的屏障、隔絕和密封的作用。

目前，聚乙烯PE、煤焦油瓷漆和環(huán)氧粉末等是國內外常用的管道防腐層材料，各種材料的適用范圍及性能見表1。

表1 各種外防腐材料性能對比

2.1.2 陰極保護

陰極保護可分為犧牲陽極保護和外加電流保護2種類型，犧牲陽極保護的保護范圍小，但其最大的優(yōu)點是不需要外加電源；外加電流保護的保護距離長且可調。犧牲陽極保護可作為外加電流保護的補充。犧牲陽極的種類及規(guī)格選取見表2。

表2 犧牲陽極的種類選取

陰極保護的保護效果很好，技術較為成熟，其保護程度P由下式表示：

保護效率Z可由下式表示：

值得注意的是，在陰極保護時，務必要考慮其性價比，盡量用較低的經濟成本獲得足夠的保護度和良好的保護效果。

2.2 內部腐蝕控制

2.2.1 內防腐涂層

內防腐涂層的代表材料有聚氨醋和環(huán)氧粉末等，內防腐涂層主要是為管流和管內壁之間提供物理隔離，不讓鋼管直接與腐蝕性物質接觸，進而降低天然氣管道內部腐蝕。管道內防腐涂層在長輸送天然氣管線中能夠大幅度提高管線的輸送能力，降低操作成本，減少摩擦阻力損失；而在近距離天然氣輸送中，既能夠防腐，又能夠減阻。目前，常用的天然氣管道內涂層防腐技術有涂塑鋼管、環(huán)氧粉末涂料內防腐技術、玻璃鱗片漆內防腐技術、水泥砂漿內襯里技術、H87內防腐涂層技術、玻璃鋼管道內襯技術和水性帶銹復合防銹涂料內涂技術等。涂覆涂層法是目前國內外應用較多的技術，其檢測手段和施工方案較為完善，很容易實施[2]，還可用機器人進行涂覆操作，其施工流程通常為：裸管檢測→表面預熱→內除銹→除銹檢驗→管端貼紙→內噴涂→加熱固化→涂層檢測→包裝運輸。常見涂裝問題及處理見表3。

表3 常見涂裝問題及處理

2.2.2 緩蝕劑防腐

緩蝕劑防腐是指在腐蝕介質中加入少量的緩蝕劑，以便對金屬的力學性能改變過程和腐蝕破壞過程進行抑制，進而使金屬的使用壽命得以延長。緩蝕劑防腐具有見效快、操作簡便、用量極少、不增加設備投資和同一配方可以適用于不同環(huán)境等特點，防腐效果較佳，目前在天然氣管道防腐中應用較為廣泛。目前，天然氣管道中所采用緩蝕劑的緩蝕成分主要是有機物，如炔醇類、亞胺乙酸衍生物、鏈狀有機胺及其衍生物、松香衍生物、磺酸鹽和季銨鹽類等。為了達到更佳的防腐效果，應同時聯用破乳劑、除硫劑和水合物抑制劑等物質。

2.2.3 復合管防腐

目前，國內外常用的復合管包括陶瓷內襯復合管、玻璃鋼內襯復合管和雙金屬復合管。陶瓷內襯復合鋼管從外到內分為鋼材、過渡層和陶瓷等3層，由于其內襯的陶瓷層具有高抗熱性、高抗沖擊性、耐蝕性、高韌性、耐磨性、高強度性和耐高溫性等良好的綜合性能，被國際上視為“先進的復合新材料”，可適用于耐磨強度高的環(huán)境。玻璃鋼具有減阻、防垢和防腐等優(yōu)良性能，主要由增強玻璃纖維和環(huán)氧樹脂等材料組成。目前，雙金屬復合管應用廣泛，世界許多國家的油氣管道都采用英國冶金復合管(Proclad公司生產)和德國機械復合管(Butting公司生產)，我國大慶油田的輸氣管道和長慶油田分公司靖安首站都采用了雙金屬復合管技術。雖然復合管防腐效果較佳，但是其最大的問題就在于成本較高、工藝較復雜，只適用于特殊的地段。

2.2.4 電鍍防腐

電鍍層通常可分為陽極性鍍層和陰極性鍍層。陽極性鍍層是指電鍍金屬層的電極電勢要低于被保護金屬的電極電勢，如在鐵上鍍鋅(此時鐵為陰極，鋅為陽極)；陰極性鍍層是指電鍍金屬層的電極電勢高于被保護金屬的電極電勢，如鋼鐵表面上鍍錫(此時錫為陰極，鐵為陽極)。當金屬基體表面被鍍層完全覆蓋，金屬基體與腐蝕介質可被鍍層隔離[3]。眾所周知，在陽極性鍍層中，被保護的金屬是陰極，即使受到損壞，也不會腐蝕被保護的金屬，只會讓鍍層本身受腐蝕；但在陰極性鍍層中，被保護的金屬為陽極，一經損壞，腐蝕介質直接與被保護的金屬接觸，那么必然會對金屬進行腐蝕，此時鍍層的存在就會使被保護金屬的腐蝕速率進一步加速。雖然鍍層能夠對天然氣管道進行較好地保護，但是電鍍防腐和復合管防腐都有同樣的問題，鍍層工藝較復雜，價格較高，進而使其推廣應用得到了一定的制約。

2.3 加強腐蝕檢測

目前，天然氣管道檢測技術主要包括2大類，分別是管道內腐蝕檢測技術和管道外腐蝕檢測技術。

2.3.1 管道外腐蝕檢測技術

天然氣管道外腐蝕檢測方法又可以分為2種：管內電流測量和管—地電位測量。管內電流測量主要包括分段管內電流比較法和電流梯度分布法等，管—地電位測量主要包括直流電壓梯度法和Person檢測法等。雖然這些方法都可以在非開挖的情況下完成，但要想得到可靠數據，工作人員務必要進行仔細地分析和測量。例如，只有知道了管道的確切走向，才能夠采用直流電壓梯度法來進行檢測。

2.3.2 管道內腐蝕檢測技術

超聲波檢測法和漏磁通法是目前國外應用較為廣泛的管道內腐蝕檢測方法。超聲波法對缺陷管道的壁厚進行測量主要是利用脈沖反射時間間隔，檢測時，探頭依次接收由管外壁和管內壁傳送過來的反射波，然后通過計算可以得出較為準確的管壁厚度，超聲波法能夠將天然氣管道內、外壁的變形情況和腐蝕情況分辨出來，而且對管道壁厚和管道材料的敏感性小。漏磁通法可以將天然氣管道內、外腐蝕缺陷檢測出來，但是若要保證檢測精度，就必須對其檢測速度進行合理地調解和控制；同時，漏磁通法的測試精度還與壁厚成反比，值得注意的是，天然氣管道若采用漏磁通法檢測，壁厚應<12 mm。

3 結語

總之，造成天然氣管道腐蝕的因素紛繁復雜，其受腐蝕的環(huán)境也各種各樣，腐蝕機理各不相同，應該結合天然氣管道具體的腐蝕情況及特點來選擇最為適宜的防腐措施，進而實現天然氣管道的安全運行。

[1] 阿拉坦其其格. 淺談天然氣管道防腐技術[J]. 科技創(chuàng)新導報, 2010,23(1)：110-113.

[2] 趙海濤. 油氣輸送管道腐蝕因素與防護對策[J]. 科協論壇(下半月), 2009,21(7)：120-123.

[3] 張云露，張士衛(wèi)，藺紹玲.鎂合金防腐涂層的研究[J].新技術新工藝，2014(5)：68-71.