凌晨(西南石油大學材料科學與工程學院，四川成都610500)

關于埋地天然氣管道防腐技術的探討

凌晨(西南石油大學材料科學與工程學院，四川成都610500)

隨著科學技術水平的進步，人類對于基礎設施的質量要求逐漸提高，天然氣管道也因此取代煤氣管道，成為能源輸送的主要途徑。然而，由于外界土質分布不均勻的原因，導致天然氣管道經常出現腐蝕現象，影響天然氣的輸送質量。本文將對埋地天然氣管道的腐蝕原因進行分析，并整理出相關的防腐蝕技術。

埋地天然氣管道；防腐技術；施工

天然氣是一種高效的環(huán)保能源，近年來被廣泛的運用于工商業(yè)與民用生活中。天然氣管道質量直接關系到氣體質量與居民生活質量，因此，應當加強天然氣管道防腐技術的開發(fā)與研究，延長管道的使用壽命，保證管道的運輸安全，減少資源浪費，從而實現天然氣的有效運輸與利用。

1 埋地天然氣管道腐蝕原因

1.1 內腐蝕原因

我國的天然氣含硫量較高，有機硫與H2S會產生化學反應，形成硫化鐵粉，從而對管壁金屬進行破壞，增加管壁脆性，嚴重時還可造成自燃爆炸。此外，管道的金屬也會與非電解質產生化學反應，造成腐蝕[1]。

1.2 外腐蝕原因

主要取決于兩點，管道外壁與土質。例如管道外壁的材質、所含雜質數量、管道金屬接口焊接質量、機械加工殘余應力、土壤質地、電阻率、含水量、PH值等都會對管道外壁質量造成影響。

造成管道外壁腐蝕的原因主要分為兩大方面，第一，化學反應，在PH值為6-9的臭氧條件下，硫酸鹽還原菌會對鋼鐵產生化學作用，從而引起腐蝕；第二，電化學腐蝕，產生金屬化學反應時，在O2與H2O的作用下，由于電極的電位不同而產生陰陽兩極，而使Fe（OH）2生成水合氧化鐵，進而產生腐蝕。

2 埋地天然氣管道防腐技術的應用分析

2.1 陰極保護技術

此技術在現階段的埋地天然氣管道防腐項目中應用較多，主要針對受電化影響嚴重的天然氣輸送區(qū)域。電位負的金屬，活性較強，容易發(fā)生腐蝕，因此需要向管道中輸入直流電流，使管壁表面電位陰極化。陰極保護技術主要分為兩種：

(1)犧牲陽極陰極保護技術

此技術是指將所要保護的金屬與比其電位還要負的金屬或合金連接在一起，并依靠電位較負的金屬不斷的腐蝕溶解產生的電流來保護其他金屬。此技術施工步驟簡單、投資成本較低，且電流的利用效率高，對相鄰金屬設施不會產生多余干擾。但此技術也同時存在驅動電位低、使用范圍受土壤電阻率限制等缺點，因此只適用于廠區(qū)或無電源的長輸管道。

(2)強制電流陰極保護技術

此技術是指借助輔助陽極優(yōu)勢，在回路中傳入一個直流電源，從而使被保護金屬呈陰極，實現對管道的保護。此技術可抵御高電阻及惡劣的腐蝕，使用周期長、驅動電壓高。但施工成本較高、施工及維護技術要求高、無法獨立工作，需要常年外供電且會對周圍的構件形成干擾，因此只適用于范圍較廣的大型工程。

2.2 防腐涂層應用

隨著天然氣工程技術的發(fā)展，各種新型材料不斷的應用到工程建設當中，而防腐層就是其中具有代表性的新型材料之一。常見的埋地天然氣管道防腐層技術有以下幾種：

(1)雙層熔結環(huán)氧粉末防腐技術

單層熔結環(huán)氧粉末技術在二十一世紀初期就已進入廣泛使用，雙層熔結環(huán)氧防腐技術是對單層技術的一個延伸與改進，能夠最大程度的保證天然氣管道的抗沖擊能力，且耐高溫抗腐蝕。

(2)改進聚乙烯防腐層

該技術曾被利用到“西氣東輸”項目上，并隨著科技的發(fā)展，逐漸衍生出聚乙烯二層、聚乙烯三層等多項技術，實現了該材料在天然氣輸送事業(yè)上的廣泛利用。

(3)其他防腐層技術

此外，石油瀝青、煤焦油瓷漆、環(huán)氧樹脂漆等都可作為防腐涂層使用。每種材料的質地不同，性能也大有不同，在管道防腐工作上，應當考慮多方因素，結合土壤性質及管道自身材料條件，選取最為合理的防腐涂層方案，最大限度的減小資金預算，穩(wěn)固管道質量。

2.3 緩蝕劑防護技術應用

緩蝕劑是以適當的濃度及形式存在于環(huán)境中，可減緩材料腐蝕的化學物質或混合物。可分為無機緩蝕劑、有機緩蝕劑、聚合物類緩蝕劑等[2]。

埋地天然氣管道利用緩蝕劑，可在防腐層外形成二級保護，兩者結合可使管道的抗腐蝕性能成倍提高，延長其使用壽命。從理論上講，緩蝕劑主要是根據其分子上的極性基團的吸附作用，將其附著于管壁表面，對管道中極負電流進行作用，改變金屬的電荷狀態(tài)，從而增加金屬腐蝕反應的活化程度，與此同時，緩蝕劑中的非極性基團在金屬表面形成一層保護膜，阻止管道內的電荷轉移，減緩腐蝕速度。

2.4 加大智能防腐技術的開發(fā)

由于埋地天然氣管道的特殊性質，工作人員無法對其運作情況進行全程監(jiān)控，由此導致管道的安全存在隱患。因此需要加強對智能防腐檢測工作的技術開發(fā)，將多媒體及信息監(jiān)測技術應用于工程建設中，對管道的質量情況進行全天候、持續(xù)性檢測，從而確保管道的安全運行。

2.5 防腐補口技術

防腐補口技術屬于埋地天然氣管道防腐技術的重要組成，該技術可以細分為表面處理、底漆應用、熱收縮袋安裝三部分。

(1)表面處理

防腐補口技術的表面處理環(huán)節(jié)直接關系著天然氣管道的長期安全運輸實現，而這一環(huán)節(jié)則可以細分為環(huán)境監(jiān)測、表面預處理檢查、噴砂處理前的預熱檢查、噴砂清理檢查四部分，具體內容如下：（1）環(huán)境監(jiān)測。施工人員需要保證鋼管表面溫度最少高于露點3℃，且空氣中的相對濕度低于85%。（2）表面預處理檢查。管道鋼材表面往往可能存在表面毛刺、飛濺、夾層、缺口等質量問題，因此施工人員需要做好打磨施工，以此保證管道表面質量。（3）噴砂處理前的預熱檢查。通過預熱即可保證噴砂處理環(huán)節(jié)質量，這主要得益于預熱所具備的除濕防返繡作用。（4）噴砂清理檢查。天然氣管道鋼管表面可能存在的可溶性鹽會直接影響防腐補口技術的應用質量，因此施工人員需要通過噴砂清理檢查實現可溶性鹽的清除。

(2)底漆應用

底漆施工同樣屬于防腐補口技術的重要組成，而該技術可以細分為環(huán)境監(jiān)控、涂料選擇、底漆混合控制、底漆涂覆外觀檢查、底漆漆膜厚度檢查五部分，具體內容如下所示：（1）環(huán)境監(jiān)控。施工人員需保證施工前的環(huán)境監(jiān)測同樣滿足表面處理環(huán)節(jié)需求。（2）涂料選擇。多應用液體雙組份環(huán)氧涂料作為底漆涂料，該涂料能夠有效提升防腐補口技術應用質量。（3）底漆混合控制。使用過期底漆問題在防腐補口技術的應用中較為常見，因此施工人員必須仔細檢查底漆生產日期，并同時保證基料與固化劑的混合均勻。（4）底漆涂覆外觀檢查。保證鋼管裸管區(qū)均勻涂刷底漆，同時施工人員需要重點關注關注可能出現的漏涂、流掛問題，其中干線管道3PE表面必須避免涂刷底漆。（5）底漆漆膜厚度檢查。在具體的厚度檢查中，施工人員應使用濕膜卡，以此保證底漆應用環(huán)節(jié)施工質量。

(3)熱收縮袋安裝

熱收縮袋的安裝可以細分為預熱控制、熱收縮袋安裝、外觀檢查、涂層厚度檢查、涂層漏涂點檢查、涂層附著力檢查共六部分，具體內容如下：（1）預熱控制。加熱烤把并使用紅外測溫儀校準。（2）熱收縮袋安裝。兩名施工人員共同進行熱收縮袋的加熱，只有確保氣泡消失才能夠保證施工質量。（3）外觀檢查。通過檢查熱收縮袋的緊密性、氣泡、碳化、破裂等特點，即可確定熱收縮袋暗裝質量。（4）涂層厚度檢查。應用磁性檢測儀進行厚度檢查，并保證檢查在熱收縮袋溫度下降后進行。（5）涂層漏涂點檢查。應用直流高壓電火花漏涂點檢測儀進行檢查。（6）涂層附著力檢測。應用剝離實驗進行檢查[3]。

2.6 防腐檢測技術

(1)PCM結合RTK技術概述

PCM技術主要應用在對管道電流衰減梯度進行測量，因此也被稱為電流梯度法。通過給管道施加一定的電流信號，記錄電流信號產生的磁場，來確定檢測的管道的位置和深度，并且定位管道破損的具體地點。PCM被應用在管道防腐層評價和管道埋深走向檢測中，如果管道發(fā)生破損，PCM發(fā)送的電流則會流向地面，同時該破損位置的電流變化會增大，PCM對電流變化進行監(jiān)督后，找到異常位置就是管道破損點。而RTK技術的檢測原理是通過架設基準站在檢測點中，通過接受GPS信號的方式接收數據，反饋信息給流動站，在基準站和流動站之間形成數據傳送鏈，最終通過計算，得出發(fā)生破損的坐標，RTK系統中包括了GPS接收設備和數據傳輸設備以及軟件系統。RTK技術中因為采用了GPS定位技術能夠對檢測位置周圍的環(huán)境也進行檢測，對破損位置的定位較為準確。通過將PCM和RTK兩種技術相結合，能夠全面提高位置的精確度，RTK提供參照物的相對位置，PCM則能夠探測位置的具體深度，為管線管理方面提供出數據和圖紙的綜合信息，給維修技術人員的后續(xù)修復工作帶來了便利。

(2)實踐應用

以某地區(qū)的的工程檢測為例，該地區(qū)的地質地貌較為復雜，其中山林和水稻農田相互交錯，河流和公路也在其中。在對PCM防腐層的檢測過程中發(fā)現，該地區(qū)的天然氣高壓埋地管線的實際情況和設計圖紙之間存在較大的偏差，究其原因，是因為在實際施工過程中發(fā)現，設計管線的具體走向，存在較大的施工困難，因此實際施工人員結合實際情況選擇了，成本較低符合實際的路線進行鋪設。本次工程檢測采用PCM和RTK綜合檢測的方法進行，采用了GPS定位技術，對管線中破損的位置進行定位，將記錄的數據引入到RTK的軟件中，更為方便的記錄發(fā)生普水泥的位置，減輕維修人員的工作量，有效提高了光纖破損點的維修效率。通過PCM和RTK檢測的綜合使用，對未來管線破損維修和開挖驗證等后續(xù)工作的開展提供了參考。

3 結語

綜上所述，埋地天然氣管道因多方因素的影響很容易產生腐蝕，因此在未來的天然氣工程建設中，應加強對管道質量的實時監(jiān)控，利用生物、化學及物理等多種方法，加強對管道設計的改良，提高管道防腐性能，對質量監(jiān)控工作進行有效反饋，切實保障管道質量，實現我國天然氣運輸事業(yè)的快速發(fā)展。

[1]仲小慧,賀志偉,熊雙.埋地天然氣管道防腐技術的應用研究[J].化工管理,2016,(03):120.

[2]吳一.淺析埋地天然氣管道防腐技術[J].石化技術,2017,24(03):206.

[3]張富春,段紅,王鑫.長輸天然氣管道防腐補口施工質量控制[J].全面腐蝕控制,2013,01:19-21.

姓名：凌晨（1991-）性別：男，籍貫：重慶市梁平人，學歷：本科，畢業(yè)于西南石油大學；現有職稱：無；研究方向：材料防腐。