周斌 王堃 史學(xué)海 陳旭杰 劉栓

摘 要：天然氣分輸閥室的管道外壁處于大氣腐蝕環(huán)境，一般采用重防腐涂層進(jìn)行防腐蝕防護(hù)。天然氣管道在輸送低溫天然氣時(shí)，管道外壁溫度低于水的露點(diǎn)，形成凝露環(huán)境，涂覆在天然氣管道外壁的涂料會(huì)長(zhǎng)期處于水膜浸泡狀態(tài)，水分子會(huì)逐漸滲入漆膜導(dǎo)致底漆附著力下降，繼而出現(xiàn)管道腐蝕和漆膜脫落、鼓泡現(xiàn)象。本文對(duì)浙江省內(nèi)濱海地區(qū)70座天然氣分輸閥室的輸氣管道外壁進(jìn)行腐蝕現(xiàn)狀調(diào)研，評(píng)價(jià)濱海海洋大氣中的氯離子對(duì)管道涂層腐蝕失效的影響，同時(shí)并采用新型石墨烯改性重防腐涂料對(duì)天然氣分輸閥室的管道外壁進(jìn)行涂裝，評(píng)價(jià)新型涂料對(duì)管道外壁的腐蝕防護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：天然氣管道;分輸閥室;石墨烯改性重防腐涂料;凝露;腐蝕機(jī)理

天然氣輸送主管道多為埋地管道，埋地管道基材為管線鋼，管道外壁采用3PE涂層防護(hù)，長(zhǎng)期服役于土壤腐蝕環(huán)境，土壤腐蝕性相對(duì)較弱，一般5年以上才挖地進(jìn)行腐蝕評(píng)估。而天然氣輸氣站和分輸閥室的輸氣管道長(zhǎng)期處于大氣腐蝕環(huán)境，當(dāng)?shù)蜏靥烊粴饬鹘?jīng)管道時(shí)，管道表面溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，空氣中的水蒸氣會(huì)在管道外壁凝露形成水膜，在夏季和秋季尤為明顯。在濱海地區(qū)和化工區(qū)，大氣中的腐蝕介質(zhì)（如氯離子和酸性氣體）也會(huì)凝露在水膜中，加速管道涂層的腐蝕失效[1]。因此，濱海地區(qū)分輸閥室的凝露環(huán)境對(duì)天然氣管道的長(zhǎng)期有效防腐帶來較大挑戰(zhàn)。

1 濱海地區(qū)分輸閥室的管道腐蝕現(xiàn)狀

浙江處于海洋大氣和工業(yè)大氣耦合腐蝕環(huán)境，大氣中含鹽量高，同時(shí)含有酸性氣體，容易形成腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)。近期對(duì)浙江省70座天然氣分輸閥室的輸氣管道進(jìn)行腐蝕調(diào)研，發(fā)現(xiàn)分輸閥室的輸氣管道基本在兩年內(nèi)就出現(xiàn)防腐涂層脫落現(xiàn)象，如蕭山站、紹興站等。部分沿海站場(chǎng)平均兩年就要整體防腐涂裝，如春曉站等。

1.1 天然氣分輸閥室的腐蝕現(xiàn)狀

對(duì)浙江省內(nèi)的天然氣站場(chǎng)進(jìn)行腐蝕調(diào)研，發(fā)現(xiàn)天然氣分輸閥室室內(nèi)濕度大，夏季溫度高，管道外壁長(zhǎng)期處于凝露環(huán)境，并有水滴形成，詳見圖1。管道外壁、螺栓和接頭處都出現(xiàn)不同程度腐蝕現(xiàn)象，并有銹跡趟出。在離海岸線較近的閥室，防腐涂層剝落、開裂和鼓泡現(xiàn)象比較嚴(yán)重，特別是在管道外壁底部的水滴形成區(qū)域，詳見圖2。

1.2 腐蝕產(chǎn)物形貌和元素分析

通過電子掃描電鏡（SEM）對(duì)漆膜銹蝕處的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物呈顆粒狀，疏松多孔，容易從管道基材上脫落，見圖3a。對(duì)天然氣管道腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4、Fe2O3和FeOCl（詳見圖3b），說明海洋大氣中的氯離子一直存在腐蝕產(chǎn)物中，加速天然氣管道基材的腐蝕失效。

1.3 天然氣分輸閥室管道腐蝕失效機(jī)制

結(jié)合天然氣管道表面涂層的失效狀況和銹層腐蝕產(chǎn)物分析，初步判定天然氣管道表面重防腐涂層失效機(jī)制為[2]：（1）凝露環(huán)境加速防腐涂層老化失效，逐漸滲入漆膜內(nèi)部的水分子和其他腐蝕介質(zhì)導(dǎo)致底漆附著力逐漸降低;（2）海洋大氣和工業(yè)大氣腐蝕環(huán)境的中腐蝕介質(zhì)耦合加速漆膜失效，腐蝕介質(zhì)（主要為氯離子、溶解氧、酸雨）沉積在水膜中，加速天然氣管道基底發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。

2 新型石墨烯改性重防腐涂料在天然氣管道外壁的防護(hù)應(yīng)用

2.1 防腐方案設(shè)計(jì)

通過對(duì)濱海地區(qū)天然氣閥室管道外壁的腐蝕調(diào)研，結(jié)合天然氣管道帶氣施工的特殊要求，中國(guó)科學(xué)院寧波材料所設(shè)計(jì)新型石墨烯改性重防腐涂料體系，具體包括環(huán)氧石墨烯帯銹涂裝底漆，環(huán)氧石墨烯阻隔中間漆和聚氨酯耐候面漆，可以實(shí)現(xiàn)在水噴砂后進(jìn)行防腐涂裝。其中環(huán)氧石墨烯帯銹涂裝底漆主要功能是提高底漆的濕附著力，并具有鐵銹轉(zhuǎn)化功能，可以在低表面處理下進(jìn)行防腐施工;環(huán)氧石墨烯阻隔中間漆主要利用二維層狀石墨烯的阻隔水汽功能，添加05wt%的石墨烯可以有效增加環(huán)氧涂層的致密性和柔韌性，減緩水分子在漆膜內(nèi)部的滲透速率;聚氨酯耐候面漆設(shè)計(jì)為中黃顏色，主要起到耐老化和警示功能[3]。在銹蝕表面進(jìn)行打磨處理后，采用以下施工方案：打磨ST2.0級(jí)→環(huán)氧石墨烯帯銹底漆（80微米）→環(huán)氧石墨烯阻隔中間漆（100微米）→聚氨酯耐候面漆（60微米）。其中每道涂料的涂裝間隔為24h，涂裝照片見圖4。

2.2 石墨烯改性重防腐涂料對(duì)天然氣管道外壁防腐效果評(píng)價(jià)

對(duì)浙能百官閥室涂裝的石墨烯改性重防腐涂料服役不同時(shí)間后，進(jìn)行防護(hù)效果評(píng)價(jià)，詳見圖5。發(fā)現(xiàn)涂裝6個(gè)月后，聚氨酯面漆光澤度高，無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，隨著服役時(shí)間延長(zhǎng)，面漆逐漸失光，褪色;但石墨烯改性重防腐涂料體系對(duì)管道外壁的整體防腐效果良好，漆膜沒有出現(xiàn)腐蝕、起泡和開裂現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

在濱海大氣腐蝕環(huán)境下，天然氣分輸閥室的管道長(zhǎng)期處于凝露環(huán)境，傳統(tǒng)防腐涂層容易發(fā)生腐蝕失效，同時(shí)海洋大氣中的氯離子會(huì)加速管道腐蝕，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3O4、Fe2O3和FeOCl，并且腐蝕產(chǎn)物呈顆粒狀，疏松多孔，容易從管道基材上脫落。采用新型石墨烯改性重防腐涂料對(duì)天然氣分輸閥室的管道外壁進(jìn)行涂裝，24個(gè)月后，石墨烯改性重防腐涂料體系對(duì)管道外壁的整體防腐效果良好，漆膜沒有出現(xiàn)腐蝕、起泡和開裂現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙寧寧，崔道金，徐焜，等.濱海某地鐵管廊架防腐防火涂層失效原因和應(yīng)對(duì)措施[J].科技風(fēng)，2020（6）：191.

[2]尹昌國(guó).天然氣管道的環(huán)境腐蝕與防護(hù)[J].工藝與設(shè)備，2019，45（9）：106-107.

[3]劉栓，周開河，吳躍斌，等.石墨烯改性重防腐涂料在世界最高輸電鐵塔的防腐應(yīng)用[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2019，31（1）：114-120.