趙延平

國家管網(wǎng)集團川氣東送天然氣管道有限公司 湖北 武漢 430074

天然氣能源在使用的過程中，并不會產(chǎn)生較大的環(huán)境污染問題，與傳統(tǒng)的能源相比，其在環(huán)保方面具有很大的優(yōu)勢，與新型能源相比，天然氣資源可以大規(guī)模的開發(fā)及利用。我國天然氣資源在分布與需求方面存在一定的問題，因此，需要對該種類型的能源進行長距離輸送，管道輸送的安全性以及經(jīng)濟性都相對較強，因此，管道輸送已經(jīng)成為天然氣能源輸送的重要方式。但是在進行能源輸送的過程中，管道自身出現(xiàn)腐蝕問題的概率相對較大，在腐蝕相對較為輕微的前提下，可能會導致管道的承壓能力降低，在腐蝕相對較為嚴重的前提下，引發(fā)安全風險事故問題的概率將會提升[1]。本次研究主要是針對管道的腐蝕問題，對腐蝕機理以及腐蝕類型進行深入分析，以此提出合理的防腐措施，為保障管道的安全運行奠定基礎。

1 長輸天然氣管道腐蝕機理分析

通過對管道腐蝕問題進行深入分析可以發(fā)現(xiàn)，其屬于金屬腐蝕研究的重要范疇。管道的腐蝕機理可以分為2種類型，分別是化學腐蝕以及電化學腐蝕。在化學腐蝕方面，金屬與腐蝕性的物質(zhì)直接接觸并引發(fā)化學反應，最終產(chǎn)生對金屬破壞的現(xiàn)象，對于天然氣管道而言，其與介質(zhì)中的腐蝕性物質(zhì)或者土壤中的酸性物質(zhì)直接接觸，都將會引發(fā)嚴重的化學腐蝕問題，事實上，化學腐蝕雖然會產(chǎn)生一定的危害，但是與電化學腐蝕相比，化學腐蝕的危害性相對較弱。對于電化學腐蝕而言，其主要指的是在電解質(zhì)溶液存在的前提下，金屬在溶液中與其他物質(zhì)共同構(gòu)成了原電池，最終引發(fā)腐蝕破壞的行為。對于我國的長輸管道而言，其敷設方式主要可以分為2種類型，分別是架空敷設和埋地敷設，管道金屬在土壤環(huán)境或者潮濕環(huán)境引發(fā)的腐蝕問題都屬于電化學腐蝕[2]。

2 長輸天然氣管道腐蝕類型分析

2.1 管道外腐蝕

對于我國天然氣長輸管道而言，其基本采用了埋地敷設的基本模式，在進行管道建設的過程中，需要穿越多種類型的地形以及氣候區(qū)，由于管道各個位置處面臨的土壤環(huán)境存在一定的差別，因此，出現(xiàn)外腐蝕問題的概率也相對較高[3]。對于少數(shù)的架空管道而言，其長期與外界大氣環(huán)境接觸，也容易出現(xiàn)大氣腐蝕問題。通過對我國大多數(shù)管道進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，盡管大多數(shù)管道都已經(jīng)采用了外防腐層的基本模式，但是在管道建設或者管道運行的過程中，受到建設施工技術(shù)以及第三方入侵等問題的影響，導致外防腐層非常容易出現(xiàn)破損問題，在外防腐層破損以后，金屬可以直接與腐蝕性物質(zhì)接觸，進而出現(xiàn)化學腐蝕問題，同時，對于防腐層破損點和完好點而言，其容易產(chǎn)生原電池，進而引發(fā)電化學腐蝕問題。

如果長輸管道采用了架空敷設的方式，其可以與大氣環(huán)境產(chǎn)生直接接觸，在管道的外表面可以產(chǎn)生一層水膜，這層水膜相對較薄，甚至用肉眼難以察覺。事實上，在水膜的厚度達到20～30個分子的厚度以后，就可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娀瘜W反應所需要的電解質(zhì)，如果在管道表面形成的水膜中不存在其他成分，其出現(xiàn)電化學反應的概率相對較低，但是，在大氣環(huán)境的影響下，水膜中存在其他成分的概率相對較大，例如溶水性的鹽類以及腐蝕性的氣體等，此時管道金屬出現(xiàn)電化學反應的概率將會大幅提升[4]。如果管道采用了埋地敷設的方式，我國大多數(shù)地區(qū)的土壤并不致密，土壤的顆粒之間存在一定的孔隙，大量的空氣、水分以及鹽類都存在于這些孔隙之中，使得土壤具有電解質(zhì)的基本特征，如果管道金屬處于該種類型的電解質(zhì)中，則會產(chǎn)生多種類型的腐蝕電池。首先，由于管道金屬表面存在一定的差異性，因此，此時可以形成微腐蝕電池，受到金屬表面條件差異性的影響，將會出現(xiàn)一定的腐蝕反應；其次，在土壤腐蝕性環(huán)境存在較大差異的前提下，可以形成宏觀的腐蝕電池，事實上，由于長輸管道的距離相對較長，不同區(qū)域管道所處環(huán)境的透氣性存在一定的差異，土壤中的氧氣含量也存在一定的差異，進而使得腐蝕電池得到一定的發(fā)育，腐蝕電池陰陽兩極之間的距離可以達到數(shù)公里。對于土壤自身的腐蝕性而言，其可以使用土壤電阻率進行表示，在土壤電阻率相對較低的前提下，土壤的腐蝕性將會大幅提升。微生物腐蝕也屬于常見的腐蝕類型，其主要指的是由于微生物生命活動或者受微生物影響所引發(fā)的腐蝕問題，微生物腐蝕屬于電化學腐蝕，對于長輸管道而言，無論是采用埋地敷設方式和采用架空敷設方式，其與微生物之間必產(chǎn)生緊密的接觸。事實上，每年由于微生物腐蝕問題所產(chǎn)生的管道金屬損失巨大，因此，對微生物腐蝕問題進行合理的防護也十分關(guān)鍵。隨著我國陸地能源開采量的逐漸降低，我國的天然氣資源開發(fā)工作已經(jīng)逐漸從內(nèi)陸延伸到了海洋，我國海洋能源的儲備量相對較大。對于海上氣田而言，在對開發(fā)的天然氣進行簡單的處理以后，將會通過海底管道將能源輸送到陸地，對于海底管道而言，其將會面臨嚴重的海水腐蝕問題。通過對海洋環(huán)境進行分析發(fā)現(xiàn)，其屬于非常復雜的腐蝕環(huán)境，如果管道處于海底環(huán)境中，其不但需要面臨海水腐蝕問題，還將面臨波浪以及潮流對于管道產(chǎn)生的應力沖擊，同時，海洋環(huán)境中的微生物種類相對較多，大量的微生物將會附著在管道外壁上，并產(chǎn)生大量的代謝物，這將會加快管道的外腐蝕，隨著我國海洋能源開發(fā)量的逐漸提升，海底管道的數(shù)量也將會增加，在這種背景下，加快海底管道防腐技術(shù)的研究工作十分必要[5]。

2.2 管道內(nèi)腐蝕

在對天然氣能源進行管道輸送的過程中，管道金屬將與天然氣介質(zhì)產(chǎn)生直接接觸。事實上，天然氣介質(zhì)的成分也相對較為復雜，除了常規(guī)的烷烴以外，還含有大量的二氧化碳、硫化氫等腐蝕性成分，受到輸送溫度、輸送壓力以及輸送速度等因素的影響，這些成分將會對管道內(nèi)壁產(chǎn)生嚴重的腐蝕。管道內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕問題的原因可以分為3個方面：首先，對于長輸管道而言，其輸送量相對較大，輸送距離也相對較長，管道內(nèi)的介質(zhì)長期處于高溫高壓的環(huán)境中，這種類型的環(huán)境將會導致酸性氣體的活動能力大幅提升，其自身的活性也將會增強，酸性物質(zhì)對金屬產(chǎn)生的腐蝕反應屬于化學反應，受到酸性氣體活動能力以及自身活性的影響，化學反應的速率也將會提升；其次，在對天然氣介質(zhì)進行長距離輸送之前，一般會對介質(zhì)進行脫酸脫水處理，但是受到處理設備運行穩(wěn)定性的影響，部分游離水和固體介質(zhì)可能會進入到管道中，即管道內(nèi)可能會存在氣液固三相，受到三相混流的影響，可能會對管道產(chǎn)生沖刷腐蝕，這種類型的腐蝕現(xiàn)象在管道彎頭或者三通位置處十分常見；最后，管道內(nèi)也可能會出現(xiàn)化學腐蝕和電化學腐蝕，這主要是因為介質(zhì)中含有大量的腐蝕性成分，在管道內(nèi)環(huán)境達到一定的條件時，出現(xiàn)化學腐蝕和電化學腐蝕的概率將會提升，管道面臨安全風險問題的概率相對較大。

3 長輸天然氣管道防腐措施研究

3.1 外防腐措施

針對管道外腐蝕問題，常見的防腐措施可以分為3種類型，首先，需要全面提高管道材料的質(zhì)量，對于我國部分長輸管道而言，其運行時間相對較長，管道已經(jīng)面臨嚴重的腐蝕問題，且受到建設時期管道材料的影響，材料的抗腐蝕性能相對較低，針對該種類型的問題，需要及時對管道進行更換。目前，市面上常見的抗腐蝕管道材料相對較多，需要對這些材料進行對比和優(yōu)選，從材料的角度出發(fā)，全面提高其抗腐蝕性。其次，外防腐層是防止管道出現(xiàn)嚴重外腐蝕問題的關(guān)鍵性措施，其主要將管道本體與腐蝕性環(huán)境隔離，從物理的角度出發(fā)避免出現(xiàn)外腐蝕問題，該措施在我國得到了廣泛的應用，但是在進行管道建設的過程中，管道下管溝所使用的基本設備可能會導致管道出現(xiàn)外防腐層破損問題，如果管溝內(nèi)存在較為尖銳的固體，出現(xiàn)防腐層破損問題的概率也相對較高，在管道運行的過程中，管道周圍可能會存在第三方施工現(xiàn)象，由于第三方施工人員對于管道并不了解，也不具備管道安全保護方面的相關(guān)知識，因此，第三方施工也可能會引發(fā)防腐層破損問題。針對該問題，需要定期對管道開展檢測工作，主要是對管道防腐層的完好性進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)防腐層存在破損問題，則需要立即對其進行修復，以此保障防腐層的完好性，保障防腐層可以充分發(fā)揮自身的價值與作用。最后，電化學腐蝕對于管道的危害高于化學腐蝕，電化學防護所發(fā)揮的作用也將高于其他類型的防護措施，在電化學防護方面可以采取的措施分為兩種類型，在管道距離相對較短的前提下，可以采用外加電流的陰極保護措施，在管道距離相對較長的前提下，可以采用犧牲陽極的陰極保護措施，2種措施都是以原電池為基本原理，在構(gòu)建原電池的過程中，管道材料作為原電池的陰極進而得到了保護，在管道運行的過程中，陰極保護措施也可能會出現(xiàn)失效問題，針對該種類型的問題，需要定期對陰極保護措施進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)保護電流不足的問題，需要及時對保護電流進行調(diào)整，如果發(fā)現(xiàn)犧牲陽極材料的損失較為嚴重，則需要對犧牲陽極材料進行及時更換，使得陰極保護措施可以充分發(fā)揮作用。

3.2 內(nèi)防腐措施

針對長輸管道內(nèi)腐蝕問題，可以采取的防腐措施分為三方面，首先，需要強化介質(zhì)的處理工作，在介質(zhì)進入管道之前，需要對介質(zhì)進行充分的脫水脫酸處理，需要介質(zhì)的處理企業(yè)而言，需要定期對處理設備進行檢查和維護，全面提高處理設備的運行穩(wěn)定性，從源頭的角度出發(fā)，保證清潔的能源進入管道，以此避免管道內(nèi)出現(xiàn)嚴重的內(nèi)腐蝕問題；其次，需要在管道內(nèi)壁增設涂層材料，涂層材料可以將介質(zhì)與管道金屬相互隔離，在腐蝕性介質(zhì)無法與管道金屬產(chǎn)生直接接觸的前提下，管道內(nèi)壁將無法產(chǎn)生內(nèi)腐蝕問題，同時，內(nèi)涂層材料的增設還可以提高介質(zhì)的輸送效率，對于提高管輸企業(yè)的經(jīng)濟效益十分有利，常見的涂層材料包括合成樹脂等；最后，如果介質(zhì)中的酸性成分含量相對較多，且無法對其進行全面的脫除，在這種背景下，可以引入添加緩蝕劑的措施，即在管道入口處設置緩蝕劑添加設備，根據(jù)管輸量的基本情況，確定緩蝕劑的添加量，緩蝕劑只要是依靠分子作用力進而吸附在管道內(nèi)壁上，使得管道內(nèi)壁金屬的電荷分布情況出現(xiàn)一定的變化，或者可以在管道內(nèi)壁形成保護膜，進而阻止電荷的轉(zhuǎn)移，避免管道內(nèi)壁出現(xiàn)嚴重的腐蝕問題，該種類型防腐措施需要的成本費用相對較低，且見效相對較快，對于各個區(qū)域的管道而言該措施都可以得到合理的應用。目前，市場上常見的緩蝕劑類型相對較多，不同類型的緩蝕劑針對的腐蝕性介質(zhì)不同，管輸企業(yè)需要對介質(zhì)中腐蝕性物質(zhì)的成分進行充分分析，以此對緩蝕劑進行合理的選擇，保證緩蝕劑充分發(fā)揮作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，腐蝕是威脅長輸管道運行安全的重要因素，大量的管道安全風險事故都是由于管道腐蝕問題所引起，因此，管輸企業(yè)十分重視管道的防腐工作，管道腐蝕的機理相對較為復雜，管道所處的環(huán)境以及管道內(nèi)的介質(zhì)都可能會引發(fā)管道內(nèi)外腐蝕問題，單一的防腐措施難以發(fā)揮優(yōu)質(zhì)的效果。針對該問題，需要針對管道的內(nèi)腐蝕問題和外腐蝕問題，分別采取多種類型的防腐措施，全面降低管道的腐蝕速率，提高管道運行的安全性。