天然气长输管道腐蚀原因分析与防腐对策
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[摘 要]天然气在日常生活中是处处可见的，可是对输送天然气的管道我们并没有过多的去研究，天然气输送管道防腐与保护是保证管道正常工作，且延长其使用年限的重要措施。本文在分析天然气输送管道腐蚀产生的原因的基础上，最后提出了天然气长输管道防腐对策。
中图分类号：U177 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0021-01
1 天然气长输管道腐蚀原因分析
金属在自然界中与氧气结合发生化学变化，进而会导致其损坏。天然气的输送管道按照腐蚀的部位，可以划为内壁腐蚀与外壁腐蚀。其中内壁腐蚀与电化学腐蚀的原理类似，因为天然气中自带的水分在管道上面形成的亲水层，为其形成电化学腐蚀提供了条件，此外，天然气中的一些化学物质，与金属管道自身发生化学反应，形成腐蚀。而外壁腐蚀不仅在埋地管道上，架空的钢管也会出现外壁腐蚀，架空的管道上面常常涂以保护类的东西进行防护，而埋地的管道腐蚀是全面性的，管道厚度的腐蚀比较均匀。电化学腐蚀在埋地管道外壁的腐蚀较为普遍，此外还有一些其他原因导致的腐蚀。
天然气管道的输送介质属于易燃、易爆物质，介质中含有的硫化氢、二氧化碳、游离水、粉尘等杂质，使敷设的管道处于内外腐蚀条件，加上环境、地质、气象和水文灾害、管材及设计缺陷、操作失误乃至人为破坏等因素，管道的安全受到众多因素的威胁。管道发生爆破、泄漏、停输等事故不仅造成巨大财产损失，而且也危害到生态环境。
输气管道由于所处环境和输送介质的不同，引起的腐蚀情况也不同。按照腐蚀部位可分为：内壁腐蚀和外壁腐蚀。按照形态可分为：全面腐蚀和局部腐蚀。按照发生机理可分为：化学腐蚀和电化学腐蚀。
2 天然气长输管道防腐对策
2.1 阴极保护
金属表面，无论是在外面还是埋于地面，单单的采取阴极保护或者是涂层保护都是不能达到目的的，必须将两者结合起来才能实现防腐的理想状态，因此，当今世界上公认的防腐措施就是涂层与阴极保护相结合。阴极保护的原理为向管道通以够量直流电流，让管道表面阴极极化，减小形成原电池的两级之间的电位差，这样就会减小腐蚀的电流，以达到防治管道腐蚀的目的。阴极保护是在电化学腐蚀的基础上，做与之相反的原理来抵消电化学形成的条件。
2.2 阴极保护方式
阴极保护有两种方式：即外加电流阴极法与牺牲阳极法。外加电流法是将电流的负极与被保护的管道相连，将电流的正极与管道的辅助阳极相连。这样就可以将电流引入地下，被保护的钢管表面只产生还原反应，而不会发生离子氧化的化学反应从而达到保护的作用。
该方法的优点是直流电流是可以持续的补充，对管道的保护较为长久，电流和电压在外界也比较控制，在不同类型的钢管上都可以使用。缺点是需要具有外部电源，并且要对外部电源进行经常性的维护，且对管道附近的金属具有一定的干扰性。对于长距离的管道，目前强制电流法是比较普遍使用的。
牺牲阳极法是在被保护的管道上链接一种能够使其形成新的原电池的金属或者合金。将连接的金属或者合金作为牺牲品，进而使被保护的钢管成为阴极被保护。具体的原理是将被保护的金属与提供直流电流的金属相连，将被保护的金属极化进而降低腐蚀的速度。当然并不是所有的通直流电的金属即牺牲阳极都是符合要求的，牺牲阳极还必须具备一定的条件：电位将其要具有足够的负电位，以保证其在长期放电过程中不被极化；腐蚀产物形成的腐蚀产物要不能够粘在其表面，要容易脱落且不会形成高电阻类的物质；电容量方面，一定单位内的电容量要足够大，输出的电流要是均匀的；电流效率上，金属的自腐性要小，电流效率高，其实际的电流要和理论上的电流相差较小；机械性能方面，该金属的机械性能要好，且价格便宜，来源广泛。
2.3 改善腐蚀环境
对于腐蚀较为严重的地段，对管道周围的环境要进行改进。如将管道周围的土壤进行脱水，净化或进行换土，将土壤的腐蚀性能降低，以达到对管道的保护。与其他方法相比，该方法的使用范围就较小，只能在特定的区域进行，对于分布较为面积很大的城市天然气管道无法采用此方法。
2.4 缓蚀剂防护
使用该方法的优点是投资较少且使用方便，其在天然气管道防腐上具有广泛的前景。缓蚀机理是通过缓蚀物质里的缓蚀分子在被保护的金属表面上形成一层吸附性的物质，这样就会改变被保护的金属的物理状态，其发生电化学反应的条件就会被取消，金属表面的能量趋于平衡，减慢腐蚀的速度。此外，吸附在被保护金属表面的物质也形成了一种疏水性的保护膜，此膜对金属表面的电子的运动具有阻碍作用，没有电子的移动就无法形成电流，故而避免了电化学反应的形成。
通过防腐的几种分析可以看出，阴极保护对绝缘的要求不是那么严格，在权衡经济因素的情况下对绝缘进行相应的改造是一个不错的选择，在没有^缘且已经出现腐蚀的管道上，使用阴极保护的难度就会较大，但是在实施的过程中进行简单的实验，寻找最有效的解决方案也是值得借鉴的。
2.5 加强水和酸性物质防护
水（汽）腐蚀及其防护。大气中的水（汽）对金属管道的腐蚀主要是基于下面的原理：水可以离解成H+和OH-，使金属管道发生电化学反应，从而产生腐蚀，而且PH值的不同对金属及其氧化物的影响非常大。由于该类腐蚀程度一般较小且容易发现和处置，因此一般采用将管表除锈后刷涂2-3遍防锈漆和管道电保护法结合的防护措施。
酸性物质的腐蚀及防护。大气中常见的酸性物质一般指SO2，尤其是在工业废气污染地区，这类腐蚀相对来说更为突出，管道在该环境下的腐蚀速率随着大气中SO2含量的增加而迅速增加。该类腐蚀程度和腐蚀速率一般较大，一般采用在管道施工前对其除锈、刷涂2-3遍防锈漆再外缠专用玻璃布等形式进行防护。
2.6 土壤腐蚀及其防护
目前国内外对埋地管道所采用的防护主要有外层防腐和电保护法。外层防腐种类很多，有沥青、塑料防腐绝缘层、环氧粉末喷涂、搪瓷涂层及水泥砂浆涂层等。沥青是应用最多和效果较好的防腐材料。塑料防腐层在强度、弹性、化学稳定性、防水、电绝缘等方面优于沥青，但价格较贵，目前还无法与沥青竞争，只用于特殊场合。沥青防腐层一般由沥青、玻璃布和专用聚氯乙烯塑料布组成。它又可分为石油沥青和环氧煤沥青两种，其防腐层结构见表1和表2。电保护法又可分为三种，即外加阴极保护法、牺牲阳极保护法和排流保护法。第一，外加阴极保护法。利用外加直流电源，使金属管道对土壤形成负电位从而避免腐蚀的方法，其保护半径为R=15-20km。因此，一般需沿管道铺设方向每隔一定距离设立阴极保护站。第二，牺牲阳极保护法。采用比金属管道材质电极电位更负的金属和管道相连，二者与电解质溶液即土壤形成原电池，从而保护管道免于腐蚀，但阳极在输出电流过程中破坏，一般可用的阳极为镁、铝、锌及其合金等。利用该法时被保护管道的防腐层绝缘性应良好。第三，排流保护法。用排流导线将管道与其附近可产生杂流的电器设备连接，使杂流不经过土壤而单向流会电源的负极，从而保证管道不受腐蚀。
3 结束语
天然气作为一种化石能源，在促进我国环境保护和经济发展方面具有重要的作用。天然气输送主要采取管道形式，其输配的管线材质通常是钢管，一般将其埋于地面，对输送管道采取一定的防腐措施可以大大的提高其使用寿命。
参考文献
[1] 茹慧灵主编《输气技术》《油气管道保护技术》石油工业出版社，2010.