天然气长输管道腐蚀的成因及防腐对策

天然气长输管道腐蚀的成因及防腐对策安排2023年《中国科技信息》
摘要：随着能源市场需求的激增，天然气管道发展迅猛，加强对天然气管道防腐技术的研究也具有了重大意义。

长输管道的防腐技术是保证天然气管道安全运行的重手段，本文分析了天然气输送管道在大气、土壤等不同铺设条件下腐蚀的形成原理及影响因素，并且针对不同的腐蚀影响因素介绍了相应的天然气管道防护措旌，对天然气管道的发展具有一定的深远意义。

关键词：天然气；长输管道；腐蚀；成因；对策
一、长输天然气管道防腐的重要性
在实际的管道运输的过程中，管道腐蚀可能造成的危害包括以下几个方面：第一，一旦管道被严重腐蚀，腐蚀的产物将与其中的天然气产生混合，导致天然气当中混入杂质，进而严重影响天然气的质量。

第二，若管道腐蚀非常严重，极有可能造成天然气泄漏，不仅会严重损失天然气资源，而且对于管道公司而言，也将产生严重的财产损失。

第三，若腐蚀的程度达到了可能泄漏的程度，泄漏的天然气将会进入土壤，进而对环境造成严重的污染，而且此类对环境的破坏是
不可逆的，在现阶段，环境保护问题日益突出的情况下，对
环境的严重污染将严重限制天然气资源的发展。

第四，一旦
遭到泄漏的天然气直接遇到火源，极易产生火灾以及爆炸事故，不仅会对天然气的运输产生影响，而且还会造成人员伤亡。

第五，在管道遭到腐蚀以后，腐蚀的产物将附着与管道
内壁，进而加速管道腐蚀进程。

所以，在实际的天然气管道
运输的应用过程中，管道防腐具有非常重要的意义。

二、管道腐蚀类型与机理
（一）腐蚀类型
1、内壁腐蚀
使天然气长输管道内壁出现腐蚀现象，主要是因为运输的天然气中参杂一定水分导致的，在其作用下管道内侧出现亲
水膜，具备了与原电池腐蚀相似的条件，形成了电化学腐蚀。

另外，H2S、CO2以及多样化氧化物与硫化物存在于天然气中，其直接管道内层金属接触，发生化学反应，从而使管道形成
化学腐蚀。

2、外壁腐蚀
外壁腐蚀通常在架空或埋地钢管位置出现，架空管通涂层被腐蚀不深达内部，但是埋地钢管化学腐蚀属于整体性腐蚀，化学腐蚀局势中，管壁厚度的削减的程度体现出匀称性。

所
以，以钢管遭到穿孔破损的视域分析，架空管腐蚀对天然气长输管道整体性能破坏程度处于较低水平上，而埋地钢管外
壁腐蚀现象的成因是多样化的，通常是电化学腐蚀。

（二）腐蚀机理
腐蚀现象外在表现为金属表层与周边物质发生化学反应过程中重量被耗损或者是结构完整性被破坏。

天然气金属管道
发生电化学反应过程中，电极电位相对较低处电子遗失，产
生氧化反应；电极电位较高处获得电子，成为阴极。

在氢离
子与氢氧根离子的双重作用下，Fe (OH)3形成水合氧化铁，
即铁锈，其长期滞留在钢铁表层，对金属不能产生维护效果，金属的阳极氧化反应持续进行。

三、天然气长输管道腐蚀的成因分析
（一）大气环境及细菌作用
当长输天然气管道置于大气环境中时，其表面通常会形成一层极薄的不易看见的水膜。

当这层水膜达到 20~30 个分子厚度时，它就变成电化学腐蚀所需要的电解液膜。

如果天然
气管道表面只是处于纯净的水膜中，一般不足以造成强烈的
电化学腐蚀，而大气环境下形成的水膜往往含有水溶性的盐
类及溶入的腐蚀性气体。

管道处于潮湿环境下，空气湿度较高，发生管道腐蚀的几率将相对较高，腐蚀的速率也非常快。

因此架空敷设在潮湿环境中的天然气管道表面极易发生大气
腐蚀。

此外，细菌同样会导致管道腐蚀，比如，硫酸盐还原菌、铁细菌、氧化菌等都会加大管道腐蚀威胁。

（二）土壤环境
长输天然气管道长期埋藏在地表下面，长期与土壤接触，很容易产生土壤腐蚀。

长输天然气管道敷设跨越不同省、市、县的地理区域，不同区域土壤条件不同，且管道每一部分的
金相结构也存在着巨大的差异，土壤中的水分、盐类物质、
空气等，在长期接触油气管道时，会让后者产生电解质的离
子导电特性，也就产生了电化学电流，这一腐蚀电流对于管
道存在着严重的腐蚀，易引发管道的土壤腐蚀。

[1]
（三）压力与温度
众所周知，天然气管道内存在一定量的活性与酸性物质，上述物质的含量与压力之间存在正相关关系，其能够提升金
属导管被腐蚀的速率。

同时在高温气候的作用下，土壤中硫
化物含量会明显的上升，此时天然气长输管道外壁腐蚀速率
显著提升，酸性物质对管道性能将会产生不同程度的影响，
并且其两者反应速率又与温度之间存在正相关关系，一旦温
度高于70℃以后，管道和酸性物质的反应速率将会达到极限值，不会再有变化。

（四）生产运行方面的因素
天然气管道在运行时，管道内壁与输送的介质会产生直接性接触，所输送的介质中不光光是天然气，还有一些硫化氢、溶解氧、二氧化碳和水合物等等，长输天然气管道具有输量
大和输送距离长等特征，在输送的过程中不可避免经过高温
高压的环境，但高温高压的环境会大大激活天然气中酸性气
体的活动能力，从而使天然气管道的内壁被快速腐蚀。

此外，在天然气管道进行输送介质时会有自由液相出现，通常管内
同时存在气、液、固三种状态，管道在天然气如此混流物的
冲刷的作用侵蚀其内壁，管道的弯头位置处会变的比较薄，
极易出现“冒、跑、滴、漏”。

[2]在一定条件下，管道就会
和天然气携带的硫化氢、二氧化碳和水等杂质发生化学腐蚀
和电化学腐蚀，也会造成管道腐蚀。

四、天然气长输管道防腐措施
1.电化学保护法
金属在电解质溶液中，由于金属本身存在电化学不均匀性或外界环境的不均匀性，都会形成腐蚀原电池。

在原电池的
阳极区发生腐蚀，不断输出电子，同时金属离子溶入电解液中。

阴极区发生阴极反应，在阴极表面上析出氢气或接受正
离子的沉积。

如果给金属通以阴极电流，整个腐蚀原电池体
系的电位将向负的方向偏移，是阴极极化，直到阳极区金属
的电子释放，从而防止腐蚀。

[3]道阴极防护就是利用外加的牺牲阳极或外加电流，消除管道在土壤中腐蚀原电池的阳极区，使管道成为其中阴极区，从而受到保护。

2.外加电流阴极保护法
该方法主要是通过外部直流电源线金属管道施加阴极保护电流实现的。

其中，辅助阳极、参比电极、直流电源以及相关连线是构成外加阴极电流的主要成分。

工作原理是通过外的电路加将电子输送到金属中去，减缓金属氧化反应，从而达到降低腐蚀速度的目的。

[4]该方法主要优势在于适用范围大。

缺点在于一次性投入，成本费用高，不能脱离外部电源以此维护难度大。

3.牺牲阳极保护法
牺牲阳极因此保护法的主要原理在于，通过加入比输气管道主要成分化学性质更加活泼的金属物质与被保护体组成一个电偶电池，将化学性质活泼的金属物质作为阳极，通过加速自身的腐蚀来实现对阴极的保护。

该方法的主要优势体现在电流效率高、输出电流均匀、无污染、价格便宜、来源广泛。

缺点在于对防腐涂层质量有着较高的要求，金属物质需要定期更换，受其他电流的干扰比较严重。

[5]此外，其电流的大小是固定不可调的。

4.管道涂刷防腐蚀涂层
（1）管道涂刷复合覆盖层，一种是熔融环氧粉末-聚烯烃复合覆盖层。

这是利用环氧树脂粘结性好，抗阴极剥裂性强和聚乙烯抗冲击强度高的特点。

在经过严格的表面预处理的钢管外壁上涂一层较厚的环氧粉末涂料，接着再涂敷一层经过化学改性的聚乙烯作中间层（或面层），最后再涂一层聚乙烯面层，它不同于传统的2PE 或3PE 体系。

[6]其特点是耐高温，抗老化，耐化学腐蚀，吸水率低，几乎不受土壤应力腐蚀，其预期寿命可达100 年。

另一种是环氧粉末-煤焦油瓷漆复合覆盖层。

它是以环氧树脂为底漆层，再外涂煤焦油瓷漆的新型复合覆盖层。

它将两类涂料的优点结合起来，互相取长补短，施工也较方便，但价格较贵，就其性能而言，它是目前较理想的复合覆盖层。

（2）管道涂刷高防腐涂层
国内外埋地天然气管道防腐的主要手段是根据管道所处地域的地形、地貌、地质状况，采用适合的覆盖层并辅以阴极保护。

常用的涂料有：石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧树脂漆等。

国内埋地管道防腐常用石油沥青漆。

如果土壤环境无微生物，无深根植物的严重干扰，则不失为一种经济适用的防腐层。

但因其流动性能不适合高温环境以及施工时严重污染环境，其使用已呈下降趋势。

从世界范围看，目前使用最广
泛的当推煤焦油瓷漆和环氧树脂漆。

[7]前者有很强的抗微生物腐蚀、抗植物根系的穿透性，吸水性低，耐阴极剥裂，对管壁的粘结裹固力强等特点，在石油天然气输送管上使用有明显优势。

5.加强对输气管道的质量控制
首先，对输气管道的质量监督工作进行强化，要从管道材料的采购环节、验收环节、施工环节、调试环节入手，加强各个环节的质量监督管理，严格按照工艺设计文件和技术标准资料进行指标的逐一检查，要对长输天然气管道进行定期检测，尤其是对于可能引发腐蚀问题的指标或因素应进行严格的质量监管，必要时应结合试验来判断或证明管道材质是否符合质量标准，以为输气管道的运行奠定良好的基础。

其次，对年代久远的输气管道加强检查巡护，及时更换老旧管道设施。

[8]由于腐蚀现象有逐步蔓延的演变特征，因此如果在腐蚀情况较弱的时候发现并及时处理，可以有效避免管道出现腐蚀面积加大和腐蚀程度加深的情况，进而极大的降低腐蚀对油气管道储运的安全威胁。

为此，应加大对老旧管线设施腐蚀现象的排查工作，对寿命过期或濒临过期的管道进行及时更换。

6.建立高标准防腐工作管理体系，提高员工技术水平
要想保证长距离天然气管道防腐工作的长效进行，更重要的工作就是建立健全高标准的防腐工作管理体系，明确出管道企业各运营岗位人员的权力、职责，制定相应的防腐管理目标和责任考核体系，保证其人员对自身职责进行履行，确保防腐施工质量满足工程项目规范要求，通过健全的管理体系来指导管道防腐工作的正常开展。

作为管理人员要提升企业员工的管道防腐、安全运行意识，做好防腐施工质量控制的工作，坚持以预防为主和防治结合的原则，做好燃气管道各个环节的勘察工作，在勘察的过程中一旦发现有腐蚀、锈蚀问题的地方，需要及时采取措施来进行修补。

同时，还要组织操作人员进行定期的技术培训，指导其熟悉掌握各项检测、维护措施，确保其掌握全面的防腐技术手段，并通过积极学习新的防腐理念来提高防腐工作的技术能力。

五、结束语
总而言之，作为天然气管道运输中的重中之重，一旦发生腐蚀泄漏，必将引起火灾、爆炸等一些危险性事故，严重威胁人们的生命财产安全，因此天然气管道防腐工作一定要被重视起来。

在施工建设及管道运行期间，应充分分析管道腐蚀的原因，针对问题找到正确的解决措施，确保长距离天然气输送管道运输工作的顺利开展。

参文文献：
[1] 屈静，段轶，吴翔，李斌，魏磊.天然气长输管道布
站设计方法的改进[J].油气储运，2015，08：909-912.
[2] 雷晓曾，张阳.天然气长输管道运行管理中易发问题
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[3] 蒋庆梅，张小强.氢气与天然气长输管道线路设计ASME 标准对比分析[J].压力容器，2015，08：44-49+25.
[4]王锐.探讨天然气长输管道的防腐措施[J].中国石油和化工标准与质量,2018,38(23):24-25.
[5]杨富祥,何振楠,张雷,等.长输天然气管道腐蚀与防腐
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[6]武京波.天然气长输管道防腐的重要性及防护措施[J].化工设计通讯,2017,43(8):190.
[7]张萌.探讨天然气长输管道防腐的重要性及相关防护措施[J].云南化工,2017(11):70-71.
[8]熊燏铭，舒云松.天然气长输管道防腐的重要性及防护措施[J].石化技术,2016,23(4):266.
作者简介：李伟源（1985-6），男，广西贵港人，汉族，本科，助理工程师，主要从事天然气长输管道运营管理工作。