天然气管道外腐蚀与防护

天然气管道外腐蚀与防护

詹

摘要：根据输气管道统计资料总结出天然气管道腐蚀因素在引发管道事故影响因素的位列，指出腐蚀是造成天然气管道事故的最主要原因之一，通过比较得出外腐蚀较之内腐蚀占所有腐蚀的比重相对较大，进而探讨了输气管道外腐蚀的分类及其影响因素，介绍了输气管道防护措施，包括防腐涂层和阴极保护两种最广为应用防护方式，提出了各自适用的腐蚀防护方式，即双层FBE和三层PE广泛应用于外防腐涂层，强制电流阴极保护是输气管道阴极保护的主要应用类型，最后阐明了实施防腐涂层和强制阴极保护联合保护才能发挥高效优质的腐蚀防护效能。

关键词：外腐蚀；防护；涂层；阴极保护

External Corrosion and Protection for Natural Gas Pipelines

Zhan

Abstract: Based on Natural gas pipeline incident statistics，the corrosion ranks top on the list of incident factors. By comparison，external corrosion outweighs internal corrosion. Further，classification and influencing factors of external corrosion are introduced and anti-corrosion measures are presented, including anti-corrosion coating and cathodic protection. The former is typical of two-layer Fusion Bonded Epoxy Powder Coating (FBE) and three-layer polyethylene coating(PE). The latter is widely applied as impressed current cathodic protection. Finally, for efficient anit-corrosion, the combination of coating and cathodic protection is suggested.

Keywords: external corrosion; protection; coating; cathodic protection

1 天然气管道外腐蚀问题

天然气输气管道是连接气田天然气或油田伴生气或LNG终端与城市门站之间的管线，是连接供应区至需求区的纽带，是天然气管道输送系统的重要环节之一。现代输气管道正往高压力、大口径、长距离方向发展，对安全性和可靠性提出了更高要求。从不同国家和地区对已有埋地输气管道失效事件影响因素的统计数据可以看出，管道腐蚀问题一直像个挥之不去的梦靥时时困扰着管道运营商。以下是腐蚀因素在管道事故原因的排序统计[1]。

美国是世界上输气管道建设最早、累积公里数最多的国家，早在1886年建成了第一条输气管道。其能源部曾对1987～2006年间运行的天然气管道事故（有人员伤亡或财产损失超过5万美元）进行统计分析，期间共发生1137起事故，其中腐蚀引发的事故共231起，事故率是20.3%，仅次于外力破坏的38.5%、材料缺陷或结构破坏的24.2%。

在欧洲，从1970～2004年间由腐蚀引发的事故占16.9%，排在外部影响和材料及施工缺陷之后，位列第三。

前苏联石油天然气工业在20世纪80年代得到迅猛发展，1981～1990年期间共造成输气管道事故共752次，因腐蚀造成事故累计达300次，占39.9%，居各种事故原因引发事故之首。

川渝地区是我国重要的天然气工业基地，于1963年建成了国内第一条长输输气管线。经统计，1969年～1990年间四川天然气管道事故共发生155次，其中因腐蚀引发的有67次，占事故总数的43.22%，居各事故原因首位[2]。

在腐蚀因素中，以外腐蚀、内腐蚀因素为主。在美国，外腐蚀所占的比例最高，为40%，约为内腐蚀的1.5倍；在前苏联，外腐蚀和内腐蚀的比例约4.78:1；在四川，外腐蚀和内腐

蚀比例为2.19:1。

从以上统计资料可以看出，腐蚀因素是造成天然气管道事故的最主要原因之一，对于输气管道，天然气介质在进入长输管线前经除二氧化硫、二氧化碳、水汽等净化处理，发生内腐蚀的几率相对较少，外腐蚀占腐蚀类型中的比例最大。因此探讨天然气管道外腐蚀及其防护，具有重要的工程意义。

2 天然气管道腐蚀原因简析

2.1腐蚀的分类

腐蚀是金属在周围物质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏，按腐蚀反应原理分，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀及生物化学腐蚀。

化学腐蚀是土壤、空气或管道中各种化学介质与金属接触发生化学作用而引起的，不发生化学能向电能的转化，腐蚀时整个金属表面流失较均匀，使管壁变薄。

电化学腐蚀是由于电极电位的不同，在金属表面形成一种微电池，金属在电解质溶液中因失去电子而成为离子被溶解，形成阳极，电极电位较高的部位得到电子，形成阴极，是与电流流动有关的一种腐蚀。

生物化学腐蚀是由细菌生命活动而引起或加速金属破坏的一种腐蚀。

三种腐蚀中以电化学腐蚀的危害最大，发生频率最大，往往造成钢管表面出现凹穴，甚至穿孔。

2.2腐蚀的影响因素

输气管道腐蚀受管道的材质本身、安装质量及防腐措施效果直接影响，也与周围介质的特性及环境条件密切相关，包括土壤性质、电阻率、含氧量、含水量、PH值、杂散电流、微生物等因素。

埋地管道外腐蚀发生场合：①地层构造不均匀的地带，如砂土、黏土、细沙、岩石和亚粘土等混合处。②土壤电阻率较小的地带。③盐、碱含量较高的地带。④管道外防腐层破坏而又潮湿的地带[3]。

3 腐蚀的防护

有效的腐蚀控制与防护成为输气管道安全系统工程的重要组成部分，选择适用的腐蚀防护方式是管道防腐的重大课题。实践表明，输气管道一般采用防腐绝缘层（一次保护）与阴极保护（二次保护）两种方法结合并用的措施，构成经济而可靠的防腐系统，在实际应用中取得了良好的效果。

3.1 防腐涂层

防腐涂层将管体金属基体与土壤环境隔离，避免输气管道与土壤环境直接接触，是输气管道防腐的第一道防线，发挥着物理阻隔作用，同时涂层为阴极保护提供了电绝缘条件。

因防腐涂层遭受复杂多样的地形和土壤环境侵扰，是腐蚀控制的薄弱环节，因此对防腐涂层提出了严苛的要求，需要如下具备性能：

（1）有良好的附着力具有优异的铁基体附着力，特别要求湿膜附着力良好；

（2）有良好的抵抗介质渗透性，成膜后，涂层具有尽可能低的水和氧及其它腐蚀因子的渗透性，起到密封、隔绝、屏障的作用。

（3）有良好的耐蚀性，包括耐受大气、水、酸、碱、盐、其它溶剂等介质的腐蚀；

（4）具有优异的物理机械性能，具有低的收缩率，适当的硬度、韧性、耐磨性、耐温性能等，具有良好的弹性和变形能力，能够抵御管线在土壤的蠕动，随钢管热胀冷缩、移动而不剥离；