浅析输气管线防腐

浅析输气管线防腐

随着经济的发展，各种新材料的出现，管道防腐的发展也日益完善，管道防腐方案也多种多样。输气管线对管道防腐的要求也越来越高。所以在众多的防腐措施中，根据具体的实际情况，选择适当的方案，对管道防腐非常重要。文章就金属管道腐蚀与防腐的机理、防腐材料的选择和阴极保护进行了简单的介绍。

标签：管道防腐；防腐材料；阴极保护

输气管道在自然或人为条件下，时刻都在产生腐蚀。腐蚀是一种自发进行的无谓的耗费。其基本原因是管道处于热力学不稳固状况，在上述条件下它们就要恢复本来的相对稳固的状况，这一进程就是金属的腐蚀进程。腐蚀不仅使管道寿命缩短，还大面积减薄管道的壁厚，导致管道的过度变形或破裂，又可能导致管道穿孔，引发天然气泄漏事故。因此，重视腐蚀问题，防止或减轻腐蚀，不仅有明显的经济效益，而且有巨大的社会效益，同时对促进新技术、新工艺的发展也是必不可少的。

1 腐蚀类型及机理

管道内腐蚀主要受到管材质量、输送介质以及管道防腐水平的影响，管道内发生腐蚀的类型主要有均匀腐蚀、坑蚀、应力腐蚀、冲刷腐蚀等几类：

（1）均匀腐蚀是由于天然气中含有一定的水汽，在一定条件下，天然气中的水汽凝结在管壁形成水膜，硫化氢和二氧化碳等酸性气体溶于水膜中，对管道产生腐蚀。

（2）管道钢在气相和液相环境中都有可能发生坑蚀，如管壁腐蚀物不均匀、硫及多硫化物的沉积、腐蚀产物保护膜出现结晶剥裂等都有可能产生坑蚀。

（3）在含潮湿的硫化氢的天然气介质中，应力腐蚀主要表现为硫化物的应力腐蚀开裂，硫化氢水解后吸附在金属表面的硫化氢离子会加速阴极放氢，从而导致材料脆性增加、韧性下降，在应力远低于材料屈服强度的情况下发生滞后断裂。

（4）在气体流速较高时，管道钢遭受冲刷腐蚀也比较严重，由于腐蚀产物被直接冲击的气流带走，新的金属面不断裸露，从而加速了腐蚀，曾发生多次的弯头处气流冲击面壁厚减薄而引起的泄漏事故。

2 管道内外防腐层的选材和施工工艺

2.1 防腐层的选择要求

长期的使用防腐层的主要目的还是用来保护管道。通常选择防腐层应注意的

因素有如下几点：

（1）工作时的温度；（2）回填和地形特性；（3）防腐层的适用性；（4）全部的防腐层费用。

随着石油天然气的需求不断增大，管道防腐的要求越来越高。我国早期使用的管道防腐层基本上是以石油沥青为主，到70年代少量的PE和胶带开始应用，到了90年代，煤焦油瓷漆在我国开始发展起来，环氧粉末开始进入工程应用阶段。世界上先进的三层PE结构是在20世纪90年代开始面世。

2.1.1 外防腐层的选择

（1）管道沥青防腐层技术。沥青技术是一套比较成熟的外层防腐层技术，我国一直使用该种技术，而且石油沥青资源丰富而廉价，具有较好的耐腐蚀性能，与其配套的外防腐工艺也比较成熟。（2）煤焦油瓷漆防腐层技术。涂敷在金属表面上使之与周围介质隔离，以控制管道腐蚀的一种覆盖层。其工艺与石油沥青相似，它具有成本低、吸水率小、防腐性能优异，特别突出的是它具有抗細菌腐蚀、抗植物根系穿入的性能。防腐层的等级的选取由设计部门根据管道建设质量要求、土壤腐蚀环境和使用阴极保护情况等因素综合确定。

2.1.2 内部防腐层。管道防腐层材料多，质量差距大，费用也不一样，因此在进行管道内部防腐层选取时，用户往往根据实验室的参数和现场的实际情况进行选材。在油气管道的内防腐层的防腐性能上，国内外都没有制定出统一的标准，因此，选材时用户根据实际情况对生产商提出要求。

2.2 三层PE的优点

三层结构聚乙烯防腐层（3PE）综合了熔结环氧粉末涂层和挤压聚乙烯两种防腐层的优良性质，将熔结环氧粉末涂层的界面特性和耐化学特性，与挤压聚乙烯防腐层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。因此作为埋地管线的外防护层是非常优越的。

三层PE结构防腐层在涂覆过程中与其他腐蚀涂覆之间存在这差异，其在涂覆中要经历以下两个过程。

（1）钢管的表面处理。钢管表面采用喷丸方法进行处理，处理时钢管应预热40～45℃。表面处理质量应达到《涂装钢材表面锈蚀和除锈等级》（GB8923）中规定的Sa2级要求。锚纹深度应达到50～75m。钢管表面的焊渣、毛刺应清除干净。同时预处理后，应将表面的灰尘及磨料清扫干净，并防止涂敷前钢管表面受潮、锈蚀或二次污染。

（2）施工工艺。三层结构涂敷工艺流程：钢管预热→喷涂环氧粉末→挤涂胶粘剂→包裹聚乙烯→冷却→管端处理。施工的具体步骤如下：

①钢管检验及表面处理；②管道内外杂质、灰尘清理；③钢管预热、环氧粉末喷涂；④底胶和聚乙烯层挤出涂覆；⑤水冷却、坡口成型；⑥吊装堆放；⑦检验分析、设备检修和维护。

2.3 补口技术

随着防腐层材料的发展和更新，管道焊接处的补口材料和技术也在不断发展，补口材料与管体以及管体防腐层有着良好的粘结性，具有一定的抗机械损伤性能。补口位置的防腐性能通常要求与管道主体防腐性能等同或者更好。

3 阴极保护

阴极保护是目前国内外公认的即经济又有效的防腐蚀措施。阴极保护系统分牺牲阳极与外加电流两种。阴极保护是利用腐蚀电池的原理，将需要被保护的金属结构作为阴极，通过阳极向阴极不间断地提供电子，因而大大地减缓了结构的腐蚀速度。

4 阴极保护的分类

4.1 牺牲阳极法

常用牺牲阳极材料有镁及镁合金，镁阳极表面被牺牲后极易脱落，镁合金主要是降低镁中铁的含量，提高其电流效率。

4.2 强制电流法

强制电流的电源常用的有热电发生器、整流器、太阳能电池、还有风力发电机等。辅助阳极的常用材料有磁性氧化铁、高硅铸铁、石墨及费钢铁等。强制电流法是目前长距离管道最主要的保护方法。

阴极保护是管道防腐的重要措施，正确的利用好阴极保护是管道防腐的重要保障。

5 结束语

天然气在当代经济结构中起到的作用越来越重要，但是由于其环境的复杂性和天然气中的各种腐蚀物质的作用，在其运输过程中，倍受金属腐蚀问题的困扰。因此了解输气管线腐蚀机理，选择合理的防腐措施，对天然气的输送具有重要意义，同时具有重要的经济意义。

参考文献

[1]胡士信，廖宇平，王冰怀.管道防腐层设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007