摘要：长距离管道输送是目前国内外天然气输送的主要方式，作为一种经济、有效、环保的运输方式，长输天然气管道在天然气运输中具有独特的优势，但腐蚀泄漏是长输天然气管道主要的失效模式。简单阐述了腐蚀机理及危害，介绍了国际上常用的长输天然气管道非开挖检测技术。现场选用国际上最先进的管道外检测技术对一长输管道进行非开挖检测，并对发现问题进行分析后选用碳纤维复合材料补强技术进行修复，通过现场检验案例验证了检验和修复技术的有效性和可行性。
关键词：长输天然气管道；管道腐蚀；检验与修复技术
随着我国经济的高速发展，以煤炭为主的能源消费对环境造成了严重的污染。天然气作为一种新型的清洁能源，具有很好的应用市场，随着天然气的大面积推广使用，环境质量将逐步得到改善，我国已将长输天然气管道列入国家重点建设项目。长输天然气管道常年埋于地下或架空敷设，受沿线过程的环境和气候的影响较大，容易发生腐蚀。被腐蚀的天然气管道，不仅会引起气体的泄漏损失，以及由于管道维修和维护所造成的人力物力财力的浪费，还可能由于管道腐蚀而引起火灾。特别是天然气管道由于腐蚀引起的爆炸，威胁人身安全，污染环境，后果极其严重。因此，对长输天然气管道的腐蚀加以研究，分析腐蚀机理，采用有效的防腐措施，对延长长输天然气管道的使用寿命和确保长输天然气管道的安全运行具有重要意义。
1 天然气管道腐蚀机理
腐蚀的过程是一种化学、物理反应过程。其本质改变管道性能，亦或者某些元素的存在会腐蚀管道内壁，进而降低管道的性能，导致管道的部分功能受损。根据管道的腐蚀性质，可将管道的腐蚀机理分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。
1.1电化学腐蚀
管道的电化学腐蚀产生的原因是金属表面与导电介质离子产生化学反应。阳极反应和阴极反应是电化学腐蚀反应过程中的必要过程，其回路的形成主要是以电子流和介质离子作为基础。就阳极反应而言，是一个氧化过程。具体表现为金属离子转移到介质中，金属与介质发生氧化反应，并释放出电子。简而言之，这是一个阴极还原的过程。
1.2化学腐蚀
天然气管道产生化学腐蚀的原因是管道金属表面与非电解质发生化学作用。其金属表面与非电解质中的氧化剂发生氧化还原反应是化学腐蚀的最大特点。在腐蚀过程中，电子传递不需要借助电流的作用力，直接在氧化还原过程中展开。因此纯化学腐蚀的情况较为少见，究其原因是管体能够在无水液体和干燥气体中直接发生腐蚀现象。
1.3物理腐蚀
物理溶液是管体物理腐蚀的关键要素，物理溶液会破坏管体表面的金属性质，从而产生化学反应，导致管体产生物理腐蚀现象。比如熔液态金属、固态金属与物理溶液相溶，导致金属管体开裂。这种腐蚀过程不是简单的化学反应过程，而是物理溶液与液态金属合力作用的结果。
2 长输天然气管道腐蚀类型
2.1长输天然气管道外腐蚀
长输天然气管道常年埋于地下或架空敷设，在铺设过程中需要穿越各种各样的地形地貌环境和不同的气候区，因而长输天然气管道外腐蚀时有发生。架空敷设的天然气管道常年与大气接触，容易发生大气腐蚀；埋于地下的天然气管道，常年置于土壤或河流湖泊中，容易发生土壤腐蚀、微生物腐蚀、海水腐蚀。
2.2长输天然气管道内腐蚀
天然气管道在运行过程中内壁与输送介质常年直接接触，输送介质中除了被输送的天然气外，通常还含有硫化氢、二氧化碳、溶解氧及水合物等杂质，随着输送温度、压力、流速的变化，由于这些杂质的存在，会对长输天然气管道内壁造成严重的腐蚀。
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3 管道腐蚀检测技术
3.1埋地管道外腐蚀检测技术
天然气埋地钢质管道采用外防腐层和阴极保护系统组成的联合腐蚀防护系统。因此，外防腐层至关重要，若防腐层失效则管体就会发生腐蚀。防腐层在制作和施工过程中会不可避免地出现缺陷损伤，防腐管道埋入地下后，更是受到环境、土壤等各方面的影响，使防腐层产生老化、龟裂和剥离等现象，严重影响了天然气管道的使用寿命。相关统计结果表明，天然气管道90%以上的腐蚀都是由于防腐层的破损所致，因此对天然气管道防腐层破损的检修是非常重要的。
3.2电流电位检测法
电流电位检测法是将饱和硫酸铜作为参比电极，利用数字万用表对保护电位和自然电位进行测量的一种方法。该检测法的优点是能够快速测量管道阴极保护电位，操作方便，但无法确定管道防腐层缺陷的位置、大小以及涂层是否剥离等。因此，该检测法只适用于防腐层状况较好的阴极保护检测。
3.3密间隔电位检测法
密间隔电位检测法（CIPS）是评价阴极保护系统能否达到有效保护的首选方法之一。与电流电位检测法相比，用数据采集器代替常规的万用表。其检测基本原理是采集器的一端通过电缆与管道测试桩连接，另一端连接参比电极，每隔1～3m测量并采集埋地管道的管道电位。测量时将得到两种管道电位，一种是管道电位Von（阴极保护系统开启时）；另一种是管道电位Voff（阴极保护系统关闭时），其中管道电位Voff是消除土壤中IR降后的保护电位。
3.4直流电压梯度检测法
直流电压梯度检测法（DCVG）是将特定频率的电流信号施加于检测管道，若管道防腐层有破损点，此处就会有信号电流流出。在土壤电阻的作用下，该电流在破损点与周围大地之间产生电压梯度，通过检测电压梯度便可确定天然气管道防腐层破损点的位置和程度。
4 长输天然气管道防腐措施
4.1管道外腐蚀防腐措施
为了保障长输天然气管道的长期安全稳定运行，需要对长输天然气管道进行防腐保护。目前，常用的防止天然气管道外腐蚀的方法是采用外防腐涂层和阴极保护联合作用。外防腐涂层是比较经济的，也是主要的天然气管道外防腐手段，阴极保护作为外防腐涂层的补充防腐手段
4.2管道内腐蚀防腐措施
长输天然气管道内壁腐蚀主要是由输送介质中所含的杂质和金属管道在一定条件发生化学或电化学反应所引起的腐蚀。①天然气管道内壁主要的防腐措施就是在管道内用合成树脂防腐蚀涂料等作内涂层，即可防止管道内壁的腐蚀，又能降低管壁的粗糙度，相应地提高了管道的输气能力。②也可以通过添加缓蚀剂来对长输天然气管道进行防腐。缓蚀剂防腐是指在天然气管道输送介质中加入适量的缓蚀剂来达到抑制或减缓金属管道内壁腐蚀速率的方法。其作用原理是缓蚀剂分子通过化学或物理吸附作用吸附到金属管道内壁上，改变金属管道内表面上电荷的分布状态或者在内表面上形成一层保护膜阻碍电荷的转移，从而达到减缓金属管道内壁的腐蚀速率。缓蚀剂防腐投入小、见效快，可适用于不同地形地貌天然气管道的防腐，目前在国内外的长输天然气管道防腐中已广泛使用③可以使用耐腐蚀的合金管材、玻璃钢或塑料管材来输送天然气。
结论：作为一种经济、有效、环保的运输方式，长输管道已成为天然气长距离输送的主要手段。为保证管道的正常运行，长输管道的检验和修补是关键。利用先进的检测技术，对其进行定期检验，并采用系统可靠的修复方法进行补强修复，
可为长输管道的安全运行提供可靠保障。
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论文作者:付强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/19
标签：管道论文; 天然气论文; 电位论文; 阴极论文; 内壁论文; 金属论文; 介质论文; 《基层建设》2018年第11期论文;