摘要：我国天然气工业的发展将推动天然气管道运输业。今后一段时间，我国天然气管道建设将进入较快发展的时期。管道防腐蚀与防护技术是保证管道正常运行、延长管道寿命的重要措施。为了适应天然气管道建设的迅速发展，必须发展用于外防腐涂层和内涂层的新材料。而高性能、复合化、寿命长的管道外防腐层，减阻效果好、性能稳定、价格便宜的内涂层，防腐数据的高精确度、在线检测仪器和自动采集处理系统等，是近期国内管道防腐技术的主要发展方向。
关键词：天然气；管道；腐蚀；防护
一、天然气管道腐蚀原因
1、管道内腐蚀
天然气管道在长期工作过程中，管道内壁直接与输送介质接触，会混杂许多CO2、H2S、Cl-、溶解氧以及高矿化度水等，随着输送压力、温差以及流体流动速率的变化影响，管道内壁会出现不同程度的腐蚀，主要原因如下：①在饱和压降的条件下，天然气管道内会出现自由液相，管内一般会形成气、固、液三相共存的状态，随着三相混流物冲刷和腐蚀共同作用，会加深对管壁的腐蚀，尤其是在弯头处管壁因腐蚀变薄，容易形成气体泄漏事故；②高温高压加剧腐蚀速率，输送温度的升高，不仅加快了酸性气体与管壁的反应速率，同时也提高了土壤硫化物对外壁的腐蚀程度，然而压力的升高会激发酸性物质的活性和运动能力，一般情况下，高温高压条件下，会加剧管道管材的腐蚀速率；③电化学腐蚀，天然气管道内存在酸性溶液时，会水解出H+，发生酸性化学反应后，管内壁保护膜遭到破坏，腐蚀介质会进入管道管壁晶体内，破坏了金属晶体结构，从而产生电化学腐蚀。
2、管道外腐蚀
天然气长输管道外腐蚀现象时有发生，管道途径地区土壤环境、当地温差以及管道材质等是影响管道外壁腐蚀的主要原因，据调研，目前选择外防腐层和阴极保护防腐比较多，一般会采取外防腐层和阴极保护等技术手段来防止外腐蚀的发生。外防腐层材料要参考当地土壤土质进行选取，一旦管道外防腐层的破坏，随后的采取的阴极保护效果也会大打折扣。
二、腐蚀的防护措施概述及应用现状
1 埋地管道的腐蚀可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀两种类型
1.1内壁腐蚀及防护
内壁腐蚀是由于天然气中残存的水分、和、等酸性气体造成的类似原电池的电化学反应和破坏金属晶格的化学反应。这两种反应都造成管壁疏松、脱落以致穿孔，不能再承受压力和输送天然气。对于内壁的防腐蚀，主要可从以下两个方面入手：
①净化天然气通常在气源地，从地下开采出来的天然气先经过脱硫、脱水等一系列工艺，达到国家相关标准，才进人长输管线。
②管道内壁涂敷对管道作内壁涂敷可减少腐蚀、输气阻力以及每年的清管次数。目前我国已开发了钢管内表面环氧树脂静电粉末喷涂技术及成套设备。有数据表明，对于大口径长输管线，大约一年即可收回内涂所花费的投资。
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1.2 外壁腐蚀及防护
管道的外壁腐蚀情况较为复杂，它与多种因素有关，如管道的材质、组织结构的均匀性、包含杂质的种类、数量、焊缝熔渣和机械加工残余应力等，还与土壤性质、电阻率、含水量、值、杂散电流、干扰电流、微生物等有关。如果用被腐蚀金属的质量来表示腐蚀速度，则有下列关系：
Ｗ＝ｉ＊ｔ＊ｋ
式中：Ｗ—被腐蚀金属损失的质量，ｇ
ｉ—腐蚀电流强度，Ａ
ｔ—时间，ｓ
ｋ—电化学当量
上述因素都会影响到腐蚀电流，其中，土壤电阻率是反映土壤腐蚀性的主要指标，土壤电阻率越小，形成腐蚀电池的电流强度越大，腐蚀速度则越大，反之亦然。目前埋地钢管外壁防腐蚀较为常用的是绝缘层防腐蚀和电保护防腐蚀，两者通常同时使用。绝缘层防腐蚀要根据管道所处地域的地形、地貌、地质状况正确选择合理的防腐蚀材料，目前国内外常用的有石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯熔结环氧粉末等。管道防腐蚀总成本应包括以下几项因素①材料、②施工、③修补、④安装、⑤阴极保护、⑥维修、⑦检验、⑧设计年限等，综合以上各因素，目前国内使用较多的是环氧煤沥青防腐蚀。它分三个等级见下表，可根据不同的要求进行选择。
2 对于管道腐蚀的具体防护措施有下面的办法
2.1涂层防护
防蚀涂层作为公认的防护方法已广泛用于埋地管道的腐蚀控制。涂层作为腐蚀控制的第一道防线，其作用是将管体金属基体与具有腐蚀性的土壤环境隔离，同时为附加阴极保护的实施提供必要的绝缘条件。此外，管道涂层在涂装、运转装卸、下沟回填以及投产运行后不可避免会出现缺陷。
2.2防蚀涂层
目前用于新建埋地管道的防蚀涂层主要有：复合涂层和环氧粉末。煤焦油瓷漆和石油沥青由于污染环境目前用的很少，用于老管道修复主要是缠带类和液体涂料。
2.3复合涂层
通过简单的物理叠合或化学粘结将各具特点的单一涂层材料联为一体，形成综合性能良好的多层涂层系统。包括二层聚乙烯／聚丙烯、三层聚乙烯、聚丙烯等。
2.4三层聚乙烯／聚丙烯涂层
三层系统是目前常用的复合涂层，由环氧粉末底层、粘结剂中间层和聚烯烃外护层组成。由于其兼有优异的防蚀性能、良好的粘结性与抗阴极剥离性能以及聚烯烃优良的机械性能、绝缘性能及强抗渗透性，从而成为综合性能优异的涂层，广泛用于施工及敷设环境均较苛刻的地带。三层涂层的主要缺点是施工工艺较复杂；由于中间胶粘剂和外层聚乙烯均采用挤出工艺，焊缝处易形成空鼓；涂层一旦失去粘结，涂层将出现层间分离，高度绝缘的聚乙烯外护层将屏蔽阴极保护电流，产生膜下腐蚀。
2.5环氧粉末涂层
环氧粉末由固态环氧树脂、固化剂及多种助剂经混炼、粉碎加工而成，在我国也得到了推广应用，但主要是作为复合涂层的底层。熔结环氧粉末为一次成膜涂层，具有对钢铁强粘结、良好的膜完整性、优秀的耐阴极剥离性能、耐土壤应力、耐磨损、可冷弯等特点，适用于大多数土壤环境，但是对冲击较为敏感，特别是高温条件下吸水率较高，因此不适用于湿热环境和石方段。
2.6液体聚氯脂涂层
液体聚氨酯涂料也经常用于管道的涂层修复，能够达到要求的厚度，即1－1.5mm。一般无溶剂产品适合于运行温度高达80℃的管道。无溶剂聚氨酯涂料的优势包括，在几分钟内就可以达到可触摸的干度，几个小时可以完全固化：抗磨损和抗土壤应力的能力强；有非常好的粘结性，但不如环氧树脂的粘结能力好：对阴极保护电流的要求非常低；能抗阴极剥离。主要的不利条件与液体环氧涂料相类似，表面不能含有可溶性盐，涂敷过程中对湿气和潮气很敏感，需要用专门的涂敷设备，为了保证表面不连续处得到充分的覆盖，需要在这些地方增加涂层厚度等。
2.7阴极保护
阴极保护应用于管道始于上世纪三十年代，到五十年代中期已成为较成熟的防蚀技术，被世界各国广泛采用。在我国应用也已有五十年的历史。对于埋地管道阴极保护是作为附加保护方式对涂层破损处的管体金属提供防蚀保护的。绝大多数管道工程采用了外加电流阴极保护方式，也有部分管道工程或部分管段采取了牺牲阳极保护方式。阴极保护目前有相应的行业标准可执行，包括设计标准、施工验收规范、运行维护规范及材料标准。此法具有施工简单，安装工作量小，对邻近地下金属构筑物不产生干扰影响，同时对杂散电流干扰能起到接地排流作用，管理也方便等优点。
结束语：
天然气输送过程中，一般具有压力高、距离长、范围广和流量大等特点，沿途会遇到崎岖的地形、恶劣天气以及温度变化，详细分析了外输管道内、外壁腐蚀原因，并针对腐蚀问题进行了防腐措施研究，管道内腐蚀是长输天然气管道腐蚀的主要形式，管输温度尽量不超过100℃，过高会加剧管道壁面的腐蚀速率，同时尽量减少降解产物的生成。从防腐层和阳极保护方面提出了具体的防腐保护措施。选择合适的材料和防腐措施可以有效的降低管道的腐蚀性。
参考文献：
[1]杨宏伟.试论天然气输送管道的腐蚀及防护标准技术对策[J].中国石油和化工标准与质量，2016，20：5-6.
[2]汪春胜.探析天然气输送管道的腐蚀因素及防护措施[J].石化技术，2017，02：298.
论文作者:高楠
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/23
标签：管道论文; 涂层论文; 阴极论文; 天然气论文; 内壁论文; 土壤论文; 防护论文; 《防护工程》2017年第32期论文;