11/11城市天然氣管道的腐蝕與防護(hù)

材料保護(hù)技術(shù)及其工程設(shè)計(jì)課報(bào)告

及內(nèi)容：

李金鳳07120105：第一、五部分研究背景和意義和結(jié)論；文章

城市天然氣管道的腐蝕與防護(hù)

李金鳳陸宏杰施淵吉洪曉露

上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

本條件之一,也是國(guó)家現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。因此城市燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)施大力建設(shè)迅速發(fā)展，成為了城市生存和發(fā)展的必要保障和國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施。天然氣管道是連接上游資源和下游用戶的紐帶,是天然氣運(yùn)輸和消費(fèi)的必備手段。全國(guó)城市燃?xì)庑袠I(yè)，到１９９９

年管道長(zhǎng)度為４．６２萬(wàn)km。其中人工煤氣管道２．９５萬(wàn)km，液化石油氣管道０．２萬(wàn)km，天然氣管道１．４７萬(wàn)km。而全國(guó)天然氣管道總長(zhǎng)度約10638km。管徑426mm以上的輸氣管道共45條，長(zhǎng)度為6873km。2007年已完成基本骨干管道（約4000km）的西氣東輸工程，配套建設(shè)支干線和區(qū)域性管道11000～17000km，形成基本覆蓋長(zhǎng)江三角洲地區(qū)及華東、華北、中部地區(qū)的天然氣管網(wǎng)。，

目前輸氣管道使用最多的是鋼管,包括無(wú)縫管、直縫管、螺旋縫管,敷設(shè)方式一般為埋地。有實(shí)驗(yàn)表明,埋地鋼管若不加防腐,一年即可能腐蝕穿孔,而若采取合理的防腐措施,使用壽命可達(dá)25年以上。天然氣開(kāi)采過(guò)程中,常常會(huì)有一些伴生氣體如二氧化碳、硫化氫等,這些氣體的存在，不但降低了天然氣的熱值,還會(huì)對(duì)管道、設(shè)備等有腐蝕作用。所以天然氣輸送設(shè)備由于長(zhǎng)期

與強(qiáng)腐蝕介質(zhì)接觸，特別在高溫、高壓盒高流速等條件下服役，腐蝕問(wèn)題顯得更為突出和嚴(yán)重。從熱力學(xué)觀點(diǎn)上來(lái)看，金屬腐蝕是一種自由能降低的自發(fā)過(guò)程，天然氣地下金屬管道外壁所受的腐蝕是金屬在所處的環(huán)境中受化學(xué)和電化學(xué)作用而引起的一種損壞。腐蝕會(huì)造成天然氣井油(套)的斷裂、集輸管線爆破等管線故障。它的的發(fā)生將嚴(yán)重制約天然氣集輸能力的提高,導(dǎo)致維修改造費(fèi)用增大。另外由于天然氣具有易燃、易爆等特性,一旦管道泄漏很可能引起火災(zāi)爆炸事故。從而破壞正常平穩(wěn)供氣，影響用戶的

生產(chǎn)和生活以及生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)調(diào)

查,天津燃?xì)夤芫€38公里，近十年來(lái)，管線多次被腐蝕穿孔已更換6公里。按管道投產(chǎn)時(shí)間與壁厚資料計(jì)算，穿孔年限5-17年，腐蝕速度0.30-1.22毫米/年。我國(guó)東部九個(gè)油氣田各類管道因腐蝕穿孔達(dá)2萬(wàn)次/年,更換管道數(shù)量達(dá)400km/年,因腐蝕造成的年直接經(jīng)濟(jì)損失約為數(shù)億元。腐蝕帶來(lái)的危害不僅威脅人們的生命安全，也給國(guó)家造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,加強(qiáng)對(duì)腐蝕及防腐問(wèn)題的研究,具有重要的經(jīng)濟(jì)與實(shí)踐意義。對(duì)天然氣管道中的腐蝕及如何解決腐蝕的問(wèn)題進(jìn)行研究是非常有必要的。

二、腐蝕類型及機(jī)理

2.1大氣腐蝕

由大氣中的水、氧、酸性污染物等物質(zhì)的作用而引起的腐蝕,稱為大氣腐蝕。鋼鐵在大氣自然環(huán)境中生銹,就是一種最常見(jiàn)的大氣腐蝕現(xiàn)象。通常所說(shuō)的大氣腐蝕,就是指金屬材料在常溫下潮濕空氣中的腐蝕。

2.1.1大氣腐蝕特征

一般地講,鋼材在大氣條件下,遭受大氣腐蝕有三種類型。

（1）干燥的大氣腐蝕。此時(shí)大氣中基本沒(méi)有水汽,普通金屬在室溫下產(chǎn)生不可見(jiàn)的氧化膜,鋼鐵的表面將保持著光澤。

（2）潮濕的大氣腐蝕。是指金屬在肉眼看不見(jiàn)的薄膜層下所發(fā)生的腐蝕。大氣條件下鋼材的腐蝕實(shí)質(zhì)上是水膜下的電化學(xué)腐蝕。此時(shí)大氣中存在著水汽,當(dāng)水汽濃度超過(guò)臨界濕度(鐵

的臨界濕度約為65%,某些鎳的腐蝕產(chǎn)物臨界濕度約為85%,而銅的腐蝕產(chǎn)物臨界濕度接近100%),相對(duì)濕度低于100%時(shí),金屬表面有很薄的一

層水膜存在,就會(huì)發(fā)生均勻腐蝕。若大氣中有酸性污染物CO2、H2S、SO2等,腐蝕顯著加快。

（3）可見(jiàn)液膜下的大氣腐蝕。指空氣中的相對(duì)濕度為100%左右或在雨中

及其他水溶液中產(chǎn)生的腐蝕。此時(shí),水分在金屬表面上已成液滴凝聚,存在肉眼看得見(jiàn)的水膜。

2.1.2大氣腐蝕的影響因素

(1)水的影響。在大氣環(huán)境下對(duì)鋼材起腐蝕作用的物質(zhì)中,水是主要因素(一般地講濕度越大,腐蝕性就越強(qiáng))。其腐蝕原理概述如下:

(a)水是一種電解質(zhì),而且還能溶解大量的離子,從而引起金屬的腐蝕。

(b)水可離解成H+和OH-,pH值的不同對(duì)金屬和氧化物的溶解腐蝕具有明顯的影響。

(2)SO

2的影響。SO

2

在大氣中被氧化成

SO

3，與水結(jié)合生成H

2

SO

4

，與鋼鐵產(chǎn)生

化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕。在受工業(yè)廢氣污

染地區(qū),SO

2

對(duì)鋼材腐蝕的影響最為嚴(yán)重。以石油、天然氣、煤為燃料的廢

氣中含有大量的SO

2

,鋼材的腐蝕速率

隨大氣中的SO

2

含量的增加而增加。

2土壤腐蝕

運(yùn)輸管道的排放，大多數(shù)在土壤之中。而天然氣在開(kāi)采和輸送中大量地應(yīng)用了鋼質(zhì)管道,一般埋地鋼質(zhì)管道在土壤作用下常發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕穿孔,造成油氣的跑、冒、滴、漏。不但造成經(jīng)濟(jì)損失,而且可以引起爆炸、起火、污染環(huán)境等。正確地評(píng)價(jià)土壤的腐蝕性,對(duì)正確地選擇防腐措施有著十分重要的意義。

2.2.1土壤腐蝕特點(diǎn)

由于土壤具有多相性和不均勻性,并且具有很多微孔可以滲透水及氣體,因此不同土壤具有不同的腐蝕性,又由于土壤具有相對(duì)的穩(wěn)定性,使得土壤腐蝕和其他電化學(xué)腐蝕過(guò)程

不同。在土壤中,氧的傳遞通過(guò)土壤

孔隙輸送,其傳送速度取決于土壤的

結(jié)構(gòu)和濕度,在不同的土壤中氧的滲

透率會(huì)有很大差別。在土壤中除具有

可能生成的多相組織不均性有關(guān)的腐

蝕微電池外,還會(huì)因土壤介質(zhì)的宏觀

差別而造成宏腐蝕電池。宏腐蝕電池

的種類有:

(1)長(zhǎng)距離輸油管道穿越不同土壤

形成的宏腐蝕電池。

(2)管體不同材料差異埋在土壤中

產(chǎn)生的宏腐蝕電池。

(3)由于管道埋深不同,上、下部土壤的密實(shí)性,含氧等差別造成管道上

下部電極電位不同形成宏腐蝕電池。2.2.2土壤腐蝕的影響因素

(1)土壤性質(zhì)。土壤的孔隙度、含水量、電阻率、pH值以及含鹽量等對(duì)土壤的腐蝕性有極大影響。

(a)孔隙度的影響。土壤的孔隙有利于氧氣的滲入和水分保存,孔隙

度越大管道腐蝕越嚴(yán)重。

(b)土壤中含水量的影響。隨著含水量增加腐蝕速率增加,當(dāng)含水量

超過(guò)一定值以后,由于水量增加氧的

擴(kuò)散滲透受到阻礙,土壤中的可溶性鹽已全部溶解,即盡管含水量增加,但不再有新的鹽分溶解,從而使腐蝕速率減小。當(dāng)土壤中含水在10%以下時(shí),由于水分的短缺,土壤電阻加大,腐蝕速率急速降低。

(c)電阻率的影響。土壤電阻率與土壤的含水量、含鹽量、孔隙度等很多因素有關(guān),土壤電阻率越小腐蝕速率越高。

(d)pH值的影響。我國(guó)大部分土壤屬中性,pH值在6～8之間,隨著pH值的降低腐蝕速率增加。

(e)含鹽量的影響。一般土壤中的含鹽量為0.0088%～0.15%,土壤中含鹽量越大電導(dǎo)率也越大,從而提高土壤的腐蝕性。當(dāng)土壤中含

CaCO

3時(shí),其腐蝕速率隨CaCO

3

含量的

增加而降低。

(2)雜散電流的影響。電車、電氣化鐵路、以接地為回路的輸配電系統(tǒng)、電解裝置等,在其規(guī)定的電路中流動(dòng)的電流,其中一部分自回路中流出,流入大地、水等環(huán)境中,形成了雜散電流。當(dāng)環(huán)境中存在埋地管線或金屬構(gòu)筑物時(shí),雜散電流的一部分又可能流入、流出埋地管線或金屬構(gòu)筑物,產(chǎn)生干擾腐蝕。根據(jù)腐蝕干擾源的不

同,可分為直流干擾和交流干擾。雜散電流腐蝕程度,要比一般的土壤腐蝕劇烈得多。

(3)土壤中的微生物的影響。硫酸鹽還原菌生存在土壤中是一種厭氧菌,它參加電極反應(yīng),將可溶的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫,加速了腐蝕作用。(4)溫度的影響。溫度對(duì)腐蝕速度有很大影響,一般來(lái)講,溫度每升高20℃,腐蝕速度加快一倍。

2.3天然氣管道的腐蝕破壞形態(tài)

天然氣管道腐蝕的破壞形態(tài)包括全面腐蝕和局部腐蝕,全面腐蝕是一種常見(jiàn)的腐蝕形態(tài),包括均勻全面腐蝕和不均勻全面腐蝕。局部腐蝕又可以分為點(diǎn)腐蝕（孔蝕）、縫隙腐蝕和疲勞腐蝕等。

三、腐蝕的防護(hù)措施概述及應(yīng)用

現(xiàn)狀

埋地管道的腐蝕可分為內(nèi)壁腐蝕和外壁腐蝕兩種類型。

3.1內(nèi)壁腐蝕及防護(hù)：

內(nèi)壁腐蝕是由于天然氣中殘存的

水分、和、等酸性氣體造成的類似原電池的電化學(xué)反應(yīng)和破壞金屬晶格的化學(xué)反應(yīng)。這兩種反應(yīng)都造成管壁疏松、脫落以致穿孔,不能再承受壓力和輸送天然氣。對(duì)于內(nèi)壁的防腐蝕,主要可從以下兩個(gè)方面入手

①凈化天然氣通常在氣源地,從地下開(kāi)采出來(lái)的天然氣先經(jīng)過(guò)脫硫、脫水等一系列工藝,達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),才進(jìn)人長(zhǎng)輸管線。

②管道內(nèi)壁涂敷對(duì)管道作內(nèi)壁涂敷可減少腐蝕、輸氣阻力以及每年的清管次數(shù)。目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)了鋼管內(nèi)表面環(huán)氧樹(shù)脂靜電粉末噴涂技術(shù)及成套設(shè)備。有數(shù)據(jù)表明,對(duì)于大口徑長(zhǎng)輸管線,大約一年即可收回內(nèi)涂所花費(fèi)的投資。

3.2外壁腐蝕及防護(hù)

管道的外壁腐蝕情況較為復(fù)雜,它與多種因素有關(guān),如管道的材質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)的均勻性、包含雜質(zhì)的種類、數(shù)量、焊縫熔渣和機(jī)械加工殘余應(yīng)力等,還與土壤性質(zhì)、電阻率、含水量、值、雜散電流、干擾電流、微生物等有關(guān)。

如果用被腐蝕金屬的質(zhì)量來(lái)表示腐蝕速度,則有下列關(guān)系：

W=i*t*k

式中：W一被腐蝕金屬損失的質(zhì)量,g

i一腐蝕電流強(qiáng)度,A

t一時(shí)間,s

k一電化學(xué)當(dāng)量

上述因素都會(huì)影響到腐蝕電流,其中,土壤電阻率是反映土壤腐蝕性的主要指標(biāo),土壤電阻率越小,形成腐蝕電池的電流強(qiáng)度越大,腐蝕速度則越大,

反之亦然。目前埋地鋼管外壁防腐蝕

較為常用的是絕緣層防腐蝕和電保護(hù)防腐蝕,兩者通常同時(shí)使用。絕緣層防腐蝕要根據(jù)管道所處地域的地形、地貌、地質(zhì)狀況正確選擇合理的防腐蝕材料,目前國(guó)內(nèi)外常用的有石油瀝青、環(huán)氧煤瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯熔結(jié)環(huán)氧粉末等。管道防腐蝕總成本應(yīng)包括以下幾項(xiàng)因素①材料、②施工、③修補(bǔ)、④安裝、⑤陰極保護(hù)、⑥維修、⑦檢驗(yàn)、⑧設(shè)計(jì)年限等,綜合以上各因素,目前國(guó)內(nèi)使用較多的是環(huán)氧煤瀝青防腐蝕。它分三個(gè)等級(jí)見(jiàn)下表,可根據(jù)不同的要求進(jìn)行選擇。

3.3對(duì)于管道腐蝕的具體防護(hù)措施有下面的辦法

3.3.1涂層防護(hù)

防蝕涂層作為公認(rèn)的防護(hù)方法已廣泛用于埋地管道的腐蝕控制。涂層作為腐蝕控制的第一道防線，其作用是將管體金屬基體與具有腐蝕性的土壤環(huán)境隔離，同時(shí)為附加陰極保護(hù)的實(shí)施提供必要的絕緣條件。此外，管道涂層在涂裝、運(yùn)轉(zhuǎn)裝卸、下溝回填以及投產(chǎn)運(yùn)行后不可避免會(huì)出現(xiàn)缺陷。

3.3.2防蝕涂層

目前用于新建埋地管道的防蝕涂層主要有：復(fù)合涂層和環(huán)氧粉末。煤焦油瓷漆和石油瀝青由于污染環(huán)境目前用的很少，用于老管道修復(fù)主要是纏帶類和液體涂料。

3.3.3復(fù)合涂層

通過(guò)簡(jiǎn)單的物理疊合或化學(xué)粘結(jié)將各具特點(diǎn)的單一涂層材料聯(lián)為一體，形成綜合性能良好的多層涂層系統(tǒng)。包括二層聚乙烯/聚丙烯、三層聚乙烯、聚丙烯等。

3.3.4三層聚乙烯/聚丙烯涂層

三層系統(tǒng)是目前常用的復(fù)合涂層，由環(huán)氧粉末底層、粘結(jié)劑中間層和聚烯烴外護(hù)層組成。由于其兼有熔結(jié)環(huán)氧優(yōu)異的防蝕性能、良好的粘結(jié)性與抗陰極剝離性能以及聚烯烴優(yōu)良的機(jī)械性能、絕緣性能及強(qiáng)抗?jié)B透性，從而成為綜合性能優(yōu)異的涂層，廣泛用于施工及敷設(shè)環(huán)境均較苛刻的地帶。如：陜-京輸氣管線、靖-西輸氣管線及蘭-成-渝成品油管線等。三層涂層的主要缺點(diǎn)是施工工藝較復(fù)雜；由于中間膠粘劑和外層聚乙烯均采用擠出工藝，焊縫處易形成空鼓；涂層一旦失去粘結(jié)，涂層將出現(xiàn)層間分離，高度絕緣的聚乙烯外護(hù)層將屏蔽陰極保

護(hù)電流，產(chǎn)生膜下腐蝕。

3.3.5環(huán)氧粉末涂層

環(huán)氧粉末由固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及多種助劑經(jīng)混煉、粉碎加工而成，在我國(guó)也得到了推廣應(yīng)用，但主要是作為復(fù)合涂層的底層。熔結(jié)環(huán)氧粉末為一次成膜涂層，具有對(duì)鋼鐵強(qiáng)粘結(jié)、良好的膜完整性、優(yōu)秀的耐陰極剝離性能、耐土壤應(yīng)力、耐磨損、可冷彎等特點(diǎn)，適用于大多數(shù)土壤環(huán)境，但是對(duì)沖擊較為敏感，特別是高溫條件下吸水率較高，因此不適用于濕熱環(huán)境和石方段。

3.3.6液體聚氯脂涂層

液體聚氨酯涂料也經(jīng)常用于管道的涂層修復(fù)，能夠達(dá)到要求的厚度，即1-1.5mm。一般無(wú)溶劑產(chǎn)品適合于運(yùn)行溫度高達(dá)80℃的管道。無(wú)溶劑聚氨酯涂料的優(yōu)勢(shì)包括，在幾分鐘內(nèi)就可以達(dá)到可觸摸的干度，幾個(gè)小時(shí)可以完全固化：抗磨損和抗土壤應(yīng)力的能力強(qiáng)；有非常好的粘結(jié)性，但不如環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)能力好：對(duì)陰極保護(hù)電流的要求非常低；能抗陰極剝離。主要的不利條件與液體環(huán)氧涂料相類似，表面不能含有可溶性鹽，涂敷過(guò)程中對(duì)濕氣和潮氣很敏感，需要用專門(mén)的涂敷設(shè)備，為了保證表面不連續(xù)處得到充分的覆蓋，需要在這些地方增加涂層厚度等。

3.3.7陰極保護(hù)

陰極保護(hù)應(yīng)用于管道始于上世紀(jì)三十年代，到五十年代中期已成為較成熟的防蝕技術(shù)，被世界各國(guó)廣泛采用。在我國(guó)應(yīng)用也已有五十年的歷史。對(duì)于埋地管道陰極保護(hù)是作為附加保護(hù)方式對(duì)涂層破損處的管體金屬提供防蝕保護(hù)的。絕大多數(shù)管道工程采用了外加電流陰極保護(hù)方式，也有部分管道工程或部分管段采取了犧牲陽(yáng)極保護(hù)方式。陰極保護(hù)目前有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行，包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工驗(yàn)收規(guī)范、運(yùn)行維護(hù)規(guī)范及材料標(biāo)準(zhǔn)。此法具有施工簡(jiǎn)單，安裝工作量小，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物不產(chǎn)生干擾影響，同時(shí)對(duì)雜散電流干擾能起到接地排流作用，管理也方便等優(yōu)點(diǎn)。

3.3.8緩蝕劑防護(hù)

緩蝕劑保護(hù)是在腐蝕環(huán)境中，通過(guò)添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質(zhì)以保護(hù)金屬的方法。采用緩蝕劑防腐蝕，由于使用方便、投資少、收效快，因而對(duì)于燃?xì)夤艿赖姆栏泻軓V闊的前景。在緩蝕機(jī)理上，緩蝕劑是通過(guò)緩蝕劑分子上極性基團(tuán)的物理吸附作用或化學(xué)吸附作用，使緩蝕劑吸附在金屬表面。這樣，一方面改變金屬表面的電荷狀態(tài)和界面性質(zhì)，使金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定化，從而增加腐蝕反應(yīng)的活化能，使腐蝕速度減慢；另一方面被吸附的緩蝕劑上的非極性基團(tuán)，尚能在金屬表面形成一層疏水性保護(hù)膜，此膜阻礙著與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，故能使腐蝕速度減小。緩蝕劑的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是由緩蝕劑離子與金屬的表面電荷產(chǎn)生靜電吸引力和范德華力所引起的，這種吸附快而可逆；化學(xué)吸附則是由中性緩蝕劑分子與金屬形成了配位鍵，它比物理吸附力強(qiáng)而不可逆，但吸附速度卻較慢。

對(duì)于現(xiàn)在較常用的防腐技術(shù)來(lái)說(shuō)

有如下的工藝流程，在天然氣管道施工時(shí)可以采用FBE復(fù)合覆蓋即熔結(jié)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合覆蓋層的工程方法。本工程采用BH-15環(huán)氧富鋅底漆2道，BH-GD2厚漿型環(huán)氧瀝青面漆3道的外防腐涂層結(jié)構(gòu)，并與陰極保護(hù)相結(jié)合，確保防腐效果。陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)法，陽(yáng)極床采用深井陽(yáng)極地床。防腐涂層共5層，總干膜厚度≥455um，涂敷工藝均為人工刷涂，室外作業(yè)，冷涂不需加熱。鋼管表面預(yù)處理采用噴砂除銹的方法進(jìn)行，除銹等級(jí)達(dá)到Sa2.5級(jí)，錨紋深度50um-80um。

防腐鋼管表面噴砂除銹預(yù)處理，2道底漆和3道面漆涂敷1作業(yè)均在室外進(jìn)行。底漆及面漆涂敷均為人工刷涂，冷涂不需要熱處理。整個(gè)工序主要可分4個(gè)階段實(shí)施，一是鋼管表面噴砂除銹，二是底漆刷涂，三是面漆刷涂，四是補(bǔ)口、補(bǔ)傷。這些是天然氣管道防腐的重要工藝，只要按照這些工藝流程及相關(guān)原則制定施工措施，便可以保證防腐施工質(zhì)量。

對(duì)于已經(jīng)鋪設(shè)的埋地天然氣管道，解決辦法如果對(duì)全部管道開(kāi)挖重新防腐,工作量和費(fèi)用十分龐大,只有實(shí)施陰極保護(hù)系統(tǒng)則是最經(jīng)濟(jì)易行的解決辦法,但由于管道建設(shè)時(shí)沒(méi)有相應(yīng)的絕緣措施且難以停氣進(jìn)行絕緣改造,也由于沒(méi)有絕緣并難以取得管道相關(guān)參數(shù),所以無(wú)法進(jìn)行實(shí)施陰極保護(hù)前的相關(guān)工藝計(jì)算,這就給陰極保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施帶來(lái)了很大困難。陰極保護(hù)的方法有強(qiáng)制電流法和犧牲陽(yáng)極保護(hù)法,其中強(qiáng)制電流法由于管道無(wú)絕緣且管線處于家屬區(qū)多建筑物的環(huán)境中,技術(shù)上不可行,故不易采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法在實(shí)施中,由于陽(yáng)極按一定間距布設(shè)于管道處,可以避免建筑物及地下其它管道對(duì)被保護(hù)管道的影響,在技術(shù)上也可行,故為防止腐蝕的繼續(xù)發(fā)生發(fā)展,采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法。犧牲陽(yáng)極采用合金陽(yáng)極,施工按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

所以，在已經(jīng)鋪設(shè)好管道后要進(jìn)行防腐施工，那么陰極保護(hù)是實(shí)現(xiàn)管道防腐層缺陷不遭土壤環(huán)境腐蝕的有效方法,該項(xiàng)技術(shù)也已十分成熟,就陰極保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施在實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際因地制宜,通過(guò)對(duì)青鋁管線陰極保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1.埋地金屬管道由于施工等原因,防腐層破損點(diǎn)的存在不可避免,如不實(shí)施陰極保護(hù),那么腐蝕穿孔是必然的。

2.陰極保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施,埋地管道的絕緣是先決條件。

3.在已建管道無(wú)絕緣的情況下,如何根據(jù)實(shí)際,進(jìn)行簡(jiǎn)單的絕緣改造,值得深思。

4.從本文不難看出,陰極保護(hù)系統(tǒng)的建立,對(duì)絕緣的要求也并非十分嚴(yán)格,絕緣程度好,則犧牲陽(yáng)極用量少或強(qiáng)制電流輸出電流小,反之則用量多或輸出電流大,在權(quán)衡生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)等綜合因素的情況下,進(jìn)行簡(jiǎn)單的絕緣改造不失為一種好的選擇。

5，對(duì)無(wú)絕緣且已出現(xiàn)腐蝕的管道,實(shí)施陰極保護(hù)的確困難較大,但在實(shí)施中進(jìn)行簡(jiǎn)單易行的相關(guān)試驗(yàn),從而找到最有效的解決辦法,值得借鑒。

6，雖然陰極保護(hù)技術(shù)已很成熟,但在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)施,應(yīng)當(dāng)在實(shí)踐中反復(fù)測(cè)試或試驗(yàn),避免實(shí)施中的盲目性及造成實(shí)施后不能實(shí)現(xiàn)對(duì)管道保護(hù)的巨大浪費(fèi)。

四、防護(hù)措施的設(shè)計(jì)4.1防護(hù)方案

不同環(huán)境引起的管道腐蝕其原因不盡相同，且影響因素也非常復(fù)雜。對(duì)于管道其內(nèi)、外環(huán)境是不同的，管道的內(nèi)腐蝕主要由其儲(chǔ)存和輸送的介質(zhì)各方面特性所決定，而外腐蝕是由大氣、土壤等外部環(huán)境引起。

4.1.1內(nèi)腐蝕防護(hù)方案

輸送管道內(nèi)腐蝕控制的基本原則為：因地制宜，一般實(shí)行聯(lián)合保護(hù)。所謂因地制宜，是指在調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)管道、設(shè)施內(nèi)介質(zhì)腐蝕性等各方面參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)、有效、經(jīng)濟(jì)的保護(hù)方法。而聯(lián)合保護(hù)則是有效實(shí)施保護(hù)的重要技術(shù)路線。

4.2.2外腐蝕防護(hù)方案

由于燃?xì)夤艿涝阡佋O(shè)后所處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和自然環(huán)境不同，其腐蝕的特征和影響因素也不盡相同。因此，應(yīng)根據(jù)不同情況有針對(duì)性地采取防腐措施，以減緩大氣、土壤及介質(zhì)等對(duì)管道的腐蝕，延長(zhǎng)管道的使用壽命，保證燃?xì)獾妮斔秃褪褂冒踩?/p>

當(dāng)前通用的管道外防腐方案是外涂層加陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù)方式，即采用與腐蝕相對(duì)應(yīng)的各類涂層將管道內(nèi)外表面與介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)，再利用直

流電，使腐蝕電流趨于零，進(jìn)而達(dá)到阻止管道腐蝕的效果。聯(lián)合保護(hù)使腐蝕控制手段相互補(bǔ)充，使腐蝕控制成本降低，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠，以成為世界發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)地下、水中管道進(jìn)行腐蝕防護(hù)的共同法規(guī)。

4.2實(shí)施方法

4.2.1內(nèi)腐蝕主要保護(hù)措施

（1）凈化管道內(nèi)氣體：通常在氣源地，如從地下開(kāi)采出來(lái)的氣體先經(jīng)過(guò)脫硫、脫水等一系列工藝，達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，才能進(jìn)入輸管線。但是，現(xiàn)階段我國(guó)還不能對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行徹底脫硫脫水，因此要提高燃?xì)獾钠焚|(zhì)，必須盡量保證凈化除塵設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，去除氣體中促進(jìn)腐蝕的有害成分，調(diào)節(jié)氣體的pH值，降低氣體中的含水率和有害氣體量等，以減少介質(zhì)對(duì)金屬管道的腐蝕。

（2）添加化學(xué)藥劑：在輸送的燃?xì)庵刑砑由倭孔柚够驕p緩金屬管道腐蝕的物質(zhì)，如緩蝕劑、殺菌劑和阻垢劑等，以減少燃?xì)鈱?duì)管道的腐蝕。

（3）根據(jù)不同介質(zhì)和使用條件，選用合適的管道材料：在含H2S及CO2的介質(zhì)中選用耐腐蝕合金鋼N-80、13Cr等，輸氣管道常用碳鋼和低合金鋼，主要有10、20、30、Q235、09MnV、16Mn、16MnSi、16MnR等。

（4）管道內(nèi)壁涂敷：對(duì)管道作內(nèi)壁涂敷可減少腐蝕、輸氣阻力以及每年的清管次數(shù)。目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)了鋼管內(nèi)表面環(huán)氧樹(shù)脂靜電粉末噴涂技術(shù)及成套設(shè)備。有數(shù)據(jù)表明，對(duì)于大口徑長(zhǎng)輸管線，大約一年即可收回內(nèi)壁涂敷的費(fèi)用。

（5）確保燃?xì)饬魉伲汉侠磉x擇輸送燃?xì)夤艿乐睆?，確保燃?xì)饬魉俅笥?m/s，減少燃?xì)獬恋砦锪俊?/p>

（6）確保管路坡度：燃?xì)廨斔凸苈菲露鹊拇_定要符合設(shè)計(jì)規(guī)范，一般管路坡度應(yīng)該大于5/1000。

4.2.2外腐蝕主要保護(hù)措施

4.2.2.1外涂層防護(hù)

管道外涂層是第一道屏障，其作用是將管體金屬基體與具有腐蝕性的外界環(huán)境隔離，同時(shí)為附加陰極保護(hù)的實(shí)施提供必要的絕緣條件，這直接關(guān)系到管道的防腐蝕性能和運(yùn)行壽命。采用各類涂層將管道內(nèi)外表面與腐蝕介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)防止腐蝕的方法是目前最普遍的措施。使用任何保護(hù)涂

層的管道，一般涂裝前對(duì)管道先進(jìn)行脫脂再進(jìn)行除銹處理，除銹后將管道表面的浮灰清理干凈即可涂裝防腐涂層。

目前，城市燃?xì)夤艿来蠖噙x用的是3PE防腐，即從管道外壁算起，依次為：環(huán)氧粉末涂層-膠粘劑-聚乙烯涂層三層。根據(jù)各層的厚度不同，又分為3PE普通級(jí)防腐、3PE加強(qiáng)級(jí)防腐、3PE特加強(qiáng)級(jí)防腐。3PE防腐層綜合了熔結(jié)環(huán)氧粉末和聚乙烯的特點(diǎn)，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和防水滲透性能，但對(duì)管道表面的處理要求很高，且由于是非滲透性防腐層，所以易產(chǎn)生陰極屏蔽，與陰極保護(hù)系統(tǒng)的匹配性差。聚乙烯膠帶防腐層具有較好的絕緣防腐性能和抗雜散電流的能力，但對(duì)施工要求高，抗沖擊性差、抗土壤擠壓應(yīng)力的能力低，因粘結(jié)力差和電阻值高而易產(chǎn)生陰極屏蔽。3PE與先前的2PE相比，多了一層環(huán)氧粉末涂層，但這一層卻將鋼管與防腐層的粘結(jié)力大大增強(qiáng)，使防腐層緊緊地粘附在鋼管外壁，使鋼管的壽命延長(zhǎng)了一倍多。

4.2.2.2陰極保護(hù)

管道的外涂層使鋼管與土壤等腐蝕環(huán)境隔絕，增加金屬腐蝕電池的回路電阻，減小腐蝕電流，從而進(jìn)行腐蝕控制。然而，在管道的防腐施工中，由于管道運(yùn)輸、施工條件等諸多因素的影響，涂層不可能做到完整無(wú)損，而涂層破損處的管壁極易被腐蝕，且由于形成的腐蝕電池呈現(xiàn)小陽(yáng)極/大陰極的狀況，腐蝕電流密度較大，腐蝕速度往往成倍增加。可見(jiàn)，只采用涂層是不能完全防止管道腐蝕的。根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，只要把需保護(hù)的金屬變成陰極，就可以防止腐蝕。因此，通過(guò)輔助陽(yáng)極向管道通以直流電，對(duì)涂層破壞處的管體提供了足夠的陰極極化電流，管道得到有效的保護(hù)。我國(guó)原石油部1984年在《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐防腐蝕工程設(shè)計(jì)規(guī)范》SYJ7-84中規(guī)定，油、氣管道必須采用陰極保護(hù)。

陰極保護(hù)技術(shù)就是通過(guò)向被保護(hù)的鋼質(zhì)管道通以足夠的直流電流，使管道表面產(chǎn)生陰極極化，減小或消除造成鋼質(zhì)管道土壤腐蝕的各種原電池的電極電位差，使腐蝕電流趨于零，進(jìn)而達(dá)到阻止管道腐蝕的目的。陰極保護(hù)的原理是基于腐蝕電化學(xué)的理論基礎(chǔ)，是腐蝕電池的反其道而行的一種使被保護(hù)體(通常是水中或埋地的金屬構(gòu)筑物)通過(guò)陰極保護(hù)提供保護(hù)電流而得到陰極極化，從而避免腐蝕的機(jī)理。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極

保護(hù)。

①外加電流陰極保護(hù)法

即將被保護(hù)的管道與直流電源的負(fù)極相連，把輔助陽(yáng)極與電源正極相連，使管道成為陰極。外部電源通過(guò)埋地的輔助陽(yáng)極、將保護(hù)電流引入地下，通過(guò)土壤提供給被保護(hù)金屬，被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會(huì)再發(fā)生金屬離子化的氧化反應(yīng)，腐蝕受到抑制。而輔助陽(yáng)極表面則發(fā)生失電子氧化反應(yīng)，因此輔助陽(yáng)極本身存在消耗。輔助陽(yáng)極的常用材料有高硅鑄鐵、石墨，磁性氧化鐵及廢鋼鐵等。

②犧牲陽(yáng)極保護(hù)法

在待保護(hù)的管道上連接一種電位更負(fù)的金屬或合金，形成一個(gè)新的腐蝕原電池。接上的金屬成為犧牲陽(yáng)極，整個(gè)管道成為陰極受到保護(hù)。將被保護(hù)金屬和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬或合金（即犧牲陽(yáng)極）相連，使被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率的方法。

③兩種保護(hù)方式的選擇

陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過(guò)一個(gè)陰極保護(hù)電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護(hù)的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護(hù)電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護(hù)電流的方式和“源”不同，一種是利用直流電源，另一種則利用電位更負(fù)的金屬或合金。外加電流陰極保護(hù)驅(qū)動(dòng)電壓高，輸出電流大，保護(hù)距離長(zhǎng)，有效保護(hù)范圍廣，便于調(diào)節(jié)電流和電壓，主要用于保護(hù)面積大的長(zhǎng)距離、大口徑管道以及市郊主干線上。但它需要外電源和經(jīng)常性的維護(hù)管理，且在市區(qū)為避免對(duì)其他地下金屬管網(wǎng)及構(gòu)筑物的影響，不能采用這種方法。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)不需外部電源，維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。

4.2.3合理設(shè)計(jì)和施工

燃?xì)夤艿赖钠唇?、組裝應(yīng)采用對(duì)接雙面焊，盡可能避免或減少搭接焊。在裝配焊接施工中，必須下料準(zhǔn)確，采用合理的裝配和焊接工藝，避免強(qiáng)制裝配，焊后應(yīng)錘擊焊縫以降低或消除殘余應(yīng)力。此外管道在使用前應(yīng)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，要求無(wú)裂紋、夾層等缺陷。制作中應(yīng)選用較長(zhǎng)的管道以減少焊縫，減少早期應(yīng)力腐蝕破裂，延長(zhǎng)

燃?xì)夤艿赖氖褂脡勖?/p>

4.3預(yù)期可能結(jié)果

城市天然氣管道得到合理的防腐

蝕保護(hù)，能夠有較長(zhǎng)的使用壽命。

在現(xiàn)有的燃?xì)廨斔凸艿婪栏胧┲?，每一種措施都有其相應(yīng)的應(yīng)用范圍和適用條件，也各有其優(yōu)點(diǎn)和劣勢(shì)。因此，應(yīng)該因地制宜、相互配合，做到既能保證安全運(yùn)行，又不浪費(fèi)材料、增加無(wú)謂的成本。

五、結(jié)論

我國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展將推動(dòng)天然氣管道運(yùn)輸業(yè)。今后一段時(shí)間，我國(guó)天然氣管道建設(shè)將進(jìn)入較快發(fā)展的時(shí)期。管道防腐蝕與防護(hù)技術(shù)是保證管道正常運(yùn)行、延長(zhǎng)管道壽命的重要措施。為了適應(yīng)天然氣管道建設(shè)的迅速發(fā)展，必須發(fā)展用于外防腐涂層和內(nèi)涂層的新材料。而高性能、復(fù)合化、壽命長(zhǎng)的管道外防腐層，減阻效果好、性能穩(wěn)