阴极保护在埋地燃气管道腐蚀防护中的应用

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　　【摘  要】由于埋地铺设的输气管道大都处于复杂的土壤环境中，尤其在盐类聚集的地区，天然气输送管道的腐蚀穿孔问题十分严重，本文通过深入了解我国管道运输的特点及腐蚀现状，掌握管道腐蚀的规律并加以有效控制，对腐蚀程度严重的管道采取阴极保护技术，确保我国民经济地下大动脉的安全运行。
　　【关键词】天然气管道;盐碱地;阴极保护
　　目前，国内外输送天然气资源主要依靠埋地方式铺设长距离管道来实现，据声明所说，仅中国石油天然气股份有限公司，至2012年末，建设管道总长度增长到为66776千米，天然气管道长度也增加到40995千米，是2000年为止所建天然气管道长度的两倍，且该公司目前拥有的天然气管道长度已占到全国天然气管道总长度的80%左右。预计2015年时，其天然气管道长度可达到4.8万千米，使长度再延长一倍。Visiongain也着眼于全球石油与天然气管道市场分析表明，全球石油与天然气管道市场将在2013年达到473.5亿美元，包括世界各地的所有新的石油和天然气管道的施工成本。
　　但由于埋地铺设的输气管道大都处于复杂的土壤环境中，且土壤中含有不同分量的水和易电离的盐类等物质，使土壤与管道金属构成原电池，导致金属管道外壁上发生不同程度的电化学腐蚀，甚至造成管道失效。一旦输气管道出现腐蚀穿孔就会造成油气泄漏，不仅运输中断，而且会污染环境，还可能引发灾难性事故，造成的经濟损失难以估量[1]。据调查，我国石油石化工业每年因腐蚀所造成的直接经济损失达数亿元。由于土壤的腐蚀性大小主要取决于土壤的含水量、含盐种类和含量、pH值及有机物质和微生物含量等因素。因此，盐类聚集的盐碱地地区铺设的输气管道所承受的腐蚀作用更为严重。
　　然而，输气管道一直是管道工程中的重要环节，它的防腐保护对保障能源运输乃至于国民经济的发展等起着十分重要的作用，故一直受到研究人员的关注。为了解决腐蚀问题，除可以在管道外壁覆盖防腐绝缘层外，阴极保护技术也是防止金属腐蚀的有效方法，适用于对土壤、淡水和海水等介质中的金属腐蚀的保护，且经济效益十分显著。
　　1、土壤的腐蚀性分析
　　土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙为空气和水所充满，水中含有一定量的盐使土壤具有离子导电性[2]。土壤的PH值以及土壤中的含盐量明显高于一般的其他地区，其腐蚀性也相应变强。除此以外，还可依照土壤电阻率、自然电位、和氧化还原电位来判断土壤的腐蚀性的强弱。
　　由于管道所埋土壤各处的物化性质不同、管道各部分的金相结构不同，如晶格缺陷、杂质、内部应力、表面粗糙程度等原因，一部分金属易电离，带正电的金属离子进入土壤中，从而该段电子过剩电位变负;而另一部分金属不容易电离，电位变正，从而在两段间发生电子流动即发生氧化还原反应。失去电子的管道段成为阳极区，得到电子管道段则成为阴极区，并和土壤一起组成回路，形成了电化学电流即腐蚀电流，从而产生了土壤腐蚀[1]。假如管道各段落所处土壤透气性不同，土壤中氧的浓度也就不同，从而使腐蚀电池发育，腐蚀电池两极间的距离可达数公里。
　　2、阴极保护技术
　　在实际的工程应用中，将被保护的金属阴极极化以消除电化学不均匀性所引起的金属腐蚀的方法称为阴极保护。阴极保护技术就是通过向被保护的管道通以足够的直流电流，使管道表面产生阴极极化，减小或消除造成管道土壤腐蚀的各种原电池的电极电位差，使腐蚀电流趋于零，进而达到阻止管道腐蚀的目的[3]。该技术方法经过几十年的快速发展，已经成为技术较为成熟，市场也较为广阔的管道防腐技术，且操作简单，实施安装工程量不大的同时亦能起到很好的排流作用。阴极保护作为防腐层保护的一种补充手段是必不可少的，它可以弥补涂层的缺陷（破坏、漏点等）。因此，阴极保护技术作为第二道防线更好地抑制管线的腐蚀，也是反应管线防腐状态的重要指标。
　　目前较为常用的两种阴极保护方法分别是牺牲阳极阴极保护法和强制（外加）电流阴极保护法。前者是用一种腐蚀电位比被保护金属腐蚀电位更负的金属或合金与被保护体组成电偶电池，依靠负电性金属不断腐蚀溶解产生的电流供被保护金属阴极极化而构成保护的方法，由于低电位金属所在电偶电池中作为阳极，偶接后其自身腐蚀速度增加;后者则是利用外部直流电源直接向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化，实现被保护体进入免蚀区而受到保护的方法，由辅助阳极、参比电极、直流电源和相关的连接电缆组成[4]。
　　牺牲阳极法和外加电流阴极保护法各有优缺点，有其各自的应用范围，应根据供电条件、介质电阻率、所需保护电流的大小、运行过程中工艺条件变化情况、寿命要求、结构形状等决定[4]。牺牲阳极阴极保护法不需外部电源，投产后维护管理工作量小，但在高电阻率环境中不宜使用，同时保护范围和输出电流小且输出电流还不可调;强制电流阴极保护法输出电流连续可调，保护范围大，不受土壤电阻率的限制，适用性强，保护装置使用寿命长，但是却需外部电源，投产后需进行维护管理。通常情况下，对有电源、介质电阻率大、所需保护电流大、条件变化大、使用寿命长的大系统，应选用外加电流阴极保护，反之宜选用牺牲阳极保护[4]。在一些情况下，需要将牺牲阳极法和外加电流阴极保护法并联防护才能取得良好的效果。
　　3、埋地管道微生物腐蚀的防护措施
　　3.1表面防腐处理
　　优良的基层是防腐工程的基础，金属管道的防腐质量绝大程度上取决于涂层与基体的粘结程度，因此管道表面的处理十分重要。在涂层厚度、除锈质量以及施工条件等因素中，除锈质量是表面防腐处理的重中之重，实验表明除锈质量优良的比未经除锈处理或除锈质量相对较差的防腐涂层的使用寿命至少长3至5倍。因而在管道表面防腐处理时，应先将钢管、容器表面的铁锈与氧化皮彻底清除干净。与此同时，还可采用氧化型或非氧化型杀菌剂来抑制或杀灭腐蚀微生物繁殖的方式，进一步实现控制腐蚀的目的。
　　3.2涂层防腐处理
　　3.2.1内涂层防腐
　　内涂层防腐处理中常用的内涂层有环氧树脂粉末涂层、聚乙烯粉末涂层等，也可采用可耐约300℃高温的热喷玻璃防腐新工艺，其可有效地避免管内硫化氢等酸性气体与碳钢之间的接触。此外，对于遭受严重腐蚀而进行返修的管道则可采用环氧粉末涂装或环氧液体涂料内涂方法。
　　3.2.2外涂层防腐
　　外涂层防腐是使管道与土壤等腐蚀环境相互隔绝的防腐途径，当前埋地管道通常使用在水介质与土壤中具耐菌破坏力保护层，无机保护层主要有水泥、镀锌、铬等，有机保护层则主要有塑料薄膜、环氧树脂漆、多层PE防腐层等。此外还有煤焦油瓷漆防腐层、石油沥青防腐层、熔结环氧粉末防腐层以及HPCC 涂层体系等。
　　4、结论
　　天然气输送管道的防腐保护对保障能源运输乃至于国民经济的发展等起着十分重要的作用，尤其在盐类聚集的地区，天然气输送管道的腐蚀穿孔问题十分严重，除在管道上覆盖防腐绝缘层外，还可以辅助采用阴极保护技术抑制土壤对天然气输送管道的腐蚀作用。
　　参考文献：
　　[1] 刘佳.天然气管道的腐蚀原因防治措施[J].内江科技，2012（6）
　　[2] 陈胜利，兰志刚，宋积文，等.长输天然气管线的腐蚀与防护[J]全面腐蚀控制，2011（1）
　　[3] 黄腾飞.埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研究[J].西南石油大学博士学位论文，2014
　　[4] 孙鹏然.天然气长输管道的防腐与防护措施[J]管道技术与设备，2013（1）：
　　（作者单位：佛山市高明燃气有限公司）
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