天然气管道腐蚀与防护

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文|沈佳园

天然气被誉为“清洁能源”，相对于石油和煤炭等能源而言，具有燃烧洁净、热值高和使用安全等优势，目前已经成为了我国广大人民群众的主要生活燃料能源，需求量得到了巨大的提升，天然气管道行业得到了极为迅速的发展。如浙江浙能天然气运行有限公司目前所管理的省级天然气长输管道近710km，供气范围已覆盖湖州、杭州、绍兴、宁波、嘉兴和衢州等浙江省重点城市，天然气年输气量达53亿m3，预计2020年管理的省级天然气管网将超过3600km，输气量达400亿m3。随着天然气管道的快速发展，天然气管道腐蚀问题也成为了关注的焦点，有效的腐蚀控制与防护已经成为天然气管道安全系统工程的主要组成部分。

1.1 埋地管道所处的环境

天然气管道与土壤中的硫化物相接触，容易出现硫化物腐蚀，而硫化物腐蚀的程度主要受到土壤温度和酸碱度的影响。通常而言，土壤温度为25~30℃，土壤PH 值为5~9时，最容易出现腐蚀。

1.2 气体的组成

天然气管道所输送的介质中会有水蒸气，随着管流流动介质的压力和温度降低，会使水蒸气冷凝成为液态水，而液态水在与H2S、CO2接触后会形成亚硫酸和碳酸等，进而对天然气管道造成严重地腐蚀。

1.3 管道中的游离水与高气相流速

在压力降的作用下，天然气管道中的饱和天然气会出现自由液相，但由于高气液比的客观实际，管道内流型主要有2种，分别是层流和环状流。液体在环状流中会以液膜的形式涂覆在管壁上，小液滴会在气体卷吸作用下不断向前运动;而在气液比稍低时，会出现层流，层流特点就在于液相在管道下部运动，气相在管道上部运动。经研究，天然气管道的腐蚀速率与气体流速成正比，随着气体流速的进一步增加，天然气管道的腐蚀速率也会加大。

1.4 压力和温度

天然气管道内酸性物质的活性会随着压力的增加而增加，进而加速腐蚀;而温度的提高会使土壤硫化物对天然气管道外壁的腐蚀速率增加，也会加快管道与酸性物质的反应速率;但是当温度超过70℃时，管道与酸性物质的反应速率就基本不再变化。

2.1 外部腐蚀控制

2.1.1 外防腐涂层

外防腐涂层是天然气管道腐蚀防护的第1道防线，能够起到避免土壤环境直接与天然气管道相互接触的作用。外防腐涂层需要具备的性能有:

1)物理机械性能优异，能够有效地抵御天然气管道在土壤中的蠕动，无论钢管移动还是热胀冷缩，外防腐涂层都不会出现剥离的现象;

2)铁基体附着力优异，尤其是要有良好的湿膜附着力;

3)耐蚀性良好，能够耐受盐、碱、大气、酸、水及其他溶剂等介质的腐蚀;

4)抵抗介质渗透性良好，外防腐涂层应该起到较好的屏障、隔绝和密封的作用。目前，聚乙烯PE、煤焦油瓷漆和环氧粉末等是国内外常用的管道防腐层材料，各种材料的适用范围及性能见表1。

2.1.2 阴极保护

阴极保护可分为牺牲阳极保护和外加电流保护2种类型，牺牲阳极保护的保护范围小，但其最大的优点是不需要外加电源;外加电流保护的保护距离长且可调。牺牲阳极保护可作为外加电流保护的补充。牺牲阳极的种类及规格选取见表2。

值得注意的是，在阴极保护时，务必要考虑其性价比，尽量用较低的经济成本获得足够的保护度和良好的保护效果。

2.2 内部腐蚀控制

2.2.1 内防腐涂层

内防腐涂层的代表材料有聚氨醋和环氧粉末等，内防腐涂层主要是为管流和管内壁之间提供物理隔离，不让钢管直接与腐蚀性物质接触，进而降低天然气管道内部腐蚀。管道内防腐涂层在长输送天然气管线中能够大幅度提高管线的输送能力，降低操作成本，减少摩擦阻力损失;而在近距离天然气输送中，既能够防腐，又能够减阻。目前，常用的天然气管道内涂层防腐技术有涂塑钢管、环氧粉末涂料内防腐技术、玻璃鳞片漆内防腐技术、水泥砂浆内衬里技术、H87内防腐涂层技术、玻璃钢管道内衬技术和水性带锈复合防锈涂料内涂技术等。涂覆涂层法是目前国内外应用较多的技术，其检测手段和施工方案较为完善，很容易实施，还可用机器人进行涂覆操作，其施工流程通常为:裸管检测→表面预热→内除锈→除锈检验→管端贴纸→内喷涂→加热固化→涂层检测→包装运输。常见涂装问题及处理见表3。

文章来源：《中国腐蚀与防护学报》 网址: http://www.zgfsyfhxb.cn/zonghexinwen/2020/1103/439.html

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