天然气长输管道的防腐与防护措施.pdf

2 0 1 3 年 第1 期 管道技术 - 5 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d 2 0 1 3 N o ．1 天然气长输管道的防腐与防护措施 孙鹏然 大庆油田有限责任公司天然气分公司，黑龙江大庆1 6 3 0 0 0 摘要天然气输送管道尤其是长输管道的防腐保护效果，直接关系到天然气输送的安全性和可靠 性以及输送管道的使用寿命。因此，加强对天然气长输管道的防腐保护至关重要。介绍了天然气输送 管道腐蚀的主要影响因素与腐蚀机理，并且对输气管道提出了必要的防腐措施要求，提出了为确保防 腐保护达到应有的效果，在设计、施工、运行中应注意的问题。长输管道的防腐保护要从所涉及的主客 观因素出发进行综合考虑。 关键词输气管道；阴极保护；腐蚀机理；防腐措施；影响因素 中图分类号T E 9 8 8文献标识码A 文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 3 0 1 0 0 5 0 0 3 N a t u r a lG a sP i p e l i n eC o r r o s i o na n dP r o t e c t i v eM e a s u r e s S U NP e n g - r a n N a t u r a lG a sC o m p a n yo fD a q i n gO i lF i e l dC o m p a n yL t d ．，D a q i n g1 6 3 0 0 0C h i n a A b s t r a c t N a t u r a lg a sp i p e l i n e ，e s p e c i a l l yl o n gd i s t a n c ep i p e l i n ec o r r o s i o np r o t e c t i o ne f f e c t ，d i r e c t l yc o n c e r st h es a f e t ya n d r e l i a b i l i t yo fag a st r a n s p o r tp i p e l i n ea n di t ss e r v i c el i f e ．T h e r e f o r e ，t h es t r e n g t h e n i n go fn a t u r a lg a sp i p e l i n e so fa n t i c o r r o s i o np r o t e c t i o ni sv e r yi m p o r t a n t ．T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eg a sp i p e l i n ec o r r o s i o na r i s i n gf r o mt h em a i ni n f l u e n t i a lf a e t o r sa n dc o r r o s i o n m e c h a n i s m ，a n db f i n g sf o r w a r dt h eg a st r a n s m i s s i o np i p e l i n ea n t i c o r r o s i o nm e a s u r e so ft h en e c e s s a r yr e q u i r e m e n t st oe n s u r et h e r e a c h e de f f e c to fa n t i - c o r r o s i o np r o t e c t i o na n dp o i n t so u tp r o b l e m st h a ts h o u l db en o t i c e di nd e s i g n ，c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o n ． A c c o r d i n gt ot h el o n gd i s t a n c ep i p e l i n ec o r r o s i o np r o t e c t i o nf r o mt h es u b j e c t i v ea n do b j e c t i v eh c t o r si n v o l v e d ，t h ea n t i c o r r o s i o n t e c h n o l o g yl e v e lm u s tb ei m p r o v e di nb o t ha s p e c t s ，b u tap e r f e c ts y s t e mw i t hs t r i c tm a n a g e m e n ti sn e e d e da sw e l l ． K e yw o r d s g a st r a n s m i s s i o np i p e l i n e ；c a t h o d i cp r o t e c t i o n ；c o r r o s i o nm e c h a n i s m ；a n t i c o r r o s i o nm e a s u r e s ；i n f l u e n c ef a c t o r s 0引言 随着经济的发展，以石油、煤炭为主的能源消费 结构造成的环境污染十分严重。天然气作为一种新 兴能源，将在经济、环境保护和社会发展中发挥重要 作用。2J 。管道输送是天然气的主要输送方式。因此 管道的腐蚀问题是天然气输送首要考虑的，管道的腐 蚀已成为重要的经济问题。目前，将要建设的天然气 管道就有1 0 4k m 以上，各大城市在今后要建设的各种 供气、供水、供热等管道将更多1 3 。J 。因此，加强天然 气管道防腐技术的研究有着重大意义。 1 腐蚀的类型及机理 腐蚀是金属在周围物质的化学、电化学作用下所引 起的一种破坏KJ ，按腐蚀反应原理可分为以下几种形式 1 化学腐蚀是土壤、空气或管道中各种化学介 质与金属接触发生化学作用而引起的，不发生化学能 向电能的转化，腐蚀时整个金属表面流失较均匀，使 管壁变薄。 收稿日期2 0 1 2 0 4 1 2收修改稿日期2 0 1 2 0 8 1 9 2 电化学腐蚀是由于电极电位的不同，在金属 表面形成一种微电池，金属在电解质溶液中因失去电 子而成为离子被溶解，形成阳极，电极电位较高的部 位得到电子，形成阴极，是与电流流动有关的腐蚀。 3 生物化学腐蚀是由细菌生命活动而引起或加 速金属破坏的一种腐蚀。 电化学腐蚀的危害最大，发生频率最高，往往使 钢管表面出现凹穴，甚至穿孔。 1 ．1 管道腐蚀的类型 1 ．1 ．1 内壁腐蚀 天然气管道内壁腐蚀的主要因素为天然气中含有 的一定量水∞J ，它在管道内壁生成一层亲水膜，形成了 类似原电池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀；还有就是天 然气中含有硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蚀性 化合物，它们直接和金属起作用，引起化学腐蚀。 1 ．1 ．2 外壁腐蚀 外壁腐蚀可以在架空或埋地钢管上发生，架空管 通常以涂层实现防腐，而埋地钢管的化学腐蚀是全面 腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管壁厚度的减薄是均匀 万方数据 第1 期孙鹏然天然气长输管道的防腐与防护措施 5 1 的，因此从钢管受到穿孔破坏的角度看，化学腐蚀的 危害性相对较小。埋地钢管外壁腐蚀的原因较复杂， 主要为电化学腐蚀1 。 1 ．2 腐蚀机理 腐蚀是金属和周围介质发生化学或电化学作用 而导致的无谓消耗或破坏旧J 。金属被腐蚀是由于电 极电位的不同，金属发生电化学反应时，电极电位较 低的部位容易失去电子，形成阳极；电极电位较高的 部位得到电子，成为阴极。存在0 和H 0 的情况下， F e O I I 生成水合氧化铁 铁锈 ，它是一种疏松物 质，浮在钢铁表面，无保护作用，金属的阳极化反应可 继续进行。 2 管道腐蚀的影响因素 石油天然气管道的腐蚀发生在管道内部、外部及 接头部位。油气管道主要采用埋地、管沟和架空敷 设一J 。后两者主要用于站场内管道敷设，绝大部分油 气管道采用的是埋地敷设方式，对此部分管道的防护 是非常重要的。 2 ．1 外界条件影响 外界条件应包括周围介质的特性及温度 掣1 0 。1 1 管道周围介质的腐蚀性影响。介质的腐蚀性 强弱与土壤的性质及微生物密切相关，长输管道涉及 的土壤性质比较复杂，准确评定其腐蚀性非常困难。 2 温度的影响包括环境温度和管道运行期间产 生的温度。温度的升高，腐蚀的速度会大大加快。温 度的高低与管路敷设深度有直接的关系，同时更受地 域差别的影响。 2 ．2 防腐失效的影响 防腐层失效是地下管道腐蚀的主要原因。腐蚀 的原因是防腐层的完整性遭到破坏，主要由于防腐层 与管道剥离或防腐层破裂、穿孔和变形2 - 1 4 ] 。 1 防腐层剥离，即防腐层与管道表面脱离形成 空间。如果剥离的防腐层没有破口，空间没有进水， 一般不产生腐蚀。若有破口，腐蚀性介质进入，就可 能出现保护电流不能达到的区域，形成阴极保护屏蔽 现象。 2 防腐层破裂、穿孔、变形，可直接破坏防腐层， 腐蚀介质从破口进入防腐层，还能进一步促成防腐层 剥离，在一定条件下产生阴极屏蔽，破裂严重时可导 致管道腐蚀。破裂的主要原因为土壤应力、外力和材 料老化。穿孔多由施工时的外力造成。 3 管道的防护措施 有效的腐蚀控制与防护成为输气管道安全系统 工程的重要组成部分，选择适用的腐蚀防护方式是管 道防腐的重大课题。实践表明输气管道一般采用防 腐绝缘层与阴极保护结合的措施，构成经济而可靠的 防腐系统，在实际应用中取得了良好的效果5 | 。 3 ．1 防腐涂层的选择 防腐涂层将管体金属基体与土壤环境隔离，避免 输气管道与土壤环境直接接触，是输气管道防腐的第 一道防线，发挥着物理阻隔作用，同时涂层为阴极保 护提供了电绝缘条件。需要具备性能有 1 有良好的附着力。具有优异的铁基体附着 力，特别要求湿膜附着力良好。 2 有良好的抵抗介质渗透性。成膜后，涂层具 有尽可能低的水和氧及其他腐蚀因子的渗透性，起到 密封、隔绝、屏障的作用。 3 有良好的耐蚀性，包括耐受大气、水、酸、碱、 盐、其他溶剂等介质的腐蚀。 4 具有优异的物理机械性能，能够抵御管线在 土壤中的蠕动，随钢管热胀冷缩、移动而不剥离。 3 ．2 阴极保护 根据提供极化电流的方法不同，阴极保护可以分 为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种。 3 ．2 ．1 牺牲阳极法 牺牲阳极法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，故被称作“牺牲阳极”。 3 ．2 ．2 外加电流阴极保护 外加电流阴极保护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。 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，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。因此，长输天然气管道适宜用 外加电流阴极保护。 3 ．3 并联防护 牺牲阳极法和外加电流阴极保护法必须进行并 联防护，才能取得良好的效果，主要原因 万方数据 5 2 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t 1 管道与外界的电绝缘是实施阴极保护系统的 先决条件，涂层降低了阴极保护所需的电流，而且提 高了电流分散能力； 2 管道防腐层破损点不可避免，如不实施阴极 保护，那么腐蚀穿孔是必然的，阴极保护防止涂层孔 隙和损伤处外露金属发生腐蚀； 3 防腐涂层是对埋地管道外壁的全面保护，主 要是针对均匀腐蚀而言，阴极保护则主要以点保护为 主，针对防腐涂层的破损处； 4 涂层破损位置具有不确定性，给防腐涂层及 时准确修补工作带来困难，将整条管道都置于阴极保 护的保护范围内，采用防腐涂层和阴极保护的双重保 护措施，实现长期、有效的管道保护。 4 结束语 管道防腐蚀技术是保证管道运输正常进行的重 要措施。因此，必须加强用于外防腐涂层和内涂层的 新材料开发，以及新设备、新技术的研究，以满足天然 气管道建设的要求。及时总结管道防腐技术的应用 状况，对于掌握国内外先进技术，指导实际应用有着 重要的意义。 参考文献 [ 1 ]王朝晖，李旭光．管道阴极保护的探讨．管道技术与设备， 2 0 0 4 1 3 5 3 8 ． [ 2 ]牛雁坡．石油运输管道腐蚀原因和腐蚀速率预测研究．管 道技术与设备，2 0 1 1 5 4 5 4 7 ． [ 3 ] 刘慧芳，张鹏，周俊杰，等．油气管道内腐蚀检测技术的现 状与发展趋势．管道技术与设备，2 0 0 8 5 4 6 4 8 ． [ 4 ]廖字平，李志勇．长输管道外防腐层的应用与存在的问 题．油气储运，2 0 0 5 ，2 4 4 3 6 ～3 9 ． [ 5 ]胡士信．国内管道防腐层技术现状及差距．防腐保温技 术，2 0 0 5 ，1 3 1 1 6 ． [ 6 ] 李远利．管道防腐涂层新发展．涂料工业，2 0 0 7 ，3 7 2 5 5 5 7 ． [ 7 ]李金梅，油田管道防腐技术．防腐保温技术，2 0 0 6 ，1 4 2 1 7 1 8 ． [ 8 ] 韩文礼，林竹，申强，等．管道涂层防腐技术的现状与展 望．石油工程建设，2 0 0 3 ，2 9 2 1 3 ． [ 9 ]张月静，刘伟，李彤民．管道防腐保温技术综述．腐蚀与防 护，2 0 0 1 ，1 4 2 3 4 3 8 ． [ 1 0 ] 刘凯，马丽敏，陈志东，等．埋地管道的腐蚀与防护综述． 管道技术与设备，2 0 0 7 4 3 6 3 8 ． [ 11 ]原国强，赵经涛．浅谈埋地燃气管道的腐蚀原因及解决 途径．应用能源技术，2 0 0 2 ，8 6 2 3 2 4 ． [ 1 2 ] 蔡培培，滕延平，罗鹏，等．应用阴极保护电流密度评价 阴极保护的有效性．管道技术与设备，2 0 1 1 4 4 0 4 2 ． [ 1 3 ]谢健．长输管道防腐层大修材料的选择与探讨．天然气 与石油，2 0 0 2 ，2 0 2 5 0 5 2 ． [ 1 4 ] 倪瑛，邵守彬，于建军．防腐与检测技术在油田中的应 用．油气田地面工程，2 0 0 7 ，2 6 1 0 3 9 4 2 ． [ 1 5 ] 顾善多，刘立新，白广臣，等．埋地钢质管道腐蚀防护系 统的完整性评价方法的研究．管道技术与设备，2 0 1 1 5 4 2 4 4 ． 作者简介孙鹏然 1 9 8 7 一 ，大学本科，研究方向为管道工艺与 运营。 上接第3 7 页 表1 外腐蚀缺陷修复方法汇总 由于工艺暂不具备停输条件，抢修人员采取先应 急临时修复，再断管换管的方案进行修复。其中，临 时应急修复措施采用改良针孔式堵漏夹具，外加链 卡，夹具内壁加装耐油耐压橡胶，以缓冲金属箍板对 强腐蚀管壁的压力，避免修复过程中管体的二次损 伤，修复过程中设备操作灵活，在短时间内完成漏点 堵漏处理。 6 结束语 目前，管道行业正处于发展期，管道腐蚀已经成 为造成管道缺陷或泄漏的重大原因之一，根据不同的 外腐蚀缺陷类型，结合现场条件，可采取相应不同的 修复方法对缺陷进行及时修复，避免更大的经济损 失。 参考文献 [ 1 ] 袁方．成品油管道输送的优势及发展．石油库与加油站， 2 0 0 6 1 5 3 7 ． [ 2 ] 彭星煜，张鹏，陈利琼，等．天然气管道外腐蚀失效维抢修 流程．石油化工腐蚀与防护，2 0 0 7 2 4 5 0 - 5 1 ． [ 3 ] Q ／S YG D 0 1 9 2 - - 2 0 0 9 油气钢质管道管体缺陷修复规 范． [ 4 ]姜世强，韩兴平．在役长输管道腐蚀后修复技术研究 [ E B ／O L ] ．[ 2 0 1 1 0 3 2 2 ] ．h n p ／／w e n k u ．b a i d u ．c o r n ／ v i e w ／d 5 c b d 0 2 9 4 b 7 3 f 2 4 2 3 3 6 c 5 f l x l ．h t m l ． 作者简介余国健 1 9 8 2 一 ，工程师，从事管道维抢修技术管理 工作。 万方数据