天然气输送管道的腐蚀与保护分析

摘要：天然气作为较清洁和绿色环保的能源类型，往往借助管道运输方式连接上游气田和天然气下游用户，保证天然气能从气田平稳安全运输到终端用户，保障社会民生和促进区域经济发展。通常情况下，天然气输送管材大多为钢管，腐蚀是钢材运输过程中必须解决的重要环境难题。腐蚀程度的大小，直接影响天然气管道的实际使用寿命，因此，本文对天然气管道腐蚀机理及其防护措施的探讨和研究，也就具备重要理论意义与现实价值。

关键词：天然气；输送管道；腐蚀；保护

随着经济的快速发展对能源需求的增加，天然气作为一种已经普遍化的资源，天然气的输送环节也非常重要。天然气管道通常埋地敷设，材质多为钢质，而天然气中所含的物质或是土壤中所含的微量元素等都可能对管道产生一定影响，进而影响天然气平稳输送。基于此，有必要对天然气管道防腐措施进行研究，以期延长管道使用寿命，提升天然气输送的安全性和稳定性。

1.天然气运输管道腐蚀概述

天然气管道的腐蚀是天然气运输金属管道与周边环境物质在化学反应或电化学作用下产生的一系列影响，最终导致金属管道受到破坏的整个过程，按照其反应原理，天然气管道腐蚀基本可分为化学作用腐蚀、电化学作用腐蚀和生物化学腐蚀三大类别。其中，以电化学腐蚀为例，电化学腐蚀是天然气管道运输过程中，金属管道电位失去平衡而导致微电流的局部形成，在富含电解质的溶液条件下，金属失去其阳离子后形成阳极，电位较高部分得到电子形成阴极，从而在电化学作用下使天然气运输管道遭到腐蚀破坏。

1.1腐蚀类型

（1）化学腐蚀：化学腐蚀主要发生在天然气输送管道与水源、空气、土壤等接触时，管道的金属材质与上述介质中的化学元素发生化学反应导致天然气输送管道厚度不断减小，通常情况下化学腐蚀发生比较均匀。（2）电化学腐蚀：电化学腐蚀现象通常发生在天然气输送管道内壁，发生原理主要是天然气中所含水分等使得长输管道内壁形成一层电解质溶液薄膜，而金属材质与周围环境共同作用发生原电池反应，破坏金属构造，失去电子变成离子，使管道内壁结果变得疏松多孔，且电化学腐蚀速度极快，因此危害性更高。（3）生化腐蚀：生化腐蚀主要由细菌（如细菌粪便）引起，直接损坏管道表面。

1.2腐蚀特点

（1）产生腐蚀原因类型多种多样。目前天然气企业对输气管道的保护越来越重视，但在实践中由于腐蚀因素很多，仍难以避免出现腐蚀问题，影响因素有二氧化碳、细菌、温度、时间等。在天然气输送的过程中，输送压力大，一旦保护不足就容易发生腐蚀现象，因此有必要有效了解各类腐蚀现象的原理，有针对性地优化管道腐蚀问题。（2）腐蚀问题突出。主要是由于缺乏处理相关问题的时效性和稳定高效的防腐工艺，一些企业注重管道的运输工作，但却忽略对管道进行必要的防腐保护，或是提供的管道的防护材料和防护方案与实际不符，最终影响管道的防护效果。

2.天然气输送管道发生腐蚀现象的因素

2.1大气因素

大气腐蚀通常指的是大气中所含的水分与管道接触所发生的腐蚀现象，在一些降水量较大的地区，空气比较潮湿，这类现象就更加明显，管道内空气中含水量高，金属表面会出现凝结现象，形成水膜，而一些酸性物质融入这层水膜，水膜发挥电解质作用，金属表面就会形成反应场，形成电化学腐蚀或化学腐蚀现象。

2.2土壤因素

天然气输送管道大多埋藏在地下，与土壤直接形成接触，而土壤具有多相性与不均匀性，由于结构复杂，与大气相比，腐蚀现象更容易发生。而因为土壤不同阶段的湿度、结构不同，如疏松多孔的土壤渗氧率更高，而氧气不均匀可能会造成不同地段的管道间具有氧浓度差，发生氧浓度差电池腐蚀。

2.3外部因素

在天然气输气管道设计和施工中，如果出现工艺问题，在后续应用过程中发生腐蚀现象的可能性会升高。根据调查结果显示，天然气输送管道腐蚀问题爆发需要一个相对长的积累过程，风险蕴藏在管道日常运行中，如果没有完善的监测系统，就无法深入了解管道的腐蚀状况，更无法及时作出处理。

2.4内部因素

影响管道运行稳定性的内部因素有很多，如温度与压力会影响内部运输天然气中的水蒸气，发生液化现象；再如，长输管道在与硫化氢和二氧化碳接触后会发生化学反应形成腐蚀，其腐蚀速度与内部气流速度密切相关，气流越大，腐蚀越快，气流越小，腐蚀越慢。同时压力与温度也与管道腐蚀情况有关联，两者呈正相关关系，即压力和温度越高，管道受腐蚀速度越快。

3.防止天然气输送管道出现腐蚀现象的策略与措施

3.1针对大气因素的防腐蚀处理

针对大气中的水分子可能对天然气输送管道造成的腐蚀可以先采取相应的除锈措施，然后在管道表面喷涂防锈漆，而对于大气中酸性物质引起的腐蚀，首先应清除锈迹，然后在管道表面进行防锈漆的喷刷，同时涂刷防锈漆后采取一系列措施防止出现再度腐蚀，如在长输管道表面缠绕玻璃布。

缓蚀剂，顾名思义是一种有效减缓金属腐蚀现象的制剂，它可以恢复管道表面的能量平衡，最终减缓腐蚀。使用缓蚀剂后，天然气输送管道的表面会覆盖一层疏水保护膜，阻隔金属失去电子，而因此无法触发原电池反应，进而避免了电化学腐蚀，极大地保护了管道正常运行。

3.2针对土壤因素的防腐蚀处理

土壤成分复杂，因此而发生作用产生的管道腐蚀也比较复杂，在对土壤因素造成的天然气输送管道的腐蚀防治策略中也因具体问题具体分析，重点问题重点关注，对于腐蚀环境较为严重的地区应采用脱水法，但该方法工程量大，操作复杂，经济成本高，仅适用于有特殊要求的地段，不适用于整个管道施工。最常用的天然气管道地面防腐措施主要有电气保护和室外防腐，各种材料如沥青、水泥砂、环氧粉末、塑料防腐保温等。其中，沥青是应用最广泛、使用最频繁的材料，虽然塑料防腐保温效果稳定，但其成本相对较高，使用次数非常少。

电保护方法可分为排流保护法、牺牲阳极法和外阴极法，其中，排流保护法仍分直排流、极性排流以及强制排流，极性排流借助二极管有效排除杂散电流影响，因操作简便、成本较低而受广泛应用。牺牲阳极法多见于城市，其借助阳极与金属管道间的巨大电位差实现保护，该方法可持续性强，一般可达20年以上。外阴极法避免了传统涂层保护可能在使用过程中出现破裂的弊端，能够使管道得到长期稳定的防护，且操作方法简便，成本较低。

3.3针对外部因素的防腐蚀处理

外部因素多种多样，很难做到所有可能性一一排除，因此就要从管道本身入手，例如，改进管道材质。由于天然气输送管道铺设于地下，周围环境复杂多样，土壤结构、形状，土壤中的微量元素等都有可能对管道产生腐蚀作用，使得材料装设结果大打折扣。因此，选用材质更加坚硬的钢材对管道进行建造，并结合防腐技术更新钢材防腐成分，增加防腐的效果，如镍合金，可以更好发挥延长管道的使用年限的作用。

3.4针对内部因素的防腐蚀处理

针对内部因素的防腐蚀处理，首先要考虑天然气本身，沟通天然气输送管道内部，降低因天然气中所含水蒸气使管道内壁发生腐蚀反应的可能性时，可以考虑在管道中适当添加化学制剂，清理管道内壁环境，或使用介质净化灯。在天然气正式开始输送前进行介质净化，从源头对介质的腐蚀问题进行解决。如利用相关装置清除天然气中可能存在的硫化物、二氧化碳等杂质，也就进一步降低了因天然气杂质引起的腐蚀现象发生概率。

4.结语

天然气企业为降低损失，保证天然气的长期稳定输送，需要重视天然气长输管道防腐问题，首先应充分认识到进行防腐工作的必要性，切忌因小失大；其次是要在具体的施工工作中落实，明确管道安装的技术规范，对管道质量进行严格把控，采取先进防腐技术提升管道防腐能力；同时，相关技术人员要从实践中总结造成管道腐蚀的原因，合理借鉴国外经验，积极研发技术，实现管道运输安全。