关于外腐技术在天然气管道中的应用

关于外腐技术在天然气管道中的应用

沈仲和

沈仲和（江苏省特种设备安全监督检验研究院常熟分院）

中图分类号：TE973TE988.2文献标识码：A文章编号：1673-0992（2011）02-0109-01

摘要：下文阐述了埋地管道外腐蚀原因及类型，并介绍了涂料防腐蚀、阴极保护和阳极保护在埋地管道外防腐蚀中的综合应用。

关键词：天然气管道；防腐蚀；杂散电流；应用分析

1管道外防腐蚀的重要性

腐蚀是指金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解而产生的破坏。金属要发生腐蚀必须有外部介质的作用，而且这种作用是发生在金属与介质的相界上。它不包括因单纯机械作用引起的金属磨损破坏。从热力学观点看，绝大多数金属都具有与周围介质发生作用而转入氧化状态的倾向。因此，金属发生腐蚀是一种自然趋势，且到处可见。例如金属构件在大气中因腐蚀而生锈;埋于地下的金属管道因腐蚀发生穿孔等等。

2腐蚀原因及分析

2.1化学腐蚀

是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。也就是说金属直接和介质接触引起的金属离子的溶解过程，在金属表面均匀发生，腐蚀速度缓慢。化学腐蚀是全面的腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管壁的厚度是均匀减少的。

2.2电化学腐蚀

是指金属表面与离子导电的介质(电解质溶液)发生电化学作用而产生的破坏。也就是金属和电解质组成原电池所发生的金属电解过程。金属与电解质之间存在一个带电的界面，与此界面有关的因素都会影响腐蚀过程的进行。其实质是浸在电解质溶液中的金属表面上形成了以金属为阳极的腐蚀电池。包括异金属接触产生的腐蚀原电池、钢管本身成分含量复杂产生的原电池、氧浓差产生腐蚀原电池、盐浓差腐蚀原电池和直流杂散电流腐蚀、交流杂散电流腐蚀。土壤中埋地钢管受到的电化学腐蚀的强弱程度，与土壤的腐蚀性即土壤的电阻率有关。土壤的电阻率可通过一定的方法测定出来，依照其值的大小可以划分土壤的腐蚀等级。

3外腐蚀防护方法

3.1外防腐涂层

外输管道外防腐层选择是否合理，直接关系到管道的使用寿命，因此在管道防腐层的筛选时应着眼于长远的经济效益，根据管线沿线的自然条件和土壤地质等情况，选用防腐性能较好、最适应当地地质条件的防腐层。管道外防腐涂层的选择原则，按照有关规范要求，长输埋地管道外防腐层一般应具备下列特性:①有良好的绝缘性;②有良好的稳定性;③有足够的机械强度;④与管道有良好的粘接性;⑤易于现场补口补伤;⑥抗植物根系穿透;⑦外观光滑平整与土壤摩擦系数小，可减少外部阻力;⑧能机械化连续生产，满足工程建设需要。

3.2阴极保护

阴极保护法有强制电流和牺牲阳极两种保护方法。强制电流是国内长输管道保护的主要形式，通过向被保护管道输入直流电流，使其阴极化从而达到阴极保护的目的。这种保护方法输出的电流连续可调、保护范围大、工程越大相对投资比例越小且不受土壤电阻率限制。不足的是对邻近金属构筑物造成干扰，外部电源维护管理工作量大。牺牲阳极其保护原理与外加电流阴极保护一样，都是利用阴极极化来减缓金属腐蚀，一个是依靠外加直流，电源提供电流进行极化，牺牲阳极则是借助阳极与被保护金属之间有较大电位差从而产生电流来达到阴极极化的目的。

3.2.1阴极保护站的设置

阴极保护系统构成主要包括:阴极保护站，特殊管段的保护，阴极保护测试及数据传输设施;阴极保护的电绝缘及电连续性跨接等。

由于防腐层的类型和质量直接关系到阴极保护电流密度和保护范围的大小，苏州至张家港输气工程管道防腐层性能和质量都比较优异，通常需要的保护电流较小。本工程阴极保护主要设计参数如下:①最小保护电位:-0.85V(相对于Cu/CuSO4参比电极);②管线电阻率:0.166Ω·mm/m2;③最大保护电位:-1.15V(相对于Cu/CuSO4参比电极);④保护电流密度:10μA/m2，阴极保护采用强制电流阴极保护，本外输管道设2座阴极保护站。当管线保护电流密度超过5μA/m2时，需要在中间的截断阀室增设一座阴极保护站。

3.2.2管线阴极保护站的构成

阴极保护站由供电系统、阴极保护间、变压整流器(通常为恒电位仪)、控制台、连接电缆、阳极地床、埋地Cu/CuSO4参比电极以及测试设施等构成。

恒电位仪或变压整流器是阴极保护的极化电源装置，它将外来的交流电经变压整流后形成直流电，它的正极接辅助阳极地床，负极接管道，使管道达到适当的阴极极化要求，正极与负极通过阳极地床、大地、管道及其连接导线形成回路。

控制台，它是控制多台恒电位仪的设备，由于本工程每座阴极保护站都配有两台恒电位仪，一台工作，一台备用。两台恒电位仪都与控制台连接，当工作状态的恒电位仪出现故障不能正常运行时，控制台可实现它们间的自动切换。

辅助阳极地床是阴极保护站重要的辅助设施，阴极保护电流主阳极地床发出后，经过土壤介质的传递到达管道表面，对管道进行极化，管道与阳极间形成阴、阳极回路的对应主体。常用的辅助阳极有石墨阳极、高硅铸铁阳极、钢铁阳极、金属氧化物阳极等。鉴于高硅铸铁阳极具有较好的耐蚀性，使用寿命长，材料价格适中，松南采气厂选用高硅铸铁为辅助阳极地床首选材料。

参比电极是恒电位仪工作的基准信号源，是强制电流阴极保护必不可少的组件;本工程采用硫酸铜参比电极。

连接电缆的功能是将上述各部分组件，按照技术要求连接成完整的保护系统。

3.2.3阴极保护测试

为监测全线的保护效果，测试阴极保护参数，管道沿线应设置阴极保护测试桩。全线每隔1km设置1个电位测试桩;每隔10km设置1个电流测试桩，同时阴极保护测试桩与管线里程桩可联合共用。

3.2.4特殊地段临时保护

若施工周期较长，管道下沟回填后，而外加电流阴极保护系统不能在半年内即投入运行时，为防止已埋地管道被腐蚀，对于土壤电阻率低于20Ω·m的地段以及处于沼泽、河流等地段的管线，将采用牺牲阳极作为临时性保护措施，临时保护选用镁阳极。

3.2.5电绝缘及电连续性跨接

为了防止阴极保护电流流失，要求在各工艺站场进口、出口处安装绝缘接头，各个截断阀室前后安装绝缘法兰或绝缘接头。所有安装的绝缘设备都使用锌接地电池进行保护。为确保阴极保护管道的电连续性，在各中间工艺站场进口及出口的绝缘接头保护外侧用电缆进行跨接，使得阴极保护电流保持连续。

4站场管道的防腐

对站内地上管线和容器设备，选择附着力好、耐候性好的外防腐层。根据实际应用效果，可选择环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+丙烯酸聚氨酯的配套防腐结构。

对于埋地管线，常用无溶剂型液体环氧、TO树脂、增强纤维防腐胶带及环氧煤沥青。四种防腐材料均具有耐化学介质浸蚀性好、稳定性好、适合于现场施工的优点。性能最好的是无溶剂型液体环氧，其各项指标与环氧粉末相当，具有与钢管表面结合牢固，耐磨、抗冲击，绝缘性能好，耐温度变化，耐化学腐蚀等多种优点。

结合本工程的实际情况，为使站内埋地管线防腐安全可靠，埋地工艺管线采用无溶剂型液体环氧防腐。

5杂散电流及对策

土壤中的杂散电流也能引起钢管的腐蚀，杂散电流从地下钢管的一端流入，又从另一端流出，流入端成为阴极，流出端变为阳极，导致钢管腐蚀。杂散电流的强度与管道腐蚀量成正比，一般壁厚7～8mm钢管，在杂散电流作用下，4～5个月即可能发生腐蚀穿孔，其速度大大超过自然腐蚀，是造成管道腐蚀穿孔的主要原因。杂散电流的作用范围很大，影响可达几千米，主要是由外部电流源引起的。杂散电流腐蚀的发生又往往是随机而变的，因此杂散电流干扰又称为动态干扰。杂散电流可以通过管—地电位的偏移和地电位梯度来判断。如阴极保护系统及其它直流干扰附近的管道，当管道任意一点上管—地电位较自然电位正向偏移20mV时，或管道附近土壤中的电位梯度大于0.5mV/m时，确认为直流干扰;当管道任意一点上管—地电位较自然电位正向偏移100mV时，或管道附近土壤中的电位梯度大于2.5mV/m时，管道应及时采取直流排流保护或其它防护措施。