天然气管道防腐问题及措施研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 04 日 作者简介：李虎（1990），男，汉族，山西晋中人，本科学历，中级工程师，研究方向为天然气管道建设。-75-天然气管道防腐问题及措施研究 李 虎 中国石油化工股份有限公司天然气分公司广西天然气销售中心，广西 南宁 530000 摘要：摘要：为探究天然气管道的防腐问题及相关措施，通过介绍天然气管道面临的腐蚀风险及现有防腐技术，分析影响管道腐蚀的主要因素，提出具有综合性的防腐策略。为防止腐蚀，可采取合理选择材料、表面处理、涂层保护、控制环境湿度、优化阴极保护系统等措施，以显著提高天然气管道的抗腐蚀性能，延长其使用寿命，并确保天然气的安全传输，这为提升天然气管道的安全性和可靠性提供了重要参考。关键词：关键词：天然气管道；外防腐；问题及措施 中图分类号：中图分类号：TE98 0 引言 天然气管道作为现代能源输送的重要组成部分，其安全性和持久性对于保障能源供应、维护经济社会稳定具有重要意义。然而，天然气管道在运行过程中面临着多种复杂的腐蚀问题，这不仅降低了管道的使用寿命，还会引发安全事故。因此，开展天然气管道防腐问题及措施的研究至关重要，本研究将系统分析天然气管道的腐蚀成因，并探讨有效的防护措施，以期为提升管道的安全性和使用寿命提供科学依据。1 天然气管道外壁腐蚀原因分析 1.1 电化学腐蚀影响 在天然气管道中，金属管道与周围环境中的电解质溶液接触，形成了原电池。由于金属管道的电位不同，部分管道区域失去电子形成阳极，而部分区域获得电子形成阴极。这种电化学作用会导致金属管道的腐蚀和损坏。电化学腐蚀的影响主要表现在以下几个方面：一是腐蚀速率增加，电化学腐蚀会加速管道外壁的腐蚀速率，导致管道外壁厚度减小，进而影响管道的安全使用。二是腐蚀形态不均匀，电化学腐蚀会导致管道外壁的腐蚀形态不均匀，出现局部腐蚀、点蚀等现象，进一步加剧管道的损坏。三是降低管道寿命，电化学腐蚀会缩短管道的使用寿命，增加管道的维修和更换成本，影响管道正常运行。1.2 风吹日晒影响 风吹日晒是影响天然气管道外防腐的重要因素，长期暴露在自然环境中，天然气管道不仅受到风力的冲击，还会受到太阳紫外线的照射，对管道的外防腐层造成损害。强风会导致管道周围的土壤松动，甚至吹走防腐涂层上的保护层，暴露出金属表面。这不仅加速了金属的氧化反应，还会使管道受到机械损伤。风力中夹带沙尘、颗粒物等杂质，杂质在管道表面沉积，破坏涂层的完整性，增加金属与外界环境的接触。再者，太阳紫外线的照射也是管道外防腐层老化的主要因素，紫外线具有高能量，能够破坏涂层中的化学键，使其逐渐降解、失去弹性。长时间的紫外线照射会导致涂层开裂、剥落，从而失去对金属的保护作用。金属暴露在阳光下，还会发生热膨胀和冷缩，这种热应力也会加速涂层的老化和损坏。2 天然气管道外防腐面临的问题分析 2.1 土壤环境腐蚀性 不同的土壤类型和条件会对管道造成不同程度的腐蚀，影响管道的安全运行和使用寿命。土壤中的水分是引发腐蚀的主要因素，当水分与土壤中的电解质相互作用时，会形成导电溶液，加速电化学腐蚀的过程，特别是在湿度较高的地区，土壤中的水分含量更高，对管道的腐蚀速率也会更快。土壤中的氧气也是导致腐蚀的重要原因，氧气参与了金属表面的氧化反应，破坏了金属的保护层，加速了腐蚀的进程。不同类型的土壤中含氧量不同，因此对管道的腐蚀程度也会有所差异。此外，土壤中的微生物和化学物质也会对管道产生腐蚀性影响。且部分微生物能够产生酸性物质，破坏管道的金属结构，而部分化学物质如硫酸盐还原菌等，会与金属发生化学反应，导致管道的腐蚀。中国科技期刊数据库 工业 A-76-2.2 温度与湿度变化 温度与湿度这两个环境因素的变化会引发一系列化学和物理反应，加速管道的腐蚀进程。温度变化会对管道造成热应力，当温度升高时，管道会扩张，而温度降低时，管道会收缩。这种反复的扩张和收缩会导致管道材料疲劳，并逐渐破坏其结构完整性，从而增加管道发生腐蚀的风险。特别是在极端温度条件下昼夜温差大，热应力影响更为显著。湿度变化也会对管道的外防腐性能产生影响。高湿度环境下，水分容易在管道表面形成水膜，溶解土壤中的电解质，形成导电溶液。这不仅加速了电化学腐蚀的过程，还将会引发其他化学反应，导致涂层材料的降解和失效。而在低湿度环境中，水分蒸发会导致涂层失去水分，使其变得脆弱易损，同样影响其对管道的保护作用。2.3 物理损伤 物理损伤通常由于管道在运输、安装、使用和维护过程中受到机械力、撞击或刮擦等外部因素导致。物理损伤对管道外防腐层的破坏是直接的，例如，在安装过程中，如果管道与硬物发生碰撞，将会导致防腐涂层出现裂纹、剥落甚至完全破损，暴露出金属表面。这不仅加速了金属的腐蚀速率，还会引发其他安全隐患。此外，物理损伤还会改变管道表面的微观结构，增加金属与外界环境的接触面积，从而加速电化学腐蚀的过程。2.4 防腐涂层质量 涂层存在质量问题，将导致金属管道暴露在腐蚀环境中，从而加速管道的腐蚀速率，甚至引发泄漏等安全隐患。常见的防腐涂层质量问题包如层厚度不均、附着力差、存在气泡或针孔等。此类问题主要是因涂层材料的质量不佳、施工工艺不当或涂层老化等原因造成的。涂层厚度不均会导致部分区域防护性能不足，使金属表面暴露在外界环境中，易受腐蚀介质侵蚀。附着力差则会导致涂层在使用过程中剥落或开裂，失去对金属的保护作用，气泡和针孔的存在会为腐蚀介质提供渗透通道，破坏涂层的完整性。2.5 阴极保护系统问题 阴极保护系统的设计不合理或者施工不当，将导致电流在管道上的分布不均匀。一部分区域会得到过多的电流，而另一部分区域则电流不足，导致部分管道仍处于腐蚀风险中。再者，如果阳极地床的位置不当或者数量不足，将导致阴极保护电流不足，影响保护效果。阳极地床本身也会受到土壤环境的腐蚀，需要定期进行检查和更换。阴极保护系统的电源和控制系统也会出现问题，例如，电源故障、电缆老化或连接不良等，将导致阴极保护系统失效，而控制系统失灵将会导致电流过大或过小，对管道造成损害。此外，当电流在电路中发生变化时，会产生磁场，磁场将影响周围电路，从而导致在其他部分产生杂散电流。例如，当一个电流通过一个线圈时，会产生一个磁场，如果附近有其他线圈，磁场就会影响到线圈，引起杂散电流产生。在高频电路中，电流会产生电磁波，当电磁波传播出去，从而引起周围电路中杂散电流，这种辐射可通过电缆或空气传播，对周围电路产生影响。3 天然气管道外防腐措施研究 3.1 加强土壤环境调查 加强土壤环境调查对于天然气管道外防腐工作至关重要，因为土壤是管道所处的环境，其特性直接影响着管道的腐蚀状况和使用寿命。通过深入的土壤环境调查，可以更准确地了解土壤的腐蚀性，从而采取更有针对性的防护措施。土壤的 pH 值是影响腐蚀速率的关键因素，强酸或强碱性的土壤都将加速管道的腐蚀。因此，调查土壤的 pH 分布非常重要。此外，土壤中电解质的含量，特别是硫酸盐、氯化物等，也是决定土壤腐蚀性的重要因素。除了化学性质，土壤的物理性质也不容忽视。例如，土壤的透气性、水分含量和温度都会影响腐蚀的速率，特别是水分，能够形成导电溶液，加速电化学腐蚀的过程。在进行土壤环境调查时，还需要考虑土壤中的微生物活动，部分微生物能够产生酸性物质或与其他化学物质发生反应，从而影响管道的腐蚀状况。加强土壤环境调查不仅意味着要收集更多的数据，还需要对相关数据进行深入分析和解读。通过使用先进的统计和分析方法，可以更准确地预测管道的腐蚀速率和潜在风险，从而为管道的设计、选材和防护措施提供科学依据。3.2 安装温湿度监控设备 温湿度监控设备可实时监测温度和湿度的变化，及时发现异常情况，并采取相应措施进行调整，确保物品安全及保存效果。在安装温湿度监控设备时，需根据场所需求及设备性能，选择适合的温湿度监控设中国科技期刊数据库 工业 A-77-备。例如，对于需要长时间稳定运行的场所，可选择具有高精度和高稳定性设备，对于需要监测较大区域的场所，可选择具有大面积覆盖的设备。还应选择合适安装位置，确保设备能够准确监测到温度和湿度变化。一般来说，安装位置应该选择在物品存放区域中心或关键部位，以避免监测数据的偏差。在电源及网络连接时，确保设备具有稳定电源和网络连接，以便实时传输监测数据。同时，需要考虑设备功耗和网络带宽等因素，以确保设备正常运行。不仅如此，还应定期检查和维护温湿度监控设备，保证其使用效果。建立相应管理制度，明确设备使用和维护责任，避免因设备故障或操作不当导致的问题。3.3 减少物理损伤 在管道的运输、搬运和安装过程中，应使用适当的起重机械和搬运工具，确保管道不会受到撞击、刮擦或过度弯曲等机械力的损害。操作人员应接受相关培训，了解正确的操作方法，以避免任何可能导致物理损伤的疏忽。对管道周围的工作环境进行清理和平整，移除与管道接触的锐利物体、石块或其他潜在的危险因素，确保施工区域没有杂物堆放，以免对管道造成压迫或损伤。在管道安装过程中，选择适当的支撑和固定装置，确保管道能够稳定地放置在支架上，并避免任何移动或位移。此外，要注意管道与其他结构或设备之间的间距，防止相互碰撞或摩擦。定期检查和维护也是减少物理损伤的关键，定期对管道进行检查，及时发现并修复任何损伤或潜在的问题。对于已经受损的涂层，要及时进行修复或重新涂装，以恢复其防腐性能。此外，还要保持管道的清洁，定期清除积聚的污垢、沉积物或其他影响涂层完好性的物质。3.4 选择适当的防腐涂层 在选择适当的防腐涂层时，需考虑多个因素以确保其有效性并延长天然气管道的使用寿命。部分涂层通过隔绝金属与外界环境的接触来防止腐蚀，而其他涂层则采用化学方法抑制腐蚀过程，确保所选涂层能够适应管道所处的特定环境，并提供持久的保护。还应考虑涂层的适应性，不同的土壤、水分和温度条件都会影响涂层的性能。优质的涂层应该易于施工，无论是刷涂、喷涂还是其他方法，都能够在管道表面形成均匀、无缺陷的涂层。此外，涂层应具有良好的流动性和润湿性，以确保能够覆盖到所有的细微部分。涂层还应具备足够的硬度、韧性、耐磨性及弹性，银边能够适应管道的微小变形或移动，承受物理损伤，在选择防腐涂层时，应与专业的涂层供应商及顾问达成合作，获取最新技术、产品性能和应用案例的专业建议，以便做出最佳的选择。3.5 优化阴极保护系统 定期检查阴极保护系统的运行状态，使用专业仪器测量管道上的电位分布，确保其处于保护电位范围内。对于电位异常的区域，要及时进行原因调查并采取相应措施。对阳极地床进行优化设计，确保其数量、位置和深度都能满足管道的保护需求。同时，考虑土壤的电阻率和水分含量，选择合适的阳极材料。强化电源和控制系统的稳定性，使用高质量的电源设备，并定期对其进行维护和检修。对于控制系统，要确保其能够准确地监测和控制电流输出，避免过大或过小的电流对管道造成损害。还需加强与涂层系统的协同作用，阴极保护系统与防腐涂层两者相互补充，能够确保涂层系统的完好性，还能够减少阴极保护系统的负荷，提高其工作效率。定期检查和修复涂层系统中的损伤，保持其良好的防护性能。土壤的电化学性质会影响阴极保护系统的效果，定期测量土壤的 pH 值、电解质含量和微生物活动，以便及时调整阴极保护系统的参数。还应提高员工的专业技能和培训水平，确保操作和维护人员都能够了解阴极保护系统的工作原理和操作要求，通过培训和实践，使其能够熟练地进行系统调整和维护操作。此外，建立完善的文档记录和管理系统，记录阴极保护系统的设计、安装、调试和维护信息，这对于跟踪系统的性能、发现问题和进行改进都是非常有价值的。总之，优化阴极保护系统需要从多个方面入手，如定期检查、阳极地床设计、电源和控制系统的稳定性、与涂层系统的协同作用等。通过持续的努力和改进，以确保阴极保护系统始终处于最佳状态，为金属管道提供可靠的保护。4 结论 通过对天然气管道防腐问题的深入研究及相应措施的探讨，取得了一定的成果。本研究不仅增强了工作人员对管道腐蚀成因的认识，还提出了有效的防腐策略，为保障天然气管道的安全运行提供了有力支撑。中国科技期刊数据库 工业 A-78-然而，天然气管道的防腐仍然是一个长期、持续的过程，需要工作人员继续关注新技术、新材料的发展，不断完善和优化防护措施，推动天然气管道防腐技术的进步，确保能源的安全、高效传输。参考文献 1吴相,汪久虎.长输天然气管道防腐层及阴极保护技术中存在的问题及解决措施J.科技创新与应用,2021(11):155-157.2魏其龙.油田管道防腐层检测技术及管道维护的探讨J.中国石油和化工标准与质量,2023,43(15):37-39.3冀洁梅,何川,王文明.大埋深油气管道防腐层破损检测技术研究J.石油与天然气化工,2021,50(06):91-95.