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1、 天然气管道从天然气供应场所到其使用地方，经过各种各样复杂的地形，管道所处环境千变万化，且天然气中往往含有硫化氢、二氧化碳等酸性气体，它们对天然气管道造成腐蚀威胁，影响天然气管道的平安运行，因此天然气管道在运营中必须实施防腐蚀保护。目前对天然气管道进行防腐蚀保护的方法主要有绝缘层防腐方法和阴极保护两种方法。使用绝缘层防腐蚀方法时，因根据管道特点和管道所处地形地貌选择不同类型的防腐绝缘层；阴极保护又分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护，根据长输天然气管道的特点适宜用外加电流阴极保护，根据相关规定保护一般电位应该在-8.50V 至-1.20V 之间，特殊地区除外。尽管天然气管道腐蚀防护方法有两种
2、，但这两种方法必须同时实施达到“联合保护”的作用才能高效的防护天然气管道的腐蚀。石油天然气管道从油气供应点到油气使用场所，经过各种各样复杂的地形，管道所处环境千变万化，输送介质中往往含有 H2S、CO2 等酸性腐蚀介质，它们溶于管道中的水形成酸，与管道内壁发生电化学反应，同时管道外壁与土壤还可能发生土壤腐蚀，这给输气管道的安全运行造成威胁，一旦发生腐蚀穿孔还将产生巨大的财产损失和人员伤亡，例如：1971 年 5 月 20 日深夜，我国四川威成输气管道的越溪段，正常运行中管线突然爆管，该管道为630mm8mm，工作压力为 2.1Mpa，爆炸中，气流将管子沿焊缝平行方向撕裂，重达 201Kg 的管
3、子碎片飞出 151m 远，气流冲断 10m 外的输电线导致起火，使 50m 以外的两栋宿舍着火，伤 26 人，死亡 4 人，停输两天，抢修后换上新管段，运行 7 个多月后，1972 年 1 月 13 日，同一部位第二次爆管，经查明以上两次爆管均有严重的内腐蚀引起，腐蚀速度达到了 2.6-10.4mm/a，这是由于投产一年后，沿线接入了含 H2S 天然气；1995 年 7 月 29 日，横贯加拿大管道公司的一条 1067mm 天然气管道在 Rapid 市附近破裂起火，50 多分钟后据爆破口 7m 远的另一条 914mm 气管也爆裂着火，两条管道分别停输了 15 天、4 天，后来查明第一条管道是外
4、部腐蚀裂纹引起的延性断裂，后一事故是因火灾没有及时扑灭引发的次生灾害；2000 年 8 月，美国新墨西哥州卡尔斯巴市 El Paso公司的一条天然气管线突然爆炸，造成 12 人死亡。事故调查报告显示，造成此次爆炸的直接原因是管线内壁长期受到腐蚀，管壁变薄所致，因此对天然气管道进行防腐蚀保护是很有必要的.当管道埋设通过结构不同和潮湿程度不同的土壤时（如通过砂土时） ，由于充气不均形成氧浓差电池的腐蚀，处在砂土中的金属部分，由于氧容易渗入，电位高，成为阴极，而处在粘土中的金属部分，由于缺氧，成为阳极，它们之间构成氧浓差电池，而使粘土中的金属部分遭到腐蚀，同样，埋在地下的管道（特别是水平埋放直径较大
5、的管子） ，由于各处深度不同，也会构成氧浓差电池，埋得较深的地方（如在管子的下部） ，由于氧到达困难，便成为阳极区，腐蚀就往往是发生在这个区域。必须注意的是：如果仅仅是微电池作用引起的腐蚀其结论则与上述情况完全相反，在粘土中，由于氧进入较为困难，氧去极化过程较难，所以腐蚀也就较慢，而在土壤中，氧容易渗入，氧去极化过程容易，所以腐蚀就较快。杂散电流是一种漏电现象，在土壤的腐蚀中，防止它引起的腐蚀有很大的实际意义，杂散电流是由直流电源（如电气火车，有轨电车，电焊机，点解槽，电化学保护等）设备漏失出来的电流，一些地下设备，地下管道，电缆和混凝土的钢筋等都容易因这种杂散电流引起腐蚀，直流电往往从路轨漏
6、到地下，进入地下管道某处，再从管道的另一处流出而回到路轨，杂散电流从管道流出的地方，成为腐蚀电池的阳极区，腐蚀破坏就发生在这个地方，如下图所示，金属的损失量与流过的杂散电流的电量成正比，符合法拉第定律，经计算：一安培电流流过一年就相当于约九公斤的铁发生电化学腐蚀而被溶解掉了，可见杂散电流引起的腐蚀。对于腐蚀有作用的细菌不多，其中最重要的是硫杆菌和硫酸盐还原菌（厌氧菌） 。硫杆菌有排硫杆菌和氧化硫杆菌两种，这种细菌最适宜存在的温度为25-30 度，当温度高到 55 度以上时，就无法生存，在地下管道附近，由于污物发酵结果产生硫代硫酸盐，排硫杆菌就在其上大量繁殖，产生元素硫，紧接着，氧化硫杆菌将元素
7、硫氧化成硫酸，造成对金属的严重腐蚀。 （2）硫酸盐还原菌（厌氧菌） 如果土壤中非常缺氧，而且又不存在氧浓差电池及杂散电流等腐蚀大电池时，腐蚀过程是很难进行的，但是，对于含有硫酸盐的土壤，如果有硫酸盐还原菌存在，腐蚀不但能顺利进行，而且更加严重，主要是由于生物的催化作用，使腐蚀过程的阴极去极化反应得以进行，从而大大加速了腐蚀。 细菌腐蚀并非它本身对金属的侵蚀作用，而是细菌生命活动的结构间接地对金属腐蚀的电化学过程产生影响，主要以下述四种发生影响腐蚀过程：新城代谢产物的腐蚀作用细菌能产生某些具有腐蚀性的代谢产物，如硫酸，有机酸和硫化物等；生命活动影响电极反应的动力学过程；改变金属所处环境的状况；破
8、坏金属表面有保护性的非金属覆盖层或缓蚀剂的稳定性。在实际应用中，一种涂层往往不能很好的起到保护金属的作用，或不能同时满足防腐、耐候、美观等使用要求，因此大多在金属表面涂覆几种涂层，以组成一个整体系统共同发挥功效，这一涂层体系包括底漆，中间层，面漆，每层按需要分别涂刷一至数次，也有的仅是单层结构就同时满足了不同的使用要求，如粉末涂料。 在选择防腐层的时候防腐涂层应具备以下基本性能：有效的电绝缘性；有效的隔水屏障性；涂敷于管道的方法不会对管道性能产生不利影响；涂敷于管道上的涂层缺陷最少；与管道表面有良好的附着力；能防止针孔随时间发展；能抵抗装卸、储存和安装时的损伤；能有效地保持绝缘电阻随时间恒定不
9、变；抗剥离性能；抗化学介质破坏；补伤容易；物理性能保持能力强；对环境无毒；能防止地面储存和长距离运输过程不发生变化和降解3。 目前国内外适用于长输管道的防腐蚀涂层主要有煤焦油瓷漆、PE 二层结构、PE 三层结构、熔结环氧粉末(FBE)、双层熔结环氧粉末(双层 FBE)覆盖层等4。下面将各种防腐蚀材料的主要优缺点、国内外应用状况及评价简述如下:(1)煤焦油瓷漆具有绝缘性能好、吸水率低、耐细菌腐蚀和植物根茎穿透、国内材料充足及使用寿命长、价格低(约 5560 元/ m2) 等优点。主要缺点是机械强度较低,适宜温度范围窄,低温易变脆,生产施工过程中可能会逸出有毒气体,需要严格的烟雾处理措施。国外使用
10、已有 70 多年历史,近年来因受环保的限制逐渐被其他覆盖层代替。我国已研制出达到国际标准的煤焦油瓷漆产品,分 3 种型号,以适应不同的温度需要。(2) PE 两层结构 具有绝缘性能好、吸水率低、机械强度高、坚韧耐磨、耐酸碱盐和细菌腐蚀、耐温度变化、国内材料充足等优点,价格较低(约 6065 元/ m2 ) 。缺点是耐紫外线性能差,阳光下过久暴露易老化,与钢管表面结合力较差,抗阴极剥离性能差。PE 层的静电屏蔽作用不利于外加电流阴极保护。国外采用聚乙烯防腐蚀有 40 多年历史,目前仍有一定的使用量,其中,在中小管径上的用量占第一位,中等管径应用上仅次于熔结环氧粉末。国内 1985 年后广泛应用,
11、到目前为止油田和各地中小管径采用此种覆盖层的防腐蚀管道已超过上万公里。(3) PE 三层结构 PE 三层结构防腐蚀层结合了高密度聚乙烯包覆、熔结环氧粉末的优点。它利用环氧粉末与钢管表面牢固结合,利用高密度聚乙烯耐机械损伤,两层之间特殊的胶层使三者形成分子键结合的复合结构,实现防蚀性能、机械性能的良好结合,是目前我国大型管道工程首选的涂层。PE 三层结构防腐蚀层从 1995 年在库鄯线、陕京线应用以来,防蚀效果很好。但有人认为:PE三层结构覆盖层破损后,容易形成静电屏蔽,阴极保护作用不能良好发挥。目前我国对此观点尚未重视。PE 三层结构防腐蚀层造价相对较高(约 100 元/ m2) ,是其缺点之
12、一。(4) 熔结环氧粉末(FBE)具有与钢管表面结合牢固、绝缘性能好、机械强度高、耐温度变化、耐化学腐蚀等优点,可适用于各种恶劣自然环境。主要缺点是耐紫外线性能差;由于覆盖层较薄(0.350. 50 mm) ,耐划伤和磕碰性能较厚覆盖层要差。国外从 20 世纪 60 年代开始应用于管道防腐蚀,发展很快,是目前国际管道防腐蚀上采用量最多的覆盖层。价格约在 6570 元/ m2。(5) 双层熔结环氧粉末（双层 FBE）与 PE 三层结构类似,具有和 PE 三层相同的综合性能,机械性能尤其高,补口也用双层 FBE ,相容性好,覆盖层表面光滑。另外可避免阴极屏蔽问题。根据提供极化电流的方法不同，阴极保
13、护可以分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种，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对被保护金属构成保护的方法，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” 。外加电流阴极保护是利用外部直流电源对被保护体提供阴极极化，实现对被保护体的保护方法。外部电源的负极与被保护体相连，正极接辅助阳极，辅助阳极的作用是为了构成阴极保护完整的回路保护电位，是指通过阴极保护金属使金属结构达到完全保护或者有效保护所需达到的电位值，保护电位有时是个电位区间，人们习惯上将为达到阴极保护所诸极
14、化电位中的最正的电位称为最小保护电位，而将最负的电位称作最大保护电位。如果被保护结构的电位太负，超过最大保护电位，不仅会造成电能的浪费，而且还可能由于被保护结构表面析出氢气，造成表面涂层严重剥落或导致金属氢脆，即出现过保护的情况，美国腐蚀工程师协会（NACE）在埋地和水下金属管道外部腐蚀控制推荐规范RP-01-69(1983)的标准中，对阴极保护准则做出了某些规定，对于天然水和土壤中的钢和铸铁构筑物，规定保护电位至少因为-0.85V（相对于饱和 Cu/CuSO4 参比电极，即 SCSE） ，最大保护电位则根据环境而定，对于天然气管道而言一般应为-1.3V（相对于饱和Cu/CuSO4 参比电极，
15、即 SCSE）针对埋地天然气管道的腐蚀防护，只单独采用涂层外防腐和阴极保护两种方法中的任意一种是不行的，因为如果对气管道进行阴极保护不加防腐层或防腐层质量较差，这样做就会增加耗电量而不经济；如果只采用防腐层不加阴极保护，由于防腐层不可能绝对完好无损，一旦防腐层上有针孔或破损，就会形成大阴极、小阳极（针孔或破损部分）的腐蚀电池。腐蚀将会集中在破损或针孔处，其腐蚀速度比裸露管道的腐蚀速度还要大，从而导致管道在较短的时间内穿孔，显然只采用防腐层而不施加阴极保护显然不行的。因此天然气管道的腐蚀防护大都采用阴极保护与防腐层相结合的方法，这种方法被称为管道的“联合保护” ，是当今世界上公认的管道防腐措施。
