浅谈长输天然气管道的腐蚀与防护

学术论文 2017-11-24 11:53:10
  目前天然气管道防腐保护的方法主要有绝缘层防腐和阴极保护两种方法。绝缘层防腐分为管道内壁绝缘层防腐和管道外壁绝缘层防腐;阴极保护又分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。天然气管道腐蚀防护两种方法同时应用才能高效的防护天然气管道的腐蚀。 
  一、腐蚀对天然气管道的危害 
  天然气中含有的H2S、CO2等酸性腐蚀介质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发生土壤腐蚀,对输气管道的安全运行造成严重威胁,管道防腐不及时易发生腐蚀穿孔,造成天然气泄露着火、爆炸的危害。 
  二、天然气管道的腐蚀特点 
  (一)天然气管道的内腐蚀 
  天然气管道输送的介质中含有H2S、CO2溶于水,生成酸,钢制管道在酸中发生电化学反应腐蚀,在阳极区铁被氧化为Fe2+离子,所放出的电子自阳极(Fe)流至钢中的阴极(Fe3C)上被H+吸收而被还原成氢气,即 
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  (二)天然气管道的外腐蚀 
  1、土壤引起的腐蚀。管道外腐蚀与土壤有着密切的关系,土壤是无机的和有机的胶质混合颗粒的集合,土壤中含有水分和空气,盐类溶解在这些水中,土壤就成了电解质,土壤的导电性与土壤的干湿程度及含盐量有关。土壤中的氧含量与土壤的湿度和结构都有密切的关系,湿度不同和结构不同的土壤中,氧量不均匀,造成氧浓差电池腐蚀管道。土壤的酸碱性、土壤中的微生物对金属的腐蚀也有很大的影响。2、杂散电流引起的腐蚀。杂散电流是一种漏电现象,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,直流电往往从路轨漏到地下,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。 
  三、天然气埋地钢管的防腐方法 
  (一)绝缘层防护法 
  绝缘层防护法有三方面的作用:1、屏蔽腐蚀介质的作用。2、钝化缓释作用。3、电化学保护作用。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;与管道表面有良好的附着力;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。 
  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。下面主要对PE三层结构、熔结环氧粉末(FBE)、双层熔结环氧粉末(双层FBE)覆盖层简述如下:1、三层PE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。是目前我国大型管道工程首选的涂层。2、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,耐划伤和磕碰性能差。3、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。 
  (二)阴极保护的两种方法 
  阴极保护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,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。 
  通常情况下,对无电源、介质电阻率低、条件变化不大、所需保护电流较小的小型系统,宜选用牺牲阳极保护;相反,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,因此长输天然气管道适宜用外加电流阴极保护。 
  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,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,即SCSE)。 
  四、结语 
  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。 
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