邊威

（大慶油田有限責任公司天然氣分公司規(guī)劃設計研究所，黑龍江 大慶 163000）

經(jīng)過長時間的思考和現(xiàn)場考證發(fā)現(xiàn)，天然氣泄漏等事故的發(fā)生主要是因為天然氣管道的腐蝕產(chǎn)生的。為了天然氣能源能夠有一個安全光明的發(fā)展前景，相關部門已經(jīng)將管道安全提上日程，將天然氣管道的安全問題上升到一個前所未有的高度。因此運用高新技術來將產(chǎn)生的泄漏現(xiàn)象進行及時發(fā)現(xiàn)和有效修復并對整個管道線路有一個良好的監(jiān)控和保養(yǎng)，最大程度地降低泄漏事故的發(fā)生。

1 管道腐蝕產(chǎn)生類型分析

所謂腐蝕就是管道的金屬組織因接觸周圍的介質(zhì)發(fā)生具有破壞作用的化學反應。管道與其輸送的介質(zhì)接觸發(fā)生的腐蝕一般稱內(nèi)腐蝕，管道與外部介質(zhì)即周圍的空氣土壤等接觸導致的腐蝕一般稱外腐蝕。腐蝕使管壁逐步變薄而承受不了內(nèi)部輸送介質(zhì)的壓力，便出現(xiàn)穿孔而導致天然氣泄漏。

1.1 化學腐蝕

化學腐蝕就是管道的組成成分與周圍物質(zhì)發(fā)生化學反應產(chǎn)生的腐蝕破壞現(xiàn)象，但是這種腐蝕現(xiàn)象并不會直接造成泄漏，而是逐步的在管道的表層產(chǎn)生銹斑，使管道金屬壁不斷地變薄，在達到一定的程度之后會造成大范圍的管壁破壞。這種反應不會將反應的化學能向電能相轉(zhuǎn)換，且反應發(fā)生慢，反應范圍均勻，同時這種腐蝕最不引人注意，但是卻必須進行防護。

1.2 電化學腐蝕

這種腐蝕現(xiàn)象是將管道表面假設成為了一個擁有正極和負極的微電池，因此有電流的產(chǎn)生而產(chǎn)生電的腐蝕。微電池的形成是在管道滲水之后產(chǎn)生電解液，金屬元素無法得到電子而形成微電池的陽極，而電解液中的一些物質(zhì)可以得到電子成為陰極。這種腐蝕現(xiàn)象也有化學反應的產(chǎn)生，是化學能和電能的轉(zhuǎn)換，所以理論上也是化學反應，稱為電化學腐蝕。

1.3 生物腐蝕

生物腐蝕是管道中微生物活動的負面效應，類似于細菌的微生物是無處不在的，所以在管道中將加快破壞。另外需要指出，在常見的腐蝕現(xiàn)象中，生物化學腐蝕是最不可避免的，但不是腐蝕性最大范圍最廣的，腐蝕性最常見的還是電化學腐蝕。

2 造成腐蝕現(xiàn)象的典型影響因素

造成腐蝕的原因是多種多樣的，任何一個環(huán)節(jié)都會存在腐蝕的可能性。首先分析管道的地理位置的影響，天然氣管道常年埋于地下，這就不可避免的要遭受胺類、嗎啉類等的腐蝕。這里我們分析了在地下發(fā)生腐蝕的經(jīng)驗，總結(jié)出如下3種影響較大的因素。

2.1 管道的制造原因

管道的腐蝕發(fā)生要在制造方面找原因的話主要是兩個方面：材料和工藝。就材料而言，鋼材是天然氣管道生產(chǎn)的主要材料，這種材料在地下的長時間掩埋必然存在隱患，我們熟知的生銹現(xiàn)象就時常發(fā)生，這就是管道腐蝕的第一個潛在威脅。地下的溫度和濕度一般都比較大，這也是銹斑產(chǎn)生的有利條件，銹跡的產(chǎn)生是單純的化學反應，但是其中陽離子的產(chǎn)生和水中產(chǎn)生的陰離子又非常容易產(chǎn)生電解質(zhì)溶液，所以電化學反應也是存在的。然后我們再考慮鋼管再生產(chǎn)線上的工藝性影響，深入鋼材加工工廠對天然氣管道的制造工藝過程可以發(fā)現(xiàn)，天然氣管道常見的是微晶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在機械制造過程中是很難產(chǎn)生的，對產(chǎn)品的表面具有非常高的要求，不允許有一點的凹形等缺陷，一旦有任何的缺陷存在，就是一個非常大的隱患，極有可能發(fā)生裂紋等破壞現(xiàn)象。在這樣的高要求下，一些工廠很可能達不到要求而以次品充好，用在具體的工程中，天然氣的泄漏現(xiàn)象的發(fā)生也就不足為奇了。

2.2 地下以及運輸?shù)膼毫迎h(huán)境

地下土壤的成分其實是非常復雜的，其中包括了各種各樣的腐蝕物質(zhì)，同時也可以說土壤并不是單純的固體物質(zhì)，在地下依然存在含有無機鹽和微生物的水溶液和氣態(tài)物質(zhì)，鋼材一但接觸到水，水溶液腐蝕腐蝕速度會大幅度上升，由于水溶液中的大量的離子進行移動，就是金屬表面上的無數(shù)個微電池的電流在流動，會產(chǎn)生非常嚴重的電化學反應。在地下我們完全不能忽略掉垃圾的存在，這是生物化學產(chǎn)生的重要原因，我們都知道垃圾中存在大量的微生物包括細菌和種種具有腐蝕性的微生物，這樣在鋼材中就極容易產(chǎn)生生物化學腐蝕。微生物的腐蝕可大可小，其腐蝕性并不均勻，同時考慮到土壤中各區(qū)域包含的物質(zhì)的不均勻性，因此腐蝕的發(fā)生無常理可循，也是進行防護最難把握的。因此在地下進行管道的布置時一定要提前準備好防護措施，一旦在地下發(fā)生嚴重的腐蝕現(xiàn)象很難進行處理，需耗費大量的人力物力。

2.3 物理應力因素

天然氣之外運輸?shù)倪^程中肯定是要進行過壓縮的，本身就會存在一定的壓強，作用在管道壁上，會加速管道腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。同樣的在天然氣的運輸過程中也會存在應力的不均勻，我們假設管道由于加工的原因存在裂痕，這樣就會使裂痕加深，不穩(wěn)定的應力相對不穩(wěn)定的壓強對裂痕的擴散要更加嚴重，在這樣的情況下為了避免管道的破裂，除了要保證防護措施到位之外，還必須要確認輸送的天然氣的壓強保持穩(wěn)定，使天然氣在運輸?shù)倪^程中盡可能的降低應力的波動，避免惡性循環(huán)的產(chǎn)生。同時這里也對材料的選擇和熱處理提出了更高的要求，顯然抗壓能力強的材質(zhì)更適合運輸天然氣，進行淬火和調(diào)質(zhì)處理等熱加工來加強表面硬度，都可以減緩管道的腐蝕和避免管道的破裂。

3 進行管道防腐蝕的具體舉措

3.1 絕緣層防護

這種方式是根據(jù)鋁的氧化形成氧化膜的思路開展的，形成的防護層會有很多優(yōu)點（例如，避免天然氣管道的金屬層與自然界中的腐蝕物質(zhì)直接接觸，防護層可以有效的鈍化化學腐蝕，延長管路的使用壽命，絕緣層可以使電解質(zhì)中電流無法流通，起到防止電化學腐蝕的作用）。在進行涂層處理時，一層涂層并不能保證絕對的防護作用，或者是一層涂層仍然存在許多的缺陷，在美觀方面距離理想要求也是相差甚遠。針對這種情況一般在管道鋼材的表面進行多層防護，一般來說分為底漆、中漆和面漆，同時每一個漆層也必須涂制多次，這樣整體性的防止腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。其中底漆和中漆主要起到防護作用，防止微生物和化學腐蝕物質(zhì)與鋼材接觸，承擔主要的防護任務，而面漆的主要目的是滿足美觀要求。

3.2 陰極保護法

這種傳統(tǒng)的保護方式主要是抑制電化學腐蝕，這種方法一般分為兩個方面，一個方面是犧牲陽極的陰極保護法，另一種是外加的陰極保護方式。犧牲陽極的陰極保護法是輔助金屬的腐蝕電位相較于管道鋼材的腐蝕電位還要低得多，這樣與管道的鋼材金屬進行偶接，從而使輔助金屬的腐蝕速度大幅度加快，這就是犧牲的陽極，這樣將管道鋼材的腐蝕效率降到最低，這樣形成電偶電池的方式就是犧牲陽極的陰極保護法。而外加的陰極保護法仍然需要輔助性的陽極保護，但是作用不再形成電偶電池而是要在一定的基礎上實現(xiàn)與外接陰極的完整的電路連接，這種外加的電流將負極與管路的鋼材相連接，使其陰極化，從而實現(xiàn)對鋼材的保護。

對于在實際的工程中選用哪種方式來進行天然氣管道的防護舉措，就必須根據(jù)具體的地質(zhì)條件來進行決議。根據(jù)以往的經(jīng)驗來看，對于短距離輸送的小型系統(tǒng)，因為其地質(zhì)中沒有電源的加持，物質(zhì)的電阻效率也是非常的低，因此采用犧牲陽極的陰極保護法可以很好的完成其所需的要求并且不會對資源造成浪費。相反的對于一些長距離傳輸?shù)拇笮拖到y(tǒng)就一定要采用嚴格的外加電流的陰極保護法，這樣再針對劇烈變化的條件是可以保持穩(wěn)定，同時保護電流可以盡可能的加大，這樣就可以最大限度的提高系統(tǒng)的使用壽命。當然再具體的施工環(huán)境下還需要進行進一步的加深研究，將現(xiàn)代的高新技術融入其中，開發(fā)出新型的陰極保護方式。

4 結(jié)語

天然氣將成為取代煤能源的重要資源，這一點在很大程度上會再度擴展天然氣管道的使用，所以天然氣的運輸肯定會提到越來越高的地位。必須指出，利用現(xiàn)代快速發(fā)展的高新技術將管路運輸狀況進行監(jiān)控是有效防護的另一主要手段。在未來，天然氣的管道輸送必須與計算機技術相結(jié)合才能顯著的降低腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。