天然气输送管道的腐蚀及防护技术

刘健 李冬燕　南京化工职业技术学院化工系　　２１００４８

摘 要本文介绍了天然气输送管道防腐的重要意义，从管道腐蚀产生的原因、机理、类型及防腐所采取的主要方法等方面系统总结了管道防腐技术的应用情况，着重介绍了阴极保护的原理及作用，并结合新型材料和纳米技术的出现阐述了防腐材料和技术的发展前景。关键词天然气；管道；防腐中图分类号：ＴＱ０５０．９文献标识码：Ａ作用而导致的无谓消耗或破坏。输送天然气的钢管按其腐蚀部位不同，分为内壁腐蚀和外壁腐蚀[1,2]。

1.1内壁腐蚀

造成管道内壁腐蚀的主要因素为天然气中含有的一定水量[3]，它在管道内壁生成一层亲水膜，形成了类似原电池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀；还有就是天然气中含有硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蚀性化合物，它们直接和金属起作用，引起化学腐蚀。

1.2外壁腐蚀

外壁腐蚀可以在架空或埋地钢管上发生，架空管通常以涂层即实现很好的防腐，而埋地钢管的化学腐蚀是全面性的腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管壁厚度的减薄是均匀的，因此从钢管受到穿孔破坏的角度看，化学腐蚀的危害性相对较小。通常埋地钢管的外壁腐蚀是以电化学腐蚀为主。埋地钢管外壁腐蚀的原因较复杂，有电化学腐蚀，即杂散电流和细菌作用引起的腐蚀。

化学的理论基础，是腐蚀电池的反其道而行的一种使被保护体(通常是水中或埋地的金属构筑物)通过阴极保护提供保护电流而得到阴极极化，从而避免腐蚀的机理[6]。

有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

2.2 阴极保护方式

阴极保护的两种方式（如图1）所示。2.2.1外加电流阴极法：将被保护的管道与直流电源的负极相连，把辅助阳极与电源正极相连，使管道成为阴极，如图（a）。外部电源通过埋地的辅助阳极、将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生失电子氧化反应，因此辅助阳极本身存在消耗。

我国天然气资源丰富，但长期以来天然气工业基础较薄弱，发展缓慢，到20世纪90年代末期，天然气在一次能源中所占的比例仅为2.1%，与世界同期平均水平(23.8%)相差甚远，与其储量极不协调。由此可见天然气的利用有着广泛的前景。21世纪初我国天然气产量和消费量必将得到迅速提高，其在能源结构组成中的比例将达到6%～8%，甚至更高。天然气作为一种快速增长的新兴能源，也将在中国的经济、环境保护和社会发展中发挥着重要作用。

管道输送是天然气的主要输送方式，天然气输配管线使用最多的是钢管(无缝管螺旋缝管、直缝管)并且大多采用地埋方式。据报道，采用有效的防腐措施，管道安全使用年限为25年以上，而无防腐措施的钢质管道，有些只用了2～3年就腐蚀穿孔。因此，输送管道的防腐问题至关重要[1]。

2 管道的防腐方法

天然气管道防腐通常是采用防腐层与阴极保护的联合防护方法，管道防腐层是第一道屏障，直接关系到管道的防腐性能和运行寿命[3]。采用各类涂层将管道内外图1阴极保护两种方式原理表面与介质隔离开来防止腐蚀的方法是目此法优点是可供给较大的保护电流，前最普遍的措施。使用任何保护涂层的管保护距离长；便于调节电流和电压，适用道，一般涂装前对管道先进行脱脂再进行范围广；辅助阳极的材料只要求有良好的除锈处理，除锈后将管道表面的浮灰清理导电性和抗腐蚀性，不消耗有色金属。其干净即可涂装防腐涂层[4，5]。缺点是需要外电源和经常的维护管理，对

2.1阴极保护邻近的金属结构有干扰。强制电流法是目对裸露的金属表面，尤其对于埋地管前长距离管道最主要的保护方法。辅助阳道的防腐，单用阴极保护技术或涂层保护极的常用材料有高硅铸铁、石墨，磁性氧都不可能达到理想的防腐状态，因此当今化铁及废钢铁等。世界上公认的且国内外标准、规范都规定2.2.2牺牲阳极法：在待保护的管道上了埋地管道防蚀技术是涂层与阴极保护相连接一种电位更负的金属或合金，形成一结合。阴极保护技术就是通过向被保护的个新的腐蚀原电池。接上的金属成为牺牲钢质管道通以足够的直流电流，使管道表阳极，整个管道成为阴极受到保护，如图面产生阴极极化，减小或消除造成钢质管（b）。将被保护金属和一种可以提供阴道土壤腐蚀的各种原电池的电极电位差，极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相使腐蚀电流趋于零，进而达到阻止管道腐蚀的目的。阴极保护的原理是基于腐蚀电下转第１３７页1 腐蚀的机理及类型

金属暴露在自然界会随着时间的流逝

而变质，属一种自然现象；通俗地说，腐蚀就是金属和周围介质发生化学或电化学

-１２３-题。在设计过程中，如果Cell、PCB板“源”不同，一种是利用电位更负的金属和外壳之间的结构不合理，电池将无法快或合金，另一种则利用直流电源。强制电速的散出热量，导致电池整体的温度过流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有高；电子元件的型号选配不合理，会造成效保护范围广，适用于被保护面积大的长电子元件的温度过高，不仅影响电池的使距离、大口径管道。牺牲阳极阴极保护不用容量，影响系统（电脑等）的性能，需外部电源，维护管理经济，简单，对也会影响电池的使用安全。邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于

测试结果如图6，清楚地反映了电池短距离、小口径、分散的管道。的各个主要器件在测试过程中的温度变化。3 结论参照相关标准，即可对其进行评估和判定，综上所述，随着天然气在能源领域的从源头上控制笔记本电池的安全品质。地位优势日益增强，输送管道的腐蚀防护

图4电涌测试放电波形

4结论就成为减小经济损失而必须采取的重要措

针对电涌现象，电池控制电路中在电

电池的电涌测试和关键器件温度测试施。

池端口采用了滤波型的电涌保护，同时电

可以发现电池在使用过程中存在的安全问（1）在保证输送天然气质量符合要

池保护IC也存在用于电涌的设计，使

题。通过笔记本电池的安全模拟测试，可以求的前提下，合理分析腐蚀的因素与类

得电池即使发生了电涌，也不会产生误动

在电池的设计、生产等环节中发现可能存别，实施有效的防腐技术。

作，从而保证了电池的正常使用。

在的安全隐患，从而不断加以改进和提高（2）管道防腐技术包括：管道防腐

3.2关键器件的温度测试（Key

电池的安全性，在实际使用过程中保证电层是第一道屏障，采用与腐蚀相对应的各

component thermal test）

池性能的稳定和使用的安全。类涂层将管道内外表面与介质隔离开来防

关键器件的温度测试，就是对电池在

止腐蚀的方法是目前最普遍的措施；再

最高的工作温度中最大负荷情况下放电的

有，阴极保护技术是利用直流电流，使腐

模拟，最主要的是要观测内部各个关键器

蚀电流趋于零，进而达到阻止管道腐蚀的

件的温度变化，确认各器件的温度是否超

上接第１２３页效果，目前国内外公认的有效防腐措施是

过其工作的最大温度，能否正常工

两种方法并举。

作。连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方总之随着新的材料技术，特别是新型

为了能够精确的测定电池在工作中的法。作为牺牲阳极材料，必须具有下列条管材、涂层材料的出现和改进，纳米技术温度，采用热电偶线的探测以及精度较高件：（1）电位：要有足够负电位，在及合金技术，都将为天然气输气管道的防的恒温箱和数据记录仪（详见附件）。测试长期放电过程中很少极化。（2）腐蚀产腐技术带来新兴的发展。原理如图5。物：腐蚀产物应不粘附于阳极表面，疏松易脱落、不可形成高电阻的硬壳且无污染。（3）电化当量：电化当量高，即单位重量的电容量大，且输出电流均匀。（电容量单位：小时.安培/磅，例如：纯锌电容量为372小时.安培/磅，其物理参考文献意义为：牺牲一磅纯锌则可在372小时内［１］周中．天然气管道防腐问题的探讨［Ｊ］．连续向管道输送1安培的电流）。（4）电煤气与热力．２００１，２１（３）：２３８－２４０流效率：自腐蚀小，电流效率高。即实［２］奚占东．浅谈天然气管道防腐技术［Ｊ］．际电容量和理论电容量之比的百分数要化工装备技术．２００８，２９（６）：４９－５１图5 关键器件温度测试的设备关系

大。（5）机械性能：有较好的机械性电池的电池芯和外壳作为一个整体，［３］梁平，唐柯，陶振春等．天然气管能，价格便宜、来源方便、加工容易。常用在使用过程中，存在着发热和散热两个问线内腐蚀影响因素分析［Ｊ］．石油工程．的牺牲阳极材料有镁合金及高纯镁、高纯２０００，６：２８－３０锌及锌合金、铝合金等。目前，世界各国都［４］李远利．管道防腐涂层新发展［Ｊ］．采用合金化来提高牺牲阳极的性能，克服涂料工业．２００７，３７（２）：５５—５７纯金属本身固有的电化学缺陷。因此，常用［５］杨赫，刘彦礼．近年我国油气管道的牺牲阳极材料大部分为合金类，即镁合防腐技术的应用［Ｊ］．化学工程师．２００８，金，锌合金和铝合金阳极。１４９（２）：２８－３１2.2.3两种保护方式的选择［６］武烈．我国阴极保护技术的发展及其阴极保护的上述两种方法，都是通过高新技术化的探索［Ｊ］．腐蚀与防护．２００６，一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐２７（３）：１３６—１３９．蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原作者简介腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好刘健（１９７４－），女，天津市人，硕士抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方研究生，讲师，主要从事传质分离方向的教图6 电压、电流及各个主要的器件温度

法的差别只在于产生保护电流的方式和学与研究。的变化

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