浅谈输气管道的腐蚀与防腐技术

一、引言

在油气田开发的过程中, 常常会有一些伴生气体如H2S, CO2等。我们知道, 这些气体不仅会降低天然气的燃烧效率也会对存储输送天然气的介质造成腐蚀。腐蚀会造成设备的损坏, 管道的破裂, 套管的断裂等, 这不仅对国家造成了经济上的极大损失, 在很大的程度上也为对工作人员造成了威胁。目前, 我国计划建设的天然气输送管道就超过106Km, 可想而知一旦发生管道的腐蚀将会造成多大的灾难。因此, 了解管道的腐蚀机理, 降低管道的腐蚀是我们亟待解决的问题。

二、输气管道的腐蚀机理

腐蚀是指金属材料与周围介质发生了化学或者电化学的作用导致材料的破坏的过程。腐蚀的类型主要分为三种:化学腐蚀, 电化学腐蚀, 生物化学腐蚀。化学腐蚀主要是指土壤, 空气或者一些腐蚀性介质与金属接触发生一些化学反应所造成的。腐蚀过程并不会产生电能, 整个金属表面流失比较均匀, 腐蚀过程造成管壁变薄。电化学腐蚀是与电流流动有关的腐蚀。电化学腐蚀包括三个基本组成部分:阴极, 阳极和电解质溶液。在整个腐蚀过程中, 金属在电解质溶液中失去电子成为离子而被溶解, 形成所谓的阳极;电极电位较高的部分得到电子形成阴极。一旦发生电化学腐蚀, 所造成的危害是最大的, 发生的频率最高往往导致管道的穿孔破裂。生物化学腐蚀是有些细菌的生理代谢活动所排泄的产物造成金属破坏的一种腐蚀。

1. 天然气管道腐蚀类型

(1) 均匀腐蚀:这种腐蚀由天然气中含有的水蒸气造成的。当温度压力降低时水汽在管壁凝结形成水膜, 水膜会溶解H2S等腐蚀性气体造成管道的腐蚀。

(2) 应力腐蚀:主要发生在含有硫化氢的天然气介质中。我们都知道硫化氢遇水会水解, 水解的产物HS-会吸附在金属的表面加速氢气的释放, 氢会造成金属的氢脆等情况导致金属材料的韧性降低, 当韧性降低到一定程度后就会发生滞后断裂。

(3) 冲刷腐蚀:当管道中输入的气体介质流速达到一定的程度后会对管壁产生一个冲击作用, 这个作用不仅破坏了管道的强度而且会将金属表面已经腐蚀掉的产物冲刷走使新的金属暴露出来进一步的腐蚀掉。

(4) 坑蚀:坑蚀经常发生在表面有钝化膜或者保护膜的金属上。当金属材料中存在杂质, 缺陷等不均一性时, 气体介质中的某些活性阴离子会吸附在这些缺陷处使金属表面钝化膜发生破坏, 渐渐地金属表面被腐蚀成小孔。

三、输气管道的防腐措施

输气管道的防腐是我国一直研究的课题, 国内外很多学者进行了大量的研究。研究表明:天然气管道的防腐一般要采用加绝缘层防护与阴极保护相结合的措施才能大大减低管道的腐蚀。这样的结合既经济也实用在我国实际应用中取得良好的效果。

1. 防腐涂层防护

防腐涂层的作用是将被保护的金属与周围环境隔离开来壁面环境中的某些腐蚀介质直接接触管壁, 同时也为阴极保护提供电绝缘的环境。所以在选择防腐层时对防腐层必须具备很高的要求:首先防腐层要有很好的附着力, 它要紧紧的贴紧管壁。其次, 它本身的材料不能具有腐蚀性, 而且本身还要有很好的抵抗周围介质腐蚀的能力。最后, 它要求有优异的物理性能, 能够随管道热胀冷缩不脱离管壁。

2. 阴极保护

阴极保护分为阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种方式, 这主要是根据极化电流的来源划分的。牺牲阳极阴极保护法是选择一种电位比被保护金属更低的金属做阳极与被保护金属共同组成电偶电池。所选择的金属一般是比较廉价易得的, 以牺牲阳极的金属来达到保护阴极金属的目的。外加电流阴极保护法是利用外部电源直接提供电流是阴极极化来保护阴极的金属。这两种阴极保护方式各有其优缺点, 各自有适用的范围。通常要是所需保护电流大, 介质电阻率大, 使用寿命长的大系统选择外加电流阴极保护法比较合适, 其他情况下选择牺牲阳极阴极保护法所需的成本小, 经济效益高。综上所述, 我国在长输天然气管道中大部分都使用的是外加电流阴极保护方法。

3. 联合防腐

在实际应用中通常将涂层防腐与阴极防腐两种方法联合起来来达到防腐的目的, 通过大量的实践也证明这样的防护方法能取得更大的效益。主要原因如下:

(1) 阴极保护的重点保护对象是点, 主要针对防腐涂层的破裂处, 然而防腐涂层主要是对管道外壁实施全面保护主要针对均匀腐蚀。

(2) 管道涂层防腐是很有限的, 因为涂层本身性质和环境的因素不可避免的会发生破损。在这种情况下如不实施阴极保护必然会造成腐蚀穿孔。

(3) 涂层破坏的地方具有很大的不确定性, 在这种情况下人工去修复破损的管道是很麻烦的而且会浪费大量的人力物力, 所以我们需要对整条管线都置于阴极保护的范围之内采用联合防护的办法有效的实现管道的长期高效保护。

(4) 实施阴极保护必须保证管道与外界是电绝缘的, 由于涂层绝缘性好这正好降低了阴极保护所需要的电流, 而且很有效的分散电流。

总结

近年来天然气工业在能源市场所占的比列越来越大, 我国建设的输送管道也逐年增加, 但是管道腐蚀严重的问题一直困扰着我们, 很大程度上制约着天然气工业的发展。所以增加对输气管道防腐的研究是很有必要的, 在今后的研究工作中要加强防护涂层的研究, 研制出抗蚀效果好经济效益更高的涂层材料。同时管道的材质也正向着纳米技术以及合金技术发展, 这都会促进天然气输气管道工业的发展。

摘要：近年来, 以石油、煤炭为主的能源消费在换回经济发展的同时也加剧了环境的污染。天然气作为一种新型能源为经济发展能源保护做出了巨大的贡献。天然气的输送主要靠的是管道输送, 由于某些气体本身的腐蚀特性加快了管道的腐蚀, 管道腐蚀大大加剧着天然气的输送成本, 严重的可能带来灾难, 所以加强天然气管道腐蚀与防腐的研究是我们亟待解决的问题。本文分析了输气管道的防腐机理提出了相应的防腐技术, 为天然气工业的发展奠定了理论基础。

关键词：输气,管道,腐蚀与防腐,能源

参考文献

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