天然气长输管道防腐知识知多少?

2020/3/20 8:10:30


      我国正在进行经济可持续发展建设,能源消耗与日俱增,为了应对能源消耗带来的环境污染问题,我国正在不断减少石油、煤炭等污染环境燃料的使用,对天然气的需求大量增加,这有助于减少对大气的污染,天然气的使用依赖于管道运输,所以需要加大天然气运输设备的重视程度,直接影响开发新能源的成本和安全程度,注意管道是否容易发生腐蚀。


      我国正在进行经济可持续发展建设,能源消耗与日俱增,为了应对能源消耗带来的环境污染问题,我国正在不断减少石油、煤炭等污染环境燃料的使用,对天然气的需求大量增加,这有助于减少对大气的污染,天然气的使用依赖于管道运输,所以需要加大天然气运输设备的重视程度,直接影响开发新能源的成本和安全程度,注意管道是否容易发生腐蚀情况或者管道提前进行防护的措施。


1 管道腐蚀的类型

1.1 内壁腐蚀

      由天然气中的水分等造成电化学反应,在管道内部表面覆盖一层电解质溶液薄膜,发生原电池反应,对管道内壁造成损害和天然气中含有多种物质在运输的过程中可能会与管道内壁直接产生破坏金属构造的化学反应,同时作用对管道内壁造成疏松、穿孔的损害,不能继续承受天然气的运输工作和外部压力。


1.2 外壁腐蚀 

      外部腐蚀中包含土壤腐蚀、大气腐蚀等。

      (1)土壤腐蚀。运输管道是长期埋于地下的钢质材料,土壤具有多相性和不均匀性,疏松多孔、可渗透水和气体,不同阶段的土壤结构和湿度不同,氧的渗透率也有较大差别。在土壤的作用下,管道会出现分段性厚薄不一,甚至出现穿孔现象,容易造成油气泄漏,威胁生态环境和人身安全,极易造成燃油爆炸情况。

      ①出现氧气不均造成腐蚀。管道埋设的时候,由于管道结构不同、土壤环境不同、充气不均造成氧浓差电池腐蚀,砂土中的金属管道氧气含量高、黏土中的金属管道部分缺乏氧气而形成氧浓度差电池造成黏土中的金属部分极易受到腐蚀。运输管道的摆放位置不同,也会形成氧浓度差电池,埋在地底深处的运输管道会由于氧气难以到达,极易发生腐蚀现象。

      ②杂散电流的腐蚀。杂散电流其实就是漏电现象,杂散电流由火车、地铁等直流电源设备泄露出来的电流,只要是在地下设备等都会被这样的杂散电流导致腐蚀,直流电流从轨道渗入地下,进入管道的某个部位,再从管道的其他部位回到轨道中,杂散电流就在直流电流的游走过程中从管道中泄漏出来,泄露出来的这个地方就容易出现腐蚀破坏,且破坏结果严重。

      ③微生物的腐蚀。在生物界中具有腐蚀钢铁的细菌不多,但还是存在有流感菌和盐酸盐还原菌等。运输管道附近的生存环境潮湿阴冷,土壤中存在大量氧气,适合微生物的繁殖生存,在生物活动的过程中会出现元素硫,元素流容易氧化为硫酸对金属发挥腐蚀作用;生物活动的过程中也会存在硫酸盐土壤培育的硫酸盐还原菌,在生物的催化作用下,增加了对管道的腐蚀程度。细菌本身对金属材质并不具有腐蚀作用,而是细菌的生命活动容易对金属材质造成电化学反应,进而腐蚀物体。例如,细菌进行新陈代谢活动出现具有腐蚀性的代谢物质硫酸和硫化物等,生物活动还会影响电极反应产生腐蚀现象,生物活动也可以改变金属所处的环境状况,破坏金属表面的防腐蚀覆盖层。


      (2)大气腐蚀。大气腐蚀是潮湿的大气腐蚀,其中存在水汽,当水汽浓度过高就会产生腐蚀效果,再加上酸性物质二氧化硫、氮氧化物气体等溶入附着在金属表面的水中,形成了硫酸或硝酸溶液,从而发生了电化学和化学腐蚀现象,导致腐蚀加快。还可能是可见液膜下的大气腐蚀,在空气的相对湿度很高,已经可以看到金属表面形成水膜的情况下就会存在腐蚀现象。


2 天然气管道的防腐防护

2.1 涂防腐涂层

      为了脱除酸性物质和水分,降低输送过程酸性物质和水分对管道的内腐蚀,在气源地就对天然气进行净化处理,将开采出来的天然气直接进行脱水、脱硫的化工处理,在确保输送管道损害最小的情况下,才进行天然气的运送。也可以在管道的内壁可以涂抹减少腐蚀、减少阻力、具有自净能力的防护液体,就像国内开发出来的钢铁管道内表面环氧树脂静电粉末喷涂技术配套设备。由于多数天然气企业选择涂防腐涂层,因此,这里对防腐涂层进行适当的研究,在现实情况下,由于单一的涂层不能起到防护金属、防腐蚀、美观大气的作用,因此,在涂料的选择上,企业会选择涂覆几种涂层,应用功能的叠加,发挥各自效果,实现整体优化效益,在对底漆、中部漆、面漆的使用上都需要涂一次或者数次,若涂料结构防固性更好,那么涂一层就能达到很好的效果,节约了资源和成本。

  

      在选择防腐涂层时,需要满足多种条件,如绝缘性强、隔水屏障性、涂于管道上不能阻碍天然气的输送,能最大程度的弥补涂层缺陷,在管道表层有很好的附着力,能抵抗搬运时的损伤,对环境无污染、容易后期补损等等,我国国内适用的防腐涂层主要有煤焦油瓷漆,特点是绝缘性好、吸水性强,更能抵抗细菌的侵蚀和植物的根茎穿透,国内的供货量充足且价格低廉,但机械强度低、抗温差效果弱、在温度较低的情况下还容易变得薄脆、施工过程中释放有毒气体对大气环境产生污染;PE二层结构特点是绝缘性好、吸水率低、机械强度高,能很好地抗磨损、能抵抗细菌腐蚀等,但不能在阳光下暴露太久,否则,容易老化、在钢化建筑物表面附着性较弱、抗阴极剥离性能差;PE三层结构特点是融合了高密度聚乙烯、环氧粉末的优点,黏附能力强、抗外力损伤、防腐性能强,机械性能强,但就是价格相对较贵,成本高;熔结环氧粉末特点是附着能力强、绝缘性好、机械强度高、能够抵抗温差的变化、实现化学腐蚀防护,适用于条件恶劣的自然环境中,但是不耐紫外线,容易受到物理外力的损伤。


      在管道的补口位置也需要进行防腐措施。首先,通过除锈等步骤进行补口准备,再将管道周围进行油污泥土的清理,将管口表面的水分加热,对输送管进行喷砂除锈,对管口表面进行处理,注意喷砂时应该防止损伤补口区以外的防腐层,在管口进行均匀加热,用感温变色调或者是点温计测量补口四周的温度,当温度达到要求时,就可安装热收缩带等,对补课位置进行检查,确保不留空隙,无气体溢出。


2.2 保护极化电流

      牺牲阳极保护方法是利用腐蚀电位比运输钢管腐蚀电位更负的金属也可以是合金与运输钢管组成电偶电池,依赖负电性金属在进行溶蚀溶解的过程中出现的电流保护运输钢管,特点是不需再加直流电源,可以在偏远地区或无电地区进行使用;电压的驱动能力低、功率输出慢、形成小电流、保护距离小、使范围内受介质电阻率限制、增加电流的利用率、对附近的金属设施干扰小;阳极的数量较多,但电流的分布较为均匀、阳极的重量大,增加了结构重量;系统牢固,投资的费用低,施工技术很简单,不用派遣专人管理。

      外加电流保护法是根据外部直流电源对运输管道实现阴极极化,实现保护措施,外部直流电源的负极和运输管道相连接,正极接辅助阳极,辅助阳极构成阴极保护完整回路。它的特点是需要外部直流电源的辅助;电压驱动高、功率输出大、电流的保护大,能够在环境恶劣的条件下进行自我调节,控制阴极保护电流,扩大阳极有效保护半径,但容易造成过度保护对附近的设施造成干扰;阳极数量少、系统重量轻、使用寿命长,可长期用于阴极保护,但系统中的阳极数量少,保护电流不均匀;在环境的恶劣条件下系统容易受到外物损伤、设备安装维修复杂、使用成本较高。


2.3 牺牲阳极阴极保护和强制排流措施

      强制排流措施是比较好的解决手段之一,相比较其他的排流方法,针对性较强,主要是在排流的过程中,才会对设备进行保护,当然,如果没有进行排流保护,其管道就会处于自然腐蚀的状态。

      排流法只需要安装整流器,连接电位控制,就能利用电位差的原理强制性进行排流,经济实惠。强制排流法在管道局部的保护上,效果比较明显,强化局部强制排流措施可以从整流器的方面进行,采用性能优良,质地可靠的整流器,来保护排流的稳定运行,进而保护管道的状态。

      牺牲阴极获得的保护措施主要是通过引导阳极电流,填充电阻率高的物质,在同种电解质的条件下连接不同活性的金属,使活性强的金属受腐蚀,而活性弱的则得到最大程度的保护。增加牺牲阳极阴极保护主要有牺牲阳极形式的选择、填充料的选择、金属的选择等,要根据土壤环境选择合适的方式。


3 结语

      在天然气管道的防腐蚀过程中,需要采用多种涂层进行效果弥补叠加,提高管道的使用寿命,同时,也要对阴极提供保护,在防腐层出现损伤的情况下,阴极保护能够减缓腐蚀程度,给维修人员提供时间保障,在对天然气管道的防腐措施中,需要根据具体环境等要素进行合理的调整,采取最优化选择。

来源中国设备工程


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