浅析城市天然气埋地钢质管道腐蚀的控制

浅析城市天然气埋地钢质管道腐蚀的控制

王果果

摘要文章通过介绍燃气管道的腐蚀类型,浅谈燃气管道外腐蚀的控制方法,天然气埋地管道由于和土壤环境接触以及周围的杂散电流的影响产生管道腐蚀,控制其腐蚀,除采用对钢质管道进行防腐蚀处理外,一般还采取电化学保护措施,同时在管道的设计时进行综合考虑,并且在整个施工过程中严格控制工程质量每一个环节,从而达到防止或减轻钢质管道腐蚀的目的。

关键词:腐蚀   电化学保护  土壤   合理设计  控制质量

通常所说的腐蚀是指:金属与周围介质发生化学或电化学作用,是金属发生无谓的破坏,其结果使金属的性能发生变化,并可导致金属、环境或由它们组成的体系的功能受到损伤。腐蚀可分为湿腐蚀和干腐蚀两类。湿腐蚀指金属在有水存在下的腐蚀;干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中的腐蚀。由于大气中普遍含有水,化工生产中也经常处理各种水溶液,因此湿腐蚀是最常见的。

城市天然气输配工程在选材时绝大多数都使用钢质管道作为输送天然气的主要方式,其优越性表现在强度高、施工安装方便等优点,但是钢管必须考虑其腐蚀预防和控制,输送天然气钢管的腐蚀按照其腐蚀部位的不同可分为内壁腐蚀及外壁腐蚀。内壁腐蚀的主要因素为天然气含有一定量的水分,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;还有就是天然气中还有硫化氢、二氧化碳、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。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,杂散电流及细菌作用引起的腐蚀。

既然钢管的腐蚀既有内壁腐蚀,还有外壁腐蚀,并且腐蚀的成因主要是以电化学腐蚀为主,内壁的腐蚀主要是通过天然气的开采过程中运用净化、脱硫、脱水等净化工艺予以解决。在此本文重点研究解决钢管的外壁腐蚀的控制及预防。

为了有效的预防和控制钢管的腐蚀,通常的做法是外加防腐层与阴极保护联合防护方法,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,采用各种防腐层技术对管道外壁进行防腐处理,使管道与周围环境隔离开来,起到延长管道使用寿命的目的。在城市燃气中较为普遍使用的有石油沥青、环氧粉末树脂、环氧煤沥青及PE包覆等防腐方法,使用较多防腐方法是环氧煤沥青及PE包覆,而环氧煤沥青由于对环境污染较大,逐步被淘汰,现在比较常见的防腐方法采用PE包覆。使用任何形式保护防腐层方法,都必须在涂装前进行钢管表面的脱脂、除锈处理,将管道表面的浮灰处理干净再进行涂装。

单用防腐或阴极保护不可能起到理想的保护作用,对钢管进行防腐及阴极保护联合保护方法,才能有效的预防和控制管道的腐蚀,延长使用寿命。阴极保护技术就是向被保护的钢质管道外加足够的直流电流,使管道表面产生阴极极化,消除或减少造成钢管土壤腐蚀的各种原电池电极电位差,使腐蚀电流趋于零,进而达到腐蚀的目的。阴极保护的原理是基于腐蚀电化学的理论基础,是腐蚀电池反其道而行是被保护体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。

阴极保护的方法有两种:外加电流阴极法和牺牲阳极阴极保护法。

外加电流阴极保护法:将被保护的管道与直流电源的负极连接,把辅助阳极与电源的正极连接,成为管道阴极。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管道,被保护管道在大地中仍为阴极,其表面只发生还原反应,不会发生金属离子的氧化反应,腐蚀受到抑制。

外加电流阴极保护法原理

此种方法优点是可供给较大的保护电流,保护距离长,便于调节电流和电压,适用于长距离管线保护。

牺牲阳极法:在保护的管道上连接一种电位更负的金属或合金,形成一个新的腐蚀原电池。接上的金属成为阳极,整个管道成为阴极受到保护。将被保护的管道和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金(即牺牲阳极)相连,使被保护的管道极化降低腐蚀速率的方法。在城市天然气输配工程中,最常见的是牺牲阳极保护管道的方法。

牺牲阳极保护法原理

牺牲阳极不能直接埋在土壤中,要埋在导电性较好的化学填料包中。降低接触电阻,增加阳极输出电流,活化金属表面,破坏掉由于腐蚀产生的结痂,以便维持较高,较稳定的阳极输出电流,从而对管道稳定地进行阴极极化作用。

化学填料包的成分,按照土壤电阻率大小有不同选择。对于电阻率偏高的土壤,即干燥土壤,可选择铝合金牺牲阳极化学填料包,其成分是60%粗食盐、20%熟石灰、20%膨润土。当土壤环境电阻率较低时,可采用40%粗食盐、10%熟石灰、50%膨润土作为化学填料包。

对土壤环境的分析

1、由于土壤中含有水分、盐分和氧气,有了这些电解质的存在,就有电流产生。管道处于这样的环境中就会构成腐蚀电池,发生金属腐蚀。

2、土壤中的气相部、氧气,和液相部分、水分可以做有限的运动,对管道的腐蚀产生影响。

3、土壤从砂土变粘土,从酸性变碱性,都影响着土壤腐蚀的电化学特性。

4、由于地面电力设施的影响,使土壤中产生杂散电流,杂散电流的产生会对管道的腐蚀产生影响。

结论:城市天然气输配工程中对管道的腐蚀控制是一个系统而复杂的过程,对管道腐蚀的控制,不单单是采取哪一种防腐方式,它是在整个天然气工程从设计开始,管材的选用,城市因地质土壤的不同,地下环境的不同,防腐及阴极保护的数量也有所差异,更重要的是在对管材最初的防腐施工开始,到整个工程施工过程中,防腐层的检测、补伤、补口等,每个环节都要严格把关,这样才能为安全运营打好基础,才能保障各个环节正常工作,为企业带来经济效益。

                       (作者单位:咸阳市天然气有限公司)