天然气输送管道腐蚀与防腐措施现状分析

2019-06-07 13:15:41 17

相比于煤与石油,天然气作为一种环保型能源,通过管道连接着气田与下游处理站和家庭用户。输送天然气的管材一般均为钢管,腐蚀是管材在输送过程中一定需要解决的问题,其影响着管道的正常工作年限,对天然气运输的安全性存在着隐患。当天然气防腐措施失效时,会造成天然气输送失败,甚至会导致气田生产中断,管道损坏等一系列的经济损失 [1-2] 。

  

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1 天然气管道腐蚀类型


1.1 外壁腐蚀


天然气管道无论是埋地管线还是架空管线,在运行过程中都会经受着各种恶劣的自然环境影响。对于架空管线,管道主要受到大气腐蚀,对于埋地管线,管道主要受到土壤腐蚀,对于海底管道,管道主要受到海水腐蚀。


1.2 内壁腐蚀


天然气管道内壁一般与输送的天然气直接接触,所以天然气中含有的腐蚀性气体杂质成分。


如 CO2 、H2S、O2 等,是天然气管道内壁腐蚀的主要影响因素。同时,天然气管材也会在高温、高压、高流速下出现材料性质的变化,影响着管道的抗腐蚀能力。


2 天然气管道腐蚀的原因


2.1 外壁腐蚀原因


天然气管道外壁因为直接与外界条件接触,所以外部环境会直接导致管道外壁腐蚀。


2.1.1 土壤腐蚀


土壤是一个复杂的介质。一般土壤中均含有气、液、固三相的物质,其中有的部分还具有一定的导电性。同时,管道各处的结构也不全相同,土壤中还存在着大量的土壤微生物。因此,影响土壤腐蚀主要有以下因素:1) 土壤性质。土壤中如果存在较大的孔隙度时,这些空隙中能够存在大量水分、微观粒子和气体,当其与管道直接接触时,容易腐蚀天然气管道外壁。2) 电化学腐蚀。土壤中含有部分导电的溶液和杂乱电流,由于不同溶液有不同的浓度和电位差,对管道也会产生不同程度的电化学腐蚀。3) 微生物。土壤中有时会存在还原菌,还原菌会将溶解的腐蚀性酸盐转化为还原性酸溶液,降低了土壤的pH 值,酸性土壤进而和管材中的铁及铁合金发生反应,腐蚀并加快了外界对外壁的腐蚀。


2.1.2 大气腐蚀


大气腐蚀对于金属腐蚀而言,是最为普通的一种腐蚀方式。大气腐蚀受到管道所处的地理环境的影响较大,不同地区的管道由于外界气候条件差异大而导致腐蚀速率差异极大。在含有较多的腐蚀性组分的环境,暴露在空气中的管道腐蚀就会大大加重。同时,大气腐蚀也与在空气中的水分和氧气的含量有主要关系,管材在海边的腐蚀速度要远比内陆的管材腐蚀速率高。离海岸越近,空气中水含量越大,腐蚀程度越高。


2.1.3 海水腐蚀


海水像土壤一样,成分比较复杂,含有各种组分,并且是地球上一种天然的电解质溶液。海水中的管道主要受到海水中盐含量、溶解氧、温度等因素的影响,其中,海水中的盐会组成电解质,含盐量的大小决定了电解质的浓度,因此必然对腐蚀产生影响。金属在海水中的腐蚀受吸氧腐蚀的作用,溶解氧浓度越大,传递速度越大,去极化程度越高。提高温度会加快海水中的管道外壁的化学反应速度,进一步增加管道的腐蚀速度。


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2.2 内壁腐蚀的原因


管道输送介质中存在的腐蚀性气体杂质,如,二氧化碳、硫化氢等。此外,在外界条件的影响下,如,使管道内部的温度、压力、流速快速变化的情况下,管道内壁也会遭受到严重的腐蚀。


2.2.1 冲刷腐蚀


冲刷腐蚀是冲刷和腐蚀相互作用而引起的管材表面腐蚀,主要由液固两相流动过程中,流体流动速度较快,引起管道内壁的腐蚀。同时流体中的固相会不断冲击钢铁的表面,剥离出天然气管道表面腐蚀的部分,并在高速的流体中直接被带走,不断暴露出新的金属面,从而进一步加快腐蚀。冲刷与腐蚀相互促进,腐蚀情况比较严重。冲刷腐蚀中的液相一般由于压降导致天然气管道中的饱和天然气出现液相,且管道中含有一些固体杂质,会出现气、液、固三相流动的状态,因而出现冲刷腐蚀。


2.2.2 高温高压腐蚀


高温高压腐蚀一般发生在采油采气井中,随着地层的深度逐渐变深,地层的压力和温度显著提高。油气井处于高温高压的工作条件下,酸性物质对材料的腐蚀速度会提高。同时,温度的升高,一定程度上也会提高材料的抗腐蚀破裂能力,一定程度上可以提高管道的抗腐蚀能力。但一般来说,高温高压更倾向于导致加重管道的腐蚀变化。


2.2.3 酸性气体腐蚀


含有酸性组分的天然气会在管道内形成酸性环境,酸性组分与管道保护膜进行化学反应,逐步破坏管道的保护膜后,开始腐蚀天然气管道,另一方面,该腐蚀也容易形成原电池,进而发生吸氧腐蚀。进一步加快管材的腐蚀速率。

 


 

3 天然气管道腐蚀防护措施


3.1 外壁腐蚀防护措施


由于腐蚀对于管道的危害性极大,为了提高管道的使用年限及其运行稳定性,必须对天然气管道进行防腐处理。由于外界环境的复杂性,天然气管道的外壁防腐措施一般采用增加防腐涂层和阴极保护两种方法。增加防腐涂层是比较广泛的防腐方法,而阴极保护一般用于特定管段的一种防腐方法。防腐涂层的材料一般有石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧粉末和三层复合结构、环氧煤沥青冷缠带 (PF 型)、橡塑型环氧煤沥青冷缠带(RPC 型) 等。而阴极保护主要有外加电流法和牺牲阳极法两种:


1) 外加电流保护法。将保护的金属作为阴极直接连接电源负极,选用特定材料作为辅助阳极连接电源正极,从而使得被保护金属受到保护的方法。是一种适用于长距离管道的阴极保护法。


2) 牺牲阳极保护法。牺牲阳极保护法是另一种阴极保护法,一般将选择具有还原性的金属作为负极,与作为正极的需要保护的管段相连构成一个全新的原电池,选择负极的金属一般要比正极金属的电位低,牺牲负极的金属而使正极的金属避免腐蚀。通常适用于管道防腐涂层有一定破损的管道,一般与外加电流法相结合应用。


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3.2 内壁腐蚀防护措施


输送管道内壁腐蚀保护措施要根据输送的介质,管道内的温度压力情况,一般可选择增加防腐内涂层和采用缓蚀剂等化学药剂来减少管道内部腐蚀情况。


1) 防腐内涂层。防腐内涂层与防腐外涂层一样,能有效地将管道和输送流体隔开,避免了介质中的腐蚀性组分与管道相接触,达到了防腐的目的。防腐内涂层的材料最好是选用环氧树脂类涂层。


2) 添加化学药剂。采用添加缓蚀剂等化学药剂这种方法可以减缓输送介质对管道内部的腐蚀。这种方法成本较低,较为方便,容易实现。


只需要根据输送介质选择合适的化学药剂,就可以有效的降低管道的腐蚀速度。


4 结语


天然气气田由于在地理上分布不均匀,输送过程中面临着各种各样恶劣的自然环境。在输送过程中,要充分认识防腐工作的必要性,必须加强管道防腐工作。根据管道腐蚀的原因,发现管道腐蚀原因的多样性和复杂性,针对腐蚀原因,提出了一些解决管壁内外腐蚀的保护措施。在实际生产过程中管道的防腐措施应从管道所在的自然条件及输送的介质出发,因地制宜地选择管道的防腐措施。


参考文献:


[1] 邹思勤。天然气管道腐蚀与防腐措施分析[J]. 中国石油和化工标准与质量,2017,37 (22) :32-33.


[2] 范开峰,王卫强,孙瑞,等。天然气管道腐蚀与防腐分析[J]. 当代化工,2013,42 (05) :653-656.


作者:党唐超,戚恒慎,张鹏 来源:《云南化工》,2019年2月第46卷第2期;中国知网


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