隨著我國天然氣資源在各行各業中應用范圍的進一步拓寬,管道運輸憑借其安全性強、穩定性高等諸多優勢,在其資源運輸過程中扮演著不可忽視的重要角色。然而由于我國幅員遼闊,天然氣管道運輸方式往往跨越不同省份的不同氣候區,管道鋪設環境較為復雜,腐蝕直接成為危害天然氣管道運輸安全性和可靠性的重要因素。
通常情況下,天然氣輸送管材大多為鋼管,腐蝕是鋼材運輸過程中必須解決的重要環境難題。腐蝕程度的大小,直接影響天然氣管道的實際使用壽命,因此,下面對天然氣管道腐蝕機理及其防護措施的探討和研究,也就具備重要理論意義與現實價值。
其中,以電化學腐蝕為例,電化學腐蝕是天然氣管道運輸過程中,金屬管道電位失去平衡而導致微電流的局部形成,在富含電解質的溶液條件下,金屬失去其陽離子后形成陽極,電位較高部分得到電子形成陰極,從而在電化學作用下使天然氣運輸管道遭到腐蝕破壞。
天然氣管道的腐蝕主要包括外壁腐蝕和內壁腐蝕兩大類。
管道的外壁腐蝕是指天然氣運輸管道外表面發生腐蝕影響管道使用壽命,該情況往往出現在管道架空或管道深埋于地底的情況。通常而言,架空的天然氣管道外表皮會受到空氣中氧元素以及空中環境風吹日曬的影響,盡管其管道外表層上會有隔離涂層起到一定的防腐蝕效果,但日積月累的外界環境影響也將導致管道產生不良后果。深埋于地下的天然氣管道腐蝕環境更加復雜多變,往往是電化學腐蝕,而電化學腐蝕對天然氣運輸管道管壁厚度的損耗是不均勻的,很容易使管壁受到穿孔影響的概率大幅度增加,增大對管道的危害。
大氣腐蝕作為天然氣管道常見的金屬腐蝕現象之一,由于我國油氣資源絕大部分分布于西北片區,資源運輸跨度較長,管道所處的地理條件環境大相徑庭,不同地區管道所面臨的實際腐蝕狀態和腐蝕程度也截然不同,同時,不同區域空中含有的硫化物、顆粒物質等含量有所不同,暴露在空氣環境中的運輸管道受到的腐蝕情況也就有所不同。
例如,當天然氣成分中含有一定量酸性物質時,天然氣氣體將進一步分解出氫離子,天然氣輸送管道在發生該種酸性化學反應后,管道內壁自帶的保護膜將會被破壞,使氫離子直接與輸送管道內壁材料相接觸,給管道內壁造成不良影響而減少管道使用壽命。
此外,天然氣管道內壁腐蝕的電化學腐蝕也與其油氣成分中的酸性氣體相關,電化學腐蝕所形成的腐蝕原電池會在陰極發生極化反應,從而使電化學腐蝕速度進一步加快,影響管道使用壽命。
防止電化學腐蝕的重要方法即陰極保護措施,通常情況下,陰極保護措施是在天然氣輸送管道中接通足量大小的直流電流,直流電流接通后輸送管道內表面極性發生變化,以此最大限度減小管道內壁腐蝕時電池正負極之間的電位差,使化學反應腐蝕電流值進一步減小,從而對天然氣輸送管道起到良好的保護作用。
另一種普遍的陰極保護措施,延長天然氣輸送管道的方式,即在天然氣輸送管道表面涂抹一定的防腐涂層,可將兩類方式有機結合,最大限度加強對天然氣管道的保護,圖1即為天然氣陰極保護示意圖。
但整體而言,通過改善腐蝕環境降低天然氣輸送管道受腐蝕程度,延長管道使用壽命的方式,局限性太大,實際操作成本較為高昂,具體實施效果很可能不佳,可行性較低,因此,往往在部分不能采用其他方式的特定區域實行。
但在使用緩蝕劑時,應根據當地土壤條件和天然氣管道運輸實情,選擇更加適宜的緩蝕劑,通過最少量的緩蝕劑達到管道運輸最大化的防腐蝕效果。
另一方面,由于緩蝕劑使用太容易對輸送管道表面性質造成影響,應根據管道具體材質和強度參數等針對性的選擇不同類別的緩蝕劑。
天然氣資源對國家能源安全與工業經濟發展的重要價值不容忽視,在預防和減輕天然氣管道腐蝕時,可根據天然氣管道的腐蝕機理與腐蝕類型,針對性地采取陰極保護措施、改善腐蝕環境和添加緩蝕劑等方法,最大限度降低天然氣輸送管道受腐蝕程度。
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