为保证长输天然气管道的运行安全,常用的敷设方式为为埋地敷设。天然气长输管道的核心材料是金属材料,在与地下水和土壤的长期接触过程中,金属材料很容易产生复杂的化学腐蚀,降低管线的强度,甚至破坏管道结构,严重缩短了管线的使用寿命,给管线的安全运行带来了极大的风险。因此,对埋地长输管线采用合理的防腐蚀控制措施,能够确保对金属管道进行有效保护,延长使用寿命。
金属腐蚀主要分为物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。由于天然气管道输送介质为含水量、含硫量合格的天然气,管线内腐蚀量极小,主要腐蚀点在管线外侧。根据埋地长输管线环境状况,其腐蚀原因主要包括土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。地下水中溶解着一定量的金属离子,在地下水的作用下,就使土壤具有一定的离子导电性,土壤本身的物理化学性质不均匀性和金属管道材质的不均匀电化学性质,构成埋地金属管道的电化学腐蚀因素,由此产生土壤腐蚀。
部分特殊环境中的土壤含有硫酸盐还原菌,在该细菌可参与电极反应,形成细菌腐蚀。杂散电流腐蚀是由管道系统环境外的杂散电流造成的,分为直流杂散电流腐蚀和交流杂散电流腐蚀。直流杂散电流腐蚀是在电极电位高和电位低区域发生的阴极放电还原和阳极电子被氧化反应,形成阳极的腐蚀。交流杂散电流腐蚀是管道附近高压电力线产生的二次感应交流电,形成电化学电池腐蚀,其特点是腐蚀量较小但较集中。
天然气长输管道防腐主要方法分为涂层防护、电化学防护和排流防护三种。
涂层防护是指在金属管道外表面通过覆盖防腐绝缘层,隔离管道金属材料与腐蚀环境,达到防止金属腐蚀的防护技术。该技术的核心是涂层的漏点控制和涂层的抗剥离强度,防腐涂层只有与钢管表面保持良好的粘结,才能发挥性能其。三层PE防腐层是近些年在天然气长输管线中广泛应用的涂层防腐技术,是一种对原材料质量、涂敷预制工艺参数准确性控制,以及检测水平要求都高的防腐层体系,涂层防腐质量好,造价相对较高。
电化学防护分为牺牲阳极保护和阴极保护。牺牲阳极保护方法,是通过选择金属活性高的金属材料与被保护管道形成极化反应,在极化反应中损失活性高的金属材料,从而使相对活性低的金属管道得以保护。
阴极保护是通过外加阴极电流作用在被保护管线上,使金属管道外表面成为电化学腐蚀中的阴极,形成阴极极化,从而使金属管道得以保护[2]。
排流防护是采用绝缘钨电缆,将被保护的金属管道与排流设备相连,把管道环境中的杂散电流引回电气设备或引至地极,从而使金属管道得以保护。排流保护的方法主要有直流排流、强制排流和接地排流。
目前的天然气长输管道的防腐设计,在选用三层PE防腐层的条件下,一般采用外加电流保护,根据线路的长度,分段设置若干阴极保护站,特殊地质条件下,采用牺牲阳极进行辅助保护。
区域阴极保护系统的安装包括:多路恒电位仪的接线、线性阳极的安装、通电点的安装、测试点及测试桩的安装、电缆的敷设、电缆连接及焊点防腐、均压电缆的安装等。
线路管道阴极保护站,指对站外线路管道的阴极保护,包括:恒电位仪接线、辅助阳极地床安装、通电点安装、电缆的敷设、电缆连接及焊点防腐等。
绝缘接头阴极保护相关设施的安装,包括:绝缘接头保护器的安装、绝缘接头测试桩的安装、电缆连接及焊点防腐、电缆敷设等。