天然气管道腐蚀及其防护措施

随着我国天然气资源在各行各业中应用范围的进一步拓宽，管道运输凭借其安全性强、稳定性高等诸多优势，在其资源运输过程中扮演着不可忽视的重要角色。然而由于我国幅员辽阔，天然气管道运输方式往往跨越不同省份的不同气候区，管道铺设环境较为复杂，腐蚀直接成为危害天然气管道运输安全性和可靠性的重要因素。在此背景下，本文探究了天然气管道腐蚀机理和管道腐蚀类型，深入分析了天然气管道腐蚀的具体原因，并针对性地提出了天然气管道腐蚀的阴极保护措施、缓蚀剂防护保护措施和改善腐蚀环境保护措施等，旨在为我国天然气管道防腐蚀水平的快速提升带来更多参考和启迪。

与煤炭和石油等燃烧介质相比，天然气作为较清洁和绿色环保的能源类型，往往借助管道运输方式连接上游气田和天然气下游用户，保证天然气能从气田平稳安全运输到终端用户，保障社会民生和促进区域经济发展。通常情况下，天然气输送管材大多为钢管，腐蚀是钢材运输过程中必须解决的重要环境难题。腐蚀程度的大小，直接影响天然气管道的实际使用寿命，因此，本文对天然气管道腐蚀机理及其防护措施的探讨和研究，也就具备重要理论意义与现实价值。

1 天然气管道腐蚀机理

1.1 腐蚀机理
天然气管道的腐蚀是天然气运输金属管道与周边环境物质在化学反应或电化学作用下产生的一系列影响，最终导致金属管道受到破坏的整个过程，按照其反应原理，天然气管道腐蚀基本可分为化学作用腐蚀、电化学作用腐蚀和生物化学腐蚀三大类别。其中，以电化学腐蚀为例，电化学腐蚀是天然气管道运输过程中，金属管道电位失去平衡而导致微电流的局部形成，在富含电解质的溶液条件下，金属失去其阳离子后形成阳极，电位较高部分得到电子形成阴极，从而在电化学作用下使天然气运输管道遭到腐蚀破坏。

1.2 天然气管道腐蚀类型

天然气管道的腐蚀主要包括外壁腐蚀和内壁腐蚀两大类。管道的外壁腐蚀是指天然气运输管道外表面发生腐蚀影响管道使用寿命，该情况往往出现在管道架空或管道深埋于地底的情况。通常而言，架空的天然气管道外表皮会受到空气中氧元素以及空中环境风吹日晒的影响，尽管其管道外表层上会有隔离涂层起到一定的防腐蚀效果，但日积月累的外界环境影响也将导致管道产生不良后果。深埋于地下的天然气管道腐蚀环境更加复杂多变，往往是电化学腐蚀，而电化学腐蚀对天然气运输管道管壁厚度的损耗是不均匀的，很容易使管壁受到穿孔影响的概率大幅度增加，增大对管道的危害。

天然气管道内壁腐蚀是在管道内表面发生腐蚀，与天然气成分中的部分化学元素紧密相关。一般而言，天然气中往往含有一定量水分，该类水分在天然气运输过程中会在其管道的内表皮形成亲水膜，在运输管道中产生电化学反应，使天然气运输管道内壁产生电化学腐蚀而引起严重后果。同时，天然气中含有的部分二氧化碳、硫化物等，具备较强腐蚀性，该类化合物与管道内壁接触时也会对管道内壁产生一定腐蚀。

2 天然气管道腐蚀的原因

2.1 天然气管道外壁腐蚀的原因

通常情况下，天然气管道外壁腐蚀主要是由于输送管道与大气环境、土壤环境甚至海水环境相接触，也就是说，外壁腐蚀主要包括土壤腐蚀、大气腐蚀和海水腐蚀三大类。大气腐蚀作为天然气管道常见的金属腐蚀现象之一，由于我国油气资源绝大部分分布于西北片区，资源运输跨度较长，管道所处的地理条件环境大相径庭， 不同地区管道所面临的实际腐蚀状态和腐蚀程度也截然不同，同时，不同区域空中含有的硫化物、颗粒物质等含量有所不同，暴露在空气环境中的运输管道受到的腐蚀情况也就有所不同。

2.2 天然气管道内壁腐蚀的原因

天然气运输管道发生内壁腐蚀主要归咎于管道内环境，而管道内环境与实际所输送天然气物质及其杂质成分相关。天然气管道内壁腐蚀主要包括冲刷腐蚀、高温高压腐蚀、酸性气体腐蚀三大类，就酸性气体腐蚀问题而言，天然气成分中含有部分诸如硫化氢、二氧化碳等的酸性气体，该类酸性气体很容易在天然气管道运输过程中产生电化学反应，使管道内壁遭受腐蚀。例如，当天然气成分中含有一定量酸性物质时，天然气气体将进一步分解出氢离子，天然气输送管道在发生该种酸性化学反应后，管道内壁自带的保护膜将会被破坏，使氢离子直接与输送管道内壁材料相接触，给管道内壁造成不良影响而减少管道使用寿命。此外，天然气管道内壁腐蚀的电化学腐蚀也与其油气成分中的酸性气体相关，电化学腐蚀所形成的腐蚀原电池会在阴极发生极化反应， 从而使电化学腐蚀速度进一步加快，影响管道使用寿命。

3 天然气管道腐蚀防护措施

3.1 阴极保护

由于天然气运输管道内壁腐蚀现象较为严重，且其中的电化学腐蚀是造成内壁腐蚀的重要原因，因此，电化学腐蚀在天然气输送管道的保护过程中尤其值得关注。防止电化学腐蚀的重要方法即阴极保护措施，通常情况下，阴极保护措施是在天然气输送管道中接通足量大小的直流电流，直流电流接通后输送管道内表面极性发生变化，以此最大限度减小管道内壁腐蚀时电池正负极之间的电位差，使化学反应腐蚀电流值进一步减小，从而对天然气输送管道起到良好的保护作用。另一种普遍的阴极保护措施，延长天然气输送管道的方式，即在天然气输送管道表面涂抹一定的防腐涂层，可将两类方式有机结合，最大限度加强对天然气管道的保护，图 1 即为天然气阴极保护示意图。

3.2 改善腐蚀环境

天然气输送管道外壁腐蚀是缩短管道使用寿命的重要因素，腐蚀环境的复杂性又是管壁腐蚀严重程度的关键因素，输送管道所处地理环境对管道受腐蚀状况有着重要影响，因此，对部分输送管道腐蚀严重地区，应通过改善当地自然条件甚至空气环境等方式，降低对天然气输送管道的腐蚀作用。例如，可在天然气管道埋设附近的土壤环境中，采取脱水方式或者调节土壤结构 ph 值的方式，最大限度降低管道铺设周边土壤的腐蚀作用，有效保护天然气输送管道的结构安全。但整体而言，通过改善腐蚀环境降低天然气输送管道受腐蚀程度，延长管道使用寿命的方式，局限性太大，实际操作成本较为高昂，具体实施效果很可能不佳，可行性较低，因此， 往往在部分不能采用其他方式的特定区域实行。

3.3 缓蚀剂防腐

添加缓蚀防腐剂是天然气输送管道外壁防腐的重要途径，该类方式成本较小，造价较低，实际操作性较强， 可行性较高。同时，添加防腐剂方式，能够有效避免天然气输送管道由于外部开裂而造成的不良后果，延长管道使用寿命。例如我国西南地区酸性气田集输管网都要定期进行缓蚀剂涂膜作业以延缓腐蚀速率。但在使用缓蚀剂时，应根据当地土壤条件和天然气管道运输实情， 选择更加适宜的缓蚀剂，通过最少量的缓蚀剂达到管道运输最大化的防腐蚀效果。另一方面，由于缓蚀剂使用太容易对输送管道表面性质造成影响，应根据管道具体材质和强度参数等针对性的选择不同类别的缓蚀剂。

4 结论

天然气资源对国家能源安全与工业经济发展的重要价值不容忽视，在预防和减轻天然气管道腐蚀时，可根据天然气管道的腐蚀机理与腐蚀类型，针对性地采取阴极保护措施、改善腐蚀环境和添加缓蚀剂等方法，最大限度降低天然气输送管道受腐蚀程度。