天然气管道外腐蚀与防护詹摘要：根据输气管道统计资料总结出天然气管道腐蚀因素在引发管道事故影响因素的位列，指出腐蚀是造成天然气管道事故的最主要原因之一，通过比较得出外腐蚀较之内腐蚀占所有腐蚀的比重相对较大，进而探讨了输气管道外腐蚀的分类及其影响因素，介绍了输气管道防护措施，包括防腐涂层和阴极保护两种最广为应用防护方式，提出了各自适用的腐蚀防护方式，即双层FBE和三层PE广泛应用于外防腐涂层，强制电流阴极保护是输气管道阴极保护的主要应用类型，最后阐明了实施防腐涂层和强制阴极保护联合保护才能发挥高效优质的腐蚀防护效能。

关键词：外腐蚀；防护；涂层；阴极保护External Corrosion and Protection for Natural Gas PipelinesZhanAbstract: Based on Natural gas pipeline incident statistics，the corrosion ranks top on the list of incident factors. By comparison，external corrosion outweighs internal corrosion. Further，classification and influencing factors of external corrosion are introduced and anti-corrosion measures are presented, including anti-corrosion coating and cathodic protection. The former is typical of two-layer Fusion Bonded Epoxy Powder Coating (FBE) and three-layer polyethylene coating(PE). The latter is widely applied as impressed current cathodic protection. Finally, for efficient anit-corrosion, the combination of coating and cathodic protection is suggested.Keywords: external corrosion; protection; coating; cathodic protection1 天然气管道外腐蚀问题天然气输气管道是连接气田天然气或油田伴生气或LNG终端与城市门站之间的管线，是连接供应区至需求区的纽带，是天然气管道输送系统的重要环节之一。

现代输气管道正往高压力、大口径、长距离方向发展，对安全性和可靠性提出了更高要求。

从不同国家和地区对已有埋地输气管道失效事件影响因素的统计数据可以看出，管道腐蚀问题一直像个挥之不去的梦靥时时困扰着管道运营商。

以下是腐蚀因素在管道事故原因的排序统计[1]。

美国是世界上输气管道建设最早、累积公里数最多的国家，早在1886年建成了第一条输气管道。

其能源部曾对1987～2006年间运行的天然气管道事故（有人员伤亡或财产损失超过5万美元）进行统计分析，期间共发生1137起事故，其中腐蚀引发的事故共231起，事故率是20.3%，仅次于外力破坏的38.5%、材料缺陷或结构破坏的24.2%。

在欧洲，从1970～2004年间由腐蚀引发的事故占16.9%，排在外部影响和材料及施工缺陷之后，位列第三。

前苏联石油天然气工业在20世纪80年代得到迅猛发展，1981～1990年期间共造成输气管道事故共752次，因腐蚀造成事故累计达300次，占39.9%，居各种事故原因引发事故之首。

川渝地区是我国重要的天然气工业基地，于1963年建成了国内第一条长输输气管线。

经统计，1969年～1990年间四川天然气管道事故共发生155次，其中因腐蚀引发的有67次，占事故总数的43.22%，居各事故原因首位[2]。

在腐蚀因素中，以外腐蚀、内腐蚀因素为主。

在美国，外腐蚀所占的比例最高，为40%，约为内腐蚀的1.5倍；在前苏联，外腐蚀和内腐蚀的比例约4.78:1；在四川，外腐蚀和内腐蚀比例为2.19:1。

从以上统计资料可以看出，腐蚀因素是造成天然气管道事故的最主要原因之一，对于输气管道，天然气介质在进入长输管线前经除二氧化硫、二氧化碳、水汽等净化处理，发生内腐蚀的几率相对较少，外腐蚀占腐蚀类型中的比例最大。

因此探讨天然气管道外腐蚀及其防护，具有重要的工程意义。

2 天然气管道腐蚀原因简析2.1腐蚀的分类腐蚀是金属在周围物质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏，按腐蚀反应原理分，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀及生物化学腐蚀。

化学腐蚀是土壤、空气或管道中各种化学介质与金属接触发生化学作用而引起的，不发生化学能向电能的转化，腐蚀时整个金属表面流失较均匀，使管壁变薄。

电化学腐蚀是由于电极电位的不同，在金属表面形成一种微电池，金属在电解质溶液中因失去电子而成为离子被溶解，形成阳极，电极电位较高的部位得到电子，形成阴极，是与电流流动有关的一种腐蚀。

生物化学腐蚀是由细菌生命活动而引起或加速金属破坏的一种腐蚀。

三种腐蚀中以电化学腐蚀的危害最大，发生频率最大，往往造成钢管表面出现凹穴，甚至穿孔。

2.2腐蚀的影响因素输气管道腐蚀受管道的材质本身、安装质量及防腐措施效果直接影响，也与周围介质的特性及环境条件密切相关，包括土壤性质、电阻率、含氧量、含水量、PH值、杂散电流、微生物等因素。

埋地管道外腐蚀发生场合：①地层构造不均匀的地带，如砂土、黏土、细沙、岩石和亚粘土等混合处。

②土壤电阻率较小的地带。

③盐、碱含量较高的地带。

④管道外防腐层破坏而又潮湿的地带[3]。

3 腐蚀的防护有效的腐蚀控制与防护成为输气管道安全系统工程的重要组成部分，选择适用的腐蚀防护方式是管道防腐的重大课题。

实践表明，输气管道一般采用防腐绝缘层（一次保护）与阴极保护（二次保护）两种方法结合并用的措施，构成经济而可靠的防腐系统，在实际应用中取得了良好的效果。

3.1 防腐涂层防腐涂层将管体金属基体与土壤环境隔离，避免输气管道与土壤环境直接接触，是输气管道防腐的第一道防线，发挥着物理阻隔作用，同时涂层为阴极保护提供了电绝缘条件。

因防腐涂层遭受复杂多样的地形和土壤环境侵扰，是腐蚀控制的薄弱环节，因此对防腐涂层提出了严苛的要求，需要如下具备性能：（1）有良好的附着力具有优异的铁基体附着力，特别要求湿膜附着力良好；（2）有良好的抵抗介质渗透性，成膜后，涂层具有尽可能低的水和氧及其它腐蚀因子的渗透性，起到密封、隔绝、屏障的作用。

（3）有良好的耐蚀性，包括耐受大气、水、酸、碱、盐、其它溶剂等介质的腐蚀；（4）具有优异的物理机械性能，具有低的收缩率，适当的硬度、韧性、耐磨性、耐温性能等，具有良好的弹性和变形能力，能够抵御管线在土壤的蠕动，随钢管热胀冷缩、移动而不剥离；（5）能够抵抗恶劣条件对管线涂层的影响，如地质变化、蠕动、高应力、外力冲击等，能抵抗装卸、贮存和安装正常操作可能引起的损伤，在管沟回填以后仍具有良好的完整性；（6）具有优异抗阴极剥离性，防止针孔损伤随时间扩展成大的损伤；此外，还应具备有效的电绝缘性，致密性好，能有效地保持绝缘电阻随时间恒定不变和易于补伤等性能。

目前国内外用于长输管道的防腐蚀涂层主要有煤焦油瓷漆、聚乙烯二层结构（二层PE）、聚乙烯三层结构（三层PE）、熔结环氧粉末（FBE）、双层熔结环氧粉末（双层FBE）覆盖层等[4]。

其中双层FBE和三层PE是天然气管道外防腐层的主要应用类型，国内外防腐层发展趋势是改进三层PE结构以及双层熔接环氧粉末结构，以达到更好的防腐性能。

3.2阴极保护钢管包覆涂层后，仍会发生腐蚀，这是由于涂层本身存在针孔具吸水性易于老化缺陷以及在安装施工和运行过程中涂层意外破坏，缺陷和损伤处使金属暴露于腐蚀环境，导致大阴极小阳极的现象，致使涂层破损处腐蚀加速，极易腐蚀穿孔。

有例为证，一埋地钢管使用涂层加阴极保护，15年未发生腐蚀故障。

后来安装另一同规格的管线，承包商认为双重保护是多余的，只使用了涂层，未采用阴极保护，结果不到1年就发生腐蚀泄漏[5]。

根据提供极化电流的方法不同，阴极保护可以分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种。

3.2.1 牺牲阳极法牺牲阳极法是用一种腐蚀电位比被保护金属腐蚀电位更负的金属或合金与被保护体组成电偶电池，依靠负电性金属不断腐蚀溶解产生的电流供被保护金属阴极极化而构成保护的方法，由于低电位金属所在电偶电池中作为阳极，偶接后其自身腐蚀速度增加，故被称作“牺牲阳极”。

3.2.2 外加电流阴极保护外加电流阴极保护是利用外部直流电源直接向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化，实现被保护体进入免蚀区而受到保护的方法，由辅助阳极、参比电极、直流电源和相关的连接电缆所组成。

牺牲阳极法和强制电流法阴极保护各有其优缺点，有其各自的应用范围，应根据供电条件、介质电阻率、所需保护电流的大小、运行过程中工艺条件变化情况、寿命要求、结构形状等决定，通常情况下，对有电源、介质电阻率大、所需保护电流大、条件变化大、使用寿命长的大系统，应选用外加电流阴极保护，反之宜选用牺牲阳极保护。

因此长输天然气管道适宜用外加电流阴极保护。

3.3 联合防护牺牲阳极阴极保护和强制电流阴极保护必须进行联合防护，才能取得良好的效果，理由如下：（1）管道与外界的电绝缘，是实施阴极保护系统的先决条件，涂层降低了阴极保护所需的电流，而且提高了电流分散能力。

（2）管道防腐层破损点不可避免，如不实施阴极保护，那么腐蚀穿孔是必然的，阴极保护防止了涂层孔隙和损伤处外露金属发生腐蚀。

（3）防腐涂层是对埋地管道外壁的全面保护，主要是针对均匀腐蚀而言，阴极保护则主要以点保护为主，是针对防腐涂层的破损处。

（4）涂层破损位置具有不确定性，给防腐涂层及时准确修补工作带来困难，将整条管道都置于阴极保护的保护范围内，采用防腐涂层和阴极保护的双重保护措施，实现长期地、有效地实施管道保护。

3.4临时性阴极保护由于天然气管道距离长、施工周期较长，为避免管道下沟回填后，在强制电流阴极保护系统投运前发生电化学腐蚀，应采取临时性阴极保护措施。

临时阴极保护采用带状牺牲阳极，埋设点位于相应的测试桩处，牺牲阳极通过测试桩向管道提供阴极保护电流。

待强制电流阴极保护系统投运后，必须断开牺牲阳极与管道的连接。

4 结论输气管道腐蚀是目前除外力破坏外造成天然气管道事故主要原因之一，采用防腐涂层加阴极保护联合防护的腐蚀控制与防护，经实践证明防腐效果良好，是当前最受推崇的输气管道防腐方式。