天然氣長輸管道的腐蝕與防護(hù)措施--畢業(yè)論文(存儲版)
【正文】 ，設(shè)備安裝、施工、維護(hù)較復(fù)雜、一次投資費(fèi)用高。 因此天然氣管道的腐蝕防護(hù)大都采用陰極保護(hù)與防腐層相結(jié)合的方法 ， 這種方法 被稱為管道的“聯(lián)合保護(hù)”，是當(dāng)今世界上公認(rèn)的管道防腐措施。 犧牲陽極保護(hù)方法的主要特點(diǎn)是： (1)不需要外加直流電源，適用于無電源地區(qū)和小規(guī)模、分散的保護(hù)對象； (2)驅(qū)動電壓低，輸出功率低，保護(hù)電流小且不可調(diào)節(jié)，陽極有效保護(hù)距離小，使用范圍受介質(zhì)電阻率的限制，但保護(hù)電流的利用率較高，一般不會造成過保護(hù)，對鄰近金屬設(shè)施干擾??； (3)陽極數(shù)量較多，電流分布 比較均勻，但陽極重量大，會增加結(jié)構(gòu)重量，且陰天然氣長輸管道的腐蝕與防護(hù)措施 14 極保護(hù)的時(shí)間受犧牲陽極壽命的限制； (4)系統(tǒng)牢固可靠，施工技術(shù)簡單，單次投資費(fèi)用低，不需要專人管理。如果用被腐蝕金屬的質(zhì)量來表示 腐蝕速度 ,則有下列關(guān)系： W=I T K 天然氣長輸管道的腐蝕與防護(hù)措施 13 式中： W 一 被腐蝕金屬損失的質(zhì)量 ,g I 一 腐蝕電流強(qiáng)度 ,A T 一 時(shí)間 ,s K 一 電化學(xué)當(dāng)量 上述因素都會影響到腐蝕電流 ,其中 ,土壤電阻率是反映土壤腐蝕性的主要指標(biāo) ,土壤電阻率越小 ,形成腐蝕電池的電流強(qiáng)度越大 ,腐蝕速度則越大 ,反之亦然。 (4) 熔結(jié)環(huán)氧粉末 (FBE)具有與鋼管表面結(jié)合牢固、絕緣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐溫度變化、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn) ,可適用于各種惡劣自然環(huán)境。國外采用聚乙烯防腐蝕有 40 多年歷史 ,目前仍有一定的使用量 ,其中 ,在中小管徑上的用量占第一位 ,中等管徑應(yīng)用上僅次于熔結(jié)環(huán)氧粉末。 目前國內(nèi)外適用于長輸管道的防腐蝕涂層主要有煤焦油瓷漆、 PE 二層結(jié)構(gòu)、 PE三層結(jié)構(gòu)、熔結(jié)環(huán)氧粉末 (FBE)、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末 (雙層 FBE)覆蓋層等。目前我國已開發(fā)了鋼管內(nèi)表面環(huán)氧樹脂靜電粉末噴涂技術(shù)及成套設(shè)備。 (2) SO2 的影響。若大氣中有酸性污染物 CO H2S、 SO 2 等 , 腐蝕顯著加快。通常所說的大氣腐蝕 , 就是指金屬材料在常溫下潮濕空氣中的腐蝕。必須注意的是：如果僅僅是微電池作用引起的腐蝕其結(jié)論則與上述情況完全相反，在粘土中，由于氧進(jìn)入較為困難，氧去極化過程較難，所以腐蝕也就較慢，而在土壤中，氧容易滲入，氧去極化過程容易，所以腐蝕就較快。當(dāng)土壤中含 CaCO3 時(shí) , 其腐蝕速率隨CaCO3 含量的增加而降低。 厘米，而潮濕含鹽的土壤，電阻率能低于 500 歐姆 在土壤中除具有可能生成 的多相組織不均性有關(guān)的腐蝕微電池外 , 還會因土壤介質(zhì)的宏觀差別而造成宏腐蝕電池 [2]。陽極反應(yīng)是金屬離子從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中和放出電子的過程，即陽極氧化過程。事故調(diào)查報(bào)告顯示，造成此次爆炸的直接原因是管線內(nèi)壁長期受到腐蝕，管壁變薄所致，因此對天然氣管道進(jìn)行防腐蝕保護(hù)是很有必要 的。 天然氣長輸管道的腐蝕與防護(hù)措施 3 目前輸氣管道使用最多的是鋼管 ,包括無縫管、直縫管等 , 敷設(shè)方式一般為埋地。 天然氣的地位隨著上升 [1]。 隨著非金屬材料（ 特別是合成材料）的迅速發(fā)展，它的破壞引起了人們的重視，從五十年代以后，許多權(quán)威的腐蝕 學(xué)者或者研究機(jī)構(gòu)傾向于把腐蝕的定義擴(kuò)大到所有材料， 即材 料腐蝕是指材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用（包括電化學(xué)作用）而破壞的現(xiàn)象。五十年代前腐蝕的定義只局限于金屬的腐蝕，它是指金屬在別的介質(zhì)（最常見的液體和氣體）作用下，由于化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理溶解而產(chǎn)生的破壞，這個(gè)定義明確指出了金屬腐蝕是包括金屬材料和環(huán)境介質(zhì)兩種在內(nèi)的一個(gè)具有反應(yīng)作用的體系，金屬要發(fā)生腐蝕必須有外部介質(zhì)的作用，而且這種作用是發(fā)生在金屬與介質(zhì)的相界上，它不包括因單純機(jī)械作用引起的金屬磨損破壞 。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)較快發(fā)展 ， 改善能源結(jié)構(gòu)的要求日趨迫切 ,加上 環(huán)保要求的日益嚴(yán)格和消費(fèi)者環(huán)保意識的增強(qiáng) ， 從而對清潔能源天然氣的需求會有較快增長 。 2020 年已完成基本骨干管道（約 4000 km） 的 西氣東輸 工程 ，配套建設(shè)支干線和區(qū)域性管道 11000～ 17000km，形成基本覆蓋長江三角洲地區(qū)及華東、華北、中部地區(qū)的天然氣管網(wǎng)。 我國東部九 個(gè)油氣田各類管道因腐蝕穿孔達(dá) 2 萬次 /年 , 更換管道數(shù)量達(dá) 400km/年 , 因腐蝕造成的年直接經(jīng)濟(jì)損失約為數(shù)億元 ； 1971 年 5 月 20 日深夜，我國四川威成輸氣管道的越溪段，正常運(yùn)行中管線突然爆管，該管道為 Φ630mm8mm，工作壓力為 ，爆炸中，氣流將管子沿焊縫平行方向撕裂，重達(dá) 201Kg 的管子碎片飛出 151m遠(yuǎn)，氣流沖斷 10m外的輸電線導(dǎo)致起火，使 50m以外的兩棟宿舍著火，傷 26 人，死亡 4 人，停輸兩天，搶修后換上新管段，運(yùn)行 7 個(gè)多月后， 1972 年 1 月 13 日，同一部位第二次爆管，經(jīng)查明以上兩次爆管均有嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕引起，腐蝕速度達(dá)到了 ，這是由于投產(chǎn)一年后，沿線接入了含 H2S 天然氣； 1995 年 7 月 29 日，橫貫加拿大管道公司的一條 1067mm天然氣管道在 Rapid 市附近破裂起火， 50 多分鐘后據(jù)爆破口7m遠(yuǎn)的另一條 914mm氣管也爆裂著火，兩條管道分別停輸了 15 天、 4 天，后來查明第一條管道是外部腐蝕裂紋引起的延性斷裂，后一事故是因火災(zāi)沒有及時(shí)撲滅引發(fā)的次生災(zāi)害； 2020 年 8 月，美國新墨西哥州卡爾斯巴市 El Paso 公司的一條天然氣管線突然爆炸，造成 12 人死亡。 金屬的電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與導(dǎo)電離子的介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞，任何一種按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的腐蝕反應(yīng)至少包含一個(gè)陽極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)，并以流過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流聯(lián)系在一起。在土壤中 , 氧的傳遞通過土壤孔隙輸送 , 其傳送速度取決于土壤的結(jié)構(gòu)和濕度 , 在不同的土壤中氧的滲透率會有很大差別。 (b) 土壤中含水量的影響： 土壤中的水分有些與土壤的組分結(jié)合在一起，有些緊緊粘附在固體顆粒的周圍，有些可以在微孔中流動，鹽類溶解在這些水中，土壤就成了電解質(zhì)，土壤的導(dǎo)電性與土壤的干濕 程度及含鹽量有關(guān)，土壤愈干燥，含鹽量愈少，其電阻就愈大，土壤愈潮濕，含鹽量愈多，電阻就愈小，干燥和少鹽 的土壤電阻率往天然氣長輸管道的腐蝕與防護(hù)措施 6 往高于 10000 歐姆 一般土壤中的含鹽量為 %～ % , 土壤中含鹽量越大電導(dǎo)率也越大 , 從而提高土壤的腐蝕性。 天然氣長輸管道的腐蝕與防護(hù)措施 7 土壤腐蝕常見的幾種形式 (1)由于充氣不均勻引起的腐蝕 當(dāng)管道埋設(shè)通過結(jié)構(gòu)不同和潮濕程度不同的土壤時(shí)（如通過砂土?xí)r），由于充氣不均形成氧濃差電池的腐蝕，處在砂土中的金屬部分，由于氧容易滲入，電位高，成為 陰極，而處在粘土中的金屬部分，由于缺氧，成為陽極，它們之間構(gòu)成氧濃差電池，而使粘土中的金屬部分遭到腐蝕，同樣，埋在地下的管道（特別是水平埋放直徑較大的管子），由于各處深度不同，也會構(gòu)成氧濃差電池，埋得較深的地方（如在管子的下部），由于氧到達(dá)困難，便成為陽極區(qū)，腐蝕就往往是發(fā)生在這個(gè)區(qū)域。鋼鐵在大氣自然環(huán)境中生銹 , 就是一種最常見的大氣腐蝕現(xiàn)象。此時(shí)大氣中存在著水汽 , 當(dāng)水汽濃度超過臨界濕度 (鐵的臨界濕度約為 65% , 某些鎳的腐蝕產(chǎn)物臨界濕度約為 85% , 而銅的腐蝕產(chǎn)物臨界濕度接近 100% ) , 相對濕度低于 100%
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