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天然气管道防腐检测及安全防护宋祎昕

发表时间：2021/8/10 来源：《建筑科技》2021年9月上作者：宋祎昕

[导读] 众所周知，天然气对能源产生的重要性。它不仅能有效促进各能源产业的稳定健康发展，而且为维护我国国民经济社会发展稳定提供有力保障。

浙江浙能天然气运行有限公司宋祎昕 310000

摘要：众所周知，天然气对能源产生的重要性。它不仅能有效促进各能源产业的稳定健康发展，而且为维护我国国民经济社会发展稳定提供有力保障。同时，管理者要特别注意地下管线的泄漏、防腐检测和安全健康防护。文章简要介绍了安全管道内壁腐蚀的机理，介绍了安全管道防腐检测的应用方法；希望本文能为国内相关行业提供参考。
关键词：天然气管道；防腐检测；安全防护
        1.天然气管道防腐的重要性
        一般来说，天然气管道腐蚀后产生的物质会对天然气的质量产生很大的影响。此外，这些物质还会附着在管壁上，加剧了腐蚀速度，在很大程度上威胁着管道的安全。首先，严重的腐蚀将导致管道破裂和天然气泄漏，给运营企业造成不可估量的经济损失；其次，天然气中含有污染物。如果泄漏，将对我国生态环境造成严重破坏，进而引发一系列污染问题；最后，如果发生明火，很可能引发火灾，影响人们的生命安全和财产经济。基于此，天然气管道的腐蚀控制具有重要意义。一方面可以有效防止天然气泄漏引发的安全事故，另一方面可以提高管道输气效率。
        2天然气管道腐蚀机理
        2.1外腐蚀原理分析
        埋地管道环境是天然气管道外腐蚀的主要来源。埋地管道环境的腐蚀主要受土壤中硫化物、土壤含水量、含氧量和含盐量的影响。

        2.2内腐蚀原理分析
        2.2.1管道内自由水和高气液比
        由于空气压力降的直接影响，油饱和气和天然气的组成在天然气输送管道的过程中会逐渐出现自由液相。高密度气液比层流导致两种不同的流型：一种是环形层流，另一种是环形层流；当水的气液比较高时，它会流动形成一个循环气流。它的一个主要特点是在管壁的上下部分附着液膜，气体会自动将小液滴吸引到前面。当水中气液比较低时，会发生大气流动。此时，液相的正向运动在管的下部，而水和气相的反向运动在管的上部。另外，当气体流量增加时，腐蚀反应能力也随之增加，即腐蚀速率与气体流量成正比。
        2.2.2杂质气体、温度和压力
        首先，在天然气输送管道中，除了一些天然气外，还存在一些含有许多杂质的气体，如一些CO2、SO2、H2S和一些水蒸气。受海水温度和大气压力变化的影响，水蒸气在一定流量管下凝结形成液态蒸馏水。形成的液态水与CO2、SO2结合形成碳酸（H2CO3）、亚硫酸等酸性液体，严重腐蚀排水管道内壁。其次，随着土壤温度的升高，酸腐蚀液对管道内部的酸腐蚀反应速率加快，土壤中硫化物对管道外部的酸腐蚀反应速率也加快。最后，随着管道压力的不断升高，酸性管道材料的活性也会增加，酸性管道液体和金属管道的化学反应酸化能力必然增加，最终导致酸性管道的金属腐蚀。
        3天然气管道腐蚀检测技术
        3.1埋地管道外部检测技术
        （1）PCM技术主要用于快速检测衰减后电力管道中电流的梯度。外部导电涂层的损伤状态通常由损伤接触点的数量分布、电阻磨损率和内部电流衰减率来评价。该测试方法的基本设计原则是：首先，搭建测试桩，连接负载电流驱动信号，在测试桩周围形成电磁场，根据试桩负载电流驱动线的电磁场运动原理，进行了各种等效率电流信号转换。信号中的电流值可由接收端的磁场电流分量仪测量。如果管道防腐层完好，则管道周围的金属磁场相对稳定。
        (2)利用GIPS检测技术可以有效地评价阴极保护系统的应用效果。检测原理是通过电缆将采集器与试验桩连接，采集器的另一端与参比电极连接。地面电位测量与管道采集的距离约为2m。在测量过程中获得了两种电位：(1)VON，即阴极保护接通时产生地电位；(2）在阴极保护断开时产生VOFF。消除土壤红外后产生VOFF。
        该检测方法的主要技术特点之一是能够通过检测有效地计算出输气管道各阴极保护的驱动电位，准确评价管道阴极保护电位的效果。另外，该检测方法能准确定位产品潜在的腐蚀损伤部位，判断产品是否有需要修复或损伤的部位。其主要缺点是在城市基础设施和建筑地磁场连续高速运动的过程中，会直接产生大量的地磁杂散电流，对地磁探测器的精度产生一定的不利影响。如果整个阴极保护电路无条件完全断开，则不能直接测量阴极断路器地电位。
        3.2管内检测技术
        (1)超声成像检测。在隧道厚度测量过程中，探头两端应先后接收通过管道内外壁的不同反射电磁波，通过厚度计算公式可得到隧道壁的实际涂层厚度。管材内壁的厚度和所用材料的质量不直接影响管材试验的结果。同时还可以帮助检测管道内外壁的机械腐蚀和挤压变形等。主要是检测地下管线的水腐蚀严重程度和危险位置的直接检测方法。基于此设计方法的管道试验设计数据，不需要进行课程教学和专业研究。可广泛应用于实现管道物料输送的最大压力和精确计算，为企业确定和快速发展新管道设备的使用寿命和管道维修解决方案提供了强有力的保障。同时，超声波检测方法在应力管道结构缺陷程度检测和极应力管道腐蚀程度检测方面也具有良好的市场适应性。其他缺点主要是由于声波衰减快。在线检测声波时，通常要加入水和热油作为声波信号传播的介质。
        (2)微波漏磁检测应用技术。这种方法的原理是利用铁磁材料的高速铁磁电导率。根据磁场的影响，管子会发生磁化反应。与其他管道的耐腐蚀性能和缺陷区排水透气性差相比，钢管的透气性更为突出。它的主要优点之一是可以有效地避免漏检的问题，即电子探测器可以在不需要任何偶联催化剂条件下直接进行。缺点之一是管壁检测厚度局限于近端和金属材料焊接表面的表面积。管壁检测厚度一般小于12mm，容易承受各种外部环境因素的直接干扰，空间和分辨率性能较差。同时，根据壁厚与当前检测数据精度的反函数关系，即在较深的底部漏磁辐射信号大于缺陷点，且漏磁辐射信号小于缺陷点。因此，我们有必要对目前检测到的数据质量进行分析和验证。在检测工作中，如果相关数据中有杂质，就会影响数据的真实性，所以可以控制检测速度，提高检测精度。
        4天然气管道安全防护策略
        4.1涂层处理
        涂层强化防腐是目前我国应用最广泛、最经济的防腐方法，能显著提高我国天然气管道的耐腐蚀性能。根据排水管道内外壁及排水环境的不同，选用不同的防水涂料。地下管道外壁的主要土壤腐蚀源可能是地下水或土壤环境中的其他有害微生物，这就必然要求所有防腐涂层材料都应具有足够的耐酸、耐碱、高耐水性和长期防护性能。其次，大部分地上管道长期暴露在阳光下，温差明显。它们还必须受到雨水和沿海烟雾的影响。因此，需要使用防水涂料通常需要它具有足够的防水耐候性和良好的耐盐雾性。目前常用的涂料是1/G2/G3环保型环氧乙烷粉煤灰沥青涂料。最后，必须特别考虑到，由于管道内壁与水和天然气直接接触，天然气不可避免地会与水、二氧化碳、溶解剂和氧气等具有冷热腐蚀特性的物质混合。在各种因素（天气、温度、流量）的相互作用下，管道内壁容易发生直接的冷热腐蚀。因此，有必要对输气管道内壁与天然气管道内壁进行隔离，以大大减少空气对输气管道内壁的腐蚀破坏。
        4.2阴极保护
        在天然气管道防腐措施中，阴极保护是天然气管道最有效的防腐措施。阴极保护方法可分为牺牲电流阳极法和强制电流阴极法。前者对室内外环境干扰小，维护费用低，施工方便，电流大，利用率高。其缺点是材料成本高，使用寿命固定，活性金属分解产物会污染周围环境。一般来说，适用于占地面积小的小型埋地钢管。强制电流保护法的主要技术优点之一是应用范围广、成本低、使用寿命长、输出和输入电流完全可调。缺点之一是没有专人负责定期维护，对输出线的电流自动控制性能要求高，具有一定的使用风险，适合长距离输出线管道的排水和防腐。在实际生产经营过程中，强流法具有计量经济性好、对生态环境无严重污染、节约资源等优点。
        4.3电化学防腐措施
        目前，我国广泛采用的管道牺牲阳极腐蚀防护主要是采用牺牲阳极腐蚀阴极保护法对天然气输气管道的管壁进行长时间的保护，从而有效地增加管道的保护距离，提高管道的保护利用效果。在管道安装和使用过程中，应在保护管道阴极入口处设置电绝缘保护装置，以保护管道阴极产生电流。此时，如果下水管道确实存在防腐涂层和保温接头断电等问题，管道就会受损。在这个好的位置安装一台接地性能好的电视机可以使它起到很好的安全防护作用。
        4.4改善运输条件
        对于天然气管道输送，需要增加一定的压力，以保证天然气的输送效率。在施压过程中，要保证压力适中，不能因压力过大而损坏管壁，压力不能波动，使管道内壁在长期作用下损坏，在腐蚀作用下扩大损坏。因此，在天然气管道运输过程中，必须针对腐蚀的存在，通过实施监督管理，稳定输气条件，并在其他防腐措施存在的情况下，为天然气输送提供稳定可靠的支撑。
        5 结论
        综上所述，影响我国天然气输送管道土壤腐蚀的主要环境因素有：土壤杂质气体、土壤含氧量、土壤硫化物等。为有效降低工业管道的防腐损失和生产成本，相关生产企业积极开展管道防腐质量检查和安全生产保护管理。借助该检测设备技术，可以检测下水道内外壁构件，进行安全防腐防护，同时开展下水道安全防腐检测工作。
参考文献
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