城市天然气管道的腐蚀与防护

材料保护技术和工程设计课程报告问题脖子城市天然气管道腐蚀与防护论文作者和内容：李金凤：研究背景和意义与结论的第一和第五部分；文章摘要、关键字、全文修改整理、排版连接。卢宏杰：腐蚀类型和机理的第二部分石元济：第三次防腐措施概述洪晓露：设计第四项保护措施城市天然气管道的腐蚀与防护李金凤陆洪杰史元济洪晓露。上海大学材料科学与工程学院相对于天然气利用量的急剧增加，管网设施是天然气发展的基本条件之一，也是国家现代化的重要标志。因此，城市燃气管网设施得到了快速发展，成为城市生存和发展的必要保障和国家的重要基础设施。本文分析了大气、土壤腐蚀特性和城市天然气管道腐蚀的影响因素，总结了目前的一些保护措施。关键词城市天然气管道大气土壤防腐一、研究背景和重要性天然气是获取石油气体碳氢化合物的物质，天然气分为两种，伴随着火，伴随着火。我国很多城市现在应用天然气，用作民用煤气或化学原料，或用于工业燃料。随着我国国民经济的快速发展，改善能源结构的要求越来越迫切，环境保护要求越来越严格，消费者环境意识的提高，对清洁能源天然气的需求将迅速增加。随着天然气的地位上升。根据我国国民经济发展的能源需求和能源结构的变化，利用能源弹性系数法预测我国天然气需求，结果2005年至2010年天然气总需求为600108 1010108m3。请参阅表1。天然气使用量急剧增加促进了天然气产业的发展，管网设施是天然气发展的基本条件之一，也是国家现代化的重要标志。因此，城市燃气管网设施得到了快速发展，成为城市生存和发展的必要保障和国家的重要基础设施。煤气管道是连接上游资源和下游用户的纽带，是天然气运输和消费的必要手段。全国城市燃气行业到1999年为止，管道长度为4.62万公里。其中人工煤气管道2万95公里，液化石油气管道0万2000公里，煤气管道1万47公里。全国天然气管道总长度约为10638公里。管道直径426mm以上的燃气管道共45个，长度6873公里。2007年，基本骨干管道(约4000公里)的西气东输工程已经完成，支持干线及地方管道11000 17000公里建设，形成了基本覆盖长江三角洲和华东、华北、中部的天然气管网。而且，目前煤气管道最常用的管道有无缝管道、直管、螺旋接头管道，布局方法一般为卖场。也有实验称，埋葬的钢管如果不防腐蚀，一年内就能腐蚀穿孔，采取合理的防腐措施，寿命可以维持25年以上。天然气开采中经常有二氧化碳、硫化氢等相关气体，这些气体的存在会降低天然气的发热量，在管道、设备等方面引起腐蚀。因此，天然气输送设备长期与强腐蚀介质接触，特别是在高温高压罐流速等条件下服务等腐蚀问题显得更加突出和严重。从热力学的角度来看，金属腐蚀是可以降低为自由能的自发过程，天然气地下金属管外壁的腐蚀是金属所在环境中化学和电化学作用所造成的一种损伤。腐蚀会引起天然气井油(集)的破坏，集水管爆破等管线故障。其发生严重制约了天然气收集和运输能力的提高，增加了维修费用。另外，天然气具有易燃、易爆性等特点，如果管道泄漏，很可能引起火灾爆炸事故。阻碍正常平稳的空气供应，影响用户的生产、生活和生命财产安全。据调查，天津燃气管道38公里，近10年来管道腐蚀穿孔更换了6公里。根据管道运行时间和壁厚数据，穿孔寿命为5-17年，腐蚀速度为0.30-1.22mm/年。我国东部9个油气田的各种管道腐蚀穿孔，2万件/年，更换管数量为400公里/年，腐蚀造成的年直接经济损失约达数亿元。腐蚀造成的损失不仅威胁着人们的生命安全，还给国家造成了巨大的经济损失。因此，加强对腐蚀及防腐问题的研究，经济和实践至关重要。煤气管道的腐蚀及腐蚀解决方法的研究是必须的。二、腐蚀类型和机理2.1大气腐蚀大气中的水、氧、酸性污染物等物质的影响而产生的腐蚀称为大气腐蚀。钢在大气自然环境中生锈是最常见的大气腐蚀现象之一。通常称为大气腐蚀，是指金属材料在常温下潮湿空气中的腐蚀。2.1.1大气腐蚀特性一般来说，钢有三种在大气条件下经受大气腐蚀的类型。(1)干燥的大气腐蚀。这时大气基本上没有水蒸气，普通金属在室温下产生看不见的氧化膜，钢铁表面保持光泽。(2)潮湿的大气腐蚀。是指肉眼看不见的膜层下金属的腐蚀。大气条件下钢的腐蚀本质上是在水膜上的电化学腐蚀。这时大气中存在水蒸气，水蒸气浓度达到临界湿度(铁的临界湿度约为65%，部分镍的腐蚀产物的临界湿度约为85%，铜的腐蚀产物的临界湿度接近100%，相对湿度低于100%，金属表面的薄层存在，发生均匀腐蚀)。大气中有酸性污染物CO 2、H2S、SO 2等，腐蚀速度大大加快。(3)可见液膜下的大气腐蚀。空气的相对湿度是100%左右，或者是雨水和其他水溶液中产生的腐蚀。此时，水在金属表面凝聚，存在肉眼可见的水膜。2.1.2大气腐蚀的影响因素(1)水的影响。水是大气环境中对钢产生腐蚀的物质中的主要元素(一般湿度越大，腐蚀性越强)。腐蚀原理概括如下：(a)水是电解质，溶解了很多离子，引起金属的腐蚀。(b)水可分为h和oh，ph的其他值对金属和氧化物的溶解腐蚀有显着影响。(2) SO2的影响。SO2在大气中氧化为SO3，与水结合生成H2SO4，并被钢和化学反应腐蚀。在工业废气的污染地区，SO2对钢铁腐蚀的影响最大。以石油、天然气、煤为燃料的废气中含有很多SO2，钢的腐蚀速度随着大气中SO2含量的增加而增加。2土壤腐蚀运输管道排放，大部分在土壤中。天然气在采矿和运输中广泛使用钢管，一般埋藏的钢管因土壤作用引起严重腐蚀穿孔，导致石油和天然气的执行、呛、摔、漏。不仅会造成经济损失，还会引起爆炸、火灾、环境污染等。正确评价土壤的腐蚀性对正确选择防腐措施至关重要。2.2.1土壤腐蚀特性土壤具有多相、不均匀性、可渗透水和气体的微孔很多，因此不同土壤的腐蚀性不同，土壤相对稳定，因此土壤腐蚀和其他电化学腐蚀过程也不同。在土壤中，氧的传递传递传递到土壤的气孔，其传递速度取决于土壤的结构和湿度，在不同的土壤中，氧的渗透性差异很大。土壤中可生成的多相组织不均匀性相关的腐蚀微电池，以及土壤介质的宏观差异会导致电池腐蚀。宏腐蚀电池的种类是：(1)长距离输油管通过不同土壤形成的宏观腐蚀电池。(2)管体不同材料差异嵌入土壤而产生的宏观腐蚀电池。(3)由于管道深度和上下土壤密度、氧等的差异，管道上下电极电位形成不同的宏观腐蚀电池。2.2.2土壤腐蚀的影响因素(1)土壤性质。土壤的孔隙度、含水量、电阻率、pH值、盐分等对土壤的腐蚀性有很大影响。(a)多孔性的影响。土壤的气孔有利于氧的渗透和水分的保存。孔隙度越大，管道腐蚀越严重。(b)土壤含水量的影响。水分速率增加腐蚀速度超过一定值后，水增加的氧气扩散渗透受阻，土壤的可溶性盐已全部溶解。也就是说，即使水分含量增加，也不再溶解新的盐，减少了腐蚀速度。当土壤水分含量低于10%时，由于水分不足，土壤阻力增大，腐蚀率急剧降低。(c)电阻率的影响。土壤电阻率与土壤含水量、盐含量、孔隙度等有关，土壤电阻率越小，腐蚀速度越高。(d) pH值的影响。我国的土壤大部分是中性的，pH值在6 8之间，随着pH值的减少，腐蚀率增加。(e)盐含量的影响。普通土壤的盐含量为0.0088% 0.15%，土壤的盐含量越大，电导率越高，土壤的腐蚀性越大。土壤中含有CaCO3时，腐蚀速度随CaCO3含量的增加而降低。(2)杂散电流的影响。以电铁、电铁、接地为电路的输配系统、电解装置等在该规定电路内流动的电流，一部分从电路中流出，流入大地和水等，形成杂散电流。如果环境中存在埋地管线或金属结构，则可能会流入埋地部分杂散电流的管线或金属结构，并引起干扰腐蚀。根据腐蚀干扰源，可分为直流干扰和交流干扰。杂散电流腐蚀程度比一般土壤腐蚀强得多。(3)土壤中微生物的影响。硫酸盐还原细菌在土壤中作为厌氧细菌生活，参与电极反应，将可溶性硫酸盐转化为硫化氢，加速腐蚀作用。(4)温度的影响。温度对腐蚀速度有很大影响，一般来说，温度每增加20 ，腐蚀速度就会提高一倍。2.3天然气管道的腐蚀破坏形式天然气管道腐蚀的破坏形式包括全面腐蚀和局部腐蚀，全面腐蚀是包括均匀全面腐蚀和不均匀全面腐蚀的一般腐蚀形式。局部腐蚀还可分为点腐蚀(孔蚀)、间隙腐蚀、疲劳腐蚀等。特定管道的宏观腐蚀形式三、防腐措施概述及应用现状埋地管道的腐蚀可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀两种类型。3.1内壁腐蚀与防护：内壁腐蚀是天然气中残留的水分，以及其他酸性气体，破坏原电池类似的电化学反应和金属晶格的化学反应。两种反应都使墙松动，脱落，穿孔，不再受到压力，无法输送天然气。内壁的防腐主要可以从以下两个方面开始天然气净化通常是在天然气来源上进行的，地下开采的天然气首先要经过脱硫、脱水等一系列过程，达到国家相关标准，才能成为长距离输水管道。管道内壁涂敷在管道内壁，腐蚀、气体阻力和每年通关次数减少。目前，我国开发了一套钢管内部表面环氧树脂静电粉末喷涂技术及设备。有数据表表明，大直径长输管道可以在大约一年内收回进入内部涂层的投资金。3.2外墙腐蚀与防护管道的外壁与管道的材料、组织结构的均匀性、包含杂质的类型、数量、焊接渣和加工残余应力等多个因素相关，与土壤特性、电阻率、含水量、值、杂散电流、干扰电流、微生物等有关。如果腐蚀金属的质量指示腐蚀速度，则存在以下关系：W=i*t*k格式：w-腐蚀金属损失的质量，gI腐蚀电流强度，at一小时，sK-1电化学等效这些因素都可能影响腐蚀电流。这里土壤电阻率是反映土壤腐蚀的主要指标，土壤电阻率越小，形成腐蚀电池的电流强度越大，腐蚀速度越快，反之亦然。目前，埋地钢管的外墙防腐蚀一般是结合绝缘层防腐蚀和电气保护防腐蚀比较常见。保温层的防腐应根据管道所在地区的地形、地形、地质条件适当选择合理的防腐材料，目前国内外普遍使用石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯熔融环氧粉末等。管道防腐总费用应包括材料、施工、修理、安装、阴极保护、维护、检查、设计年限等多种因素，目前国内大量使用环氧煤焦油防腐。根据下表提供了三个级别，您可以根据需要进行选择。3.3管道腐蚀的具体保护措施包括3.3.1涂层保护防腐涂层广泛应用于埋地管道的腐蚀控制。涂层作为腐蚀控制的第一道防线，在具有腐蚀性的土壤环境中隔离管金属矩阵，同时提供实施额外阴极保护所需的绝缘条件。此外，管道涂层在涂层、操作加载和卸载、沟槽回填和操作后必然会出现缺陷。3.3.2防腐涂层目前用于埋管拉伸的防腐涂层主要是复合涂层和环氧粉末。煤焦油瓷漆和石油沥青目前由于环境污染很少使用，旧管道修复主要使用带和液体涂层。3.3.3复合涂层以简单的物理叠加或化学结合为特征的单一涂层材料结合在一起，形成综合性能优良的多层涂层系统。包括双层聚乙烯/聚丙烯、三层聚乙烯、聚丙烯等。3.3.4三层聚乙烯/聚丙烯涂层三层系统是目前常用的复合涂层，由环氧粉末底部、粘结剂中间层和聚烯烃外部保护层组成。由于熔融环氧、良好的粘合性和阴极剥离特性、聚烯烃的良好机械性能、绝缘性能和强渗透性，复合性好的涂层广泛应用于建筑和布置环境苛刻的地区。例如：陕京天然气管道、京西天然气管道和兰承重油石油管道等。三层涂料的主要缺点是施工技术更复杂。中间胶和外部聚乙烯都使用挤压工艺，因此在焊接中很容易形成空鼓。涂层一旦失去粘合，涂层就会发生层间分离，高度绝缘的聚乙烯外部保护层切断阴极保护电流，引起膜下腐蚀。3.3.5环氧粉末涂料环氧粉末混合、粉碎加工成固体环氧树脂、固化剂及各种添加剂，在我国也得到普及和应用，但主要用作复合涂层的底部。熔融环氧粉末具有一次涂层对钢的强力粘结、良好的薄膜完整性、良好的阴极剥离性能、土壤应力、耐磨性、冷弯曲等特点，适用于大多数土壤环境，但对冲击更敏感，特别是在高温条件下吸收率高，不适合湿热环境或石段。3.3.6液体多氯脂肪涂层液体聚氨酯涂层也经常用于管道的涂层修复，可以达到所需的厚度，即1-1.5米。一般无溶剂产品适用于工作温度高达80 的管道。无溶剂聚氨酯涂层的优点是，在几分钟内可以达到可触摸的干燥度，在几小时内可以完全硬化，也就是说，磨损和对土壤压力的抗力很强，具有很好的粘合性，但没有环氧树脂那么好的粘合性：对阴极保护电流的要求很低；阴极剥离具有耐受性。主要不利条件类似液体环氧涂料，表