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天然气地下金属管道腐蚀的外部因素以及如何做好阴极保护工程

   腐蚀会缩短天然气管道的使用寿命,降低管道的承压和输送能力,引起生产费用的增加和意外事故的发生。因此,了解和认识腐蚀及掌握防腐蚀技术成了保障天然气集输生产安全的先决条件之一。

  我们知道腐蚀是金属在周围介质的化学、电化学作用下引起的一种反应。金属腐蚀按其机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属与环境介质直接发生化学作用而产生的,在腐蚀过程中没有电流生成。电化学腐蚀是金属在介质中发生了电化学作用而引起的,在腐蚀过程中有电流产生。引起电化学腐蚀的介质能使电流通过。金属在电解质溶液、海水、潮湿的空气和土壤中都有可能发生电化学腐蚀。天然气地下金属管道按其腐蚀部位的不同,分为内壁腐蚀和外壁腐蚀。

  土壤腐蚀是指金属在土壤介质作用下引起的腐蚀,基本上属于电化学腐蚀。土壤是多相物质组成的复杂混合物,颗粒间充满空气、水和各种盐类,具有电解质的特征。因此,地下管道裸露的金属在土壤中构成了腐蚀电池。

  据有关报道,有50%-80%的地下管道的腐蚀都有微生物的参与。天然气埋地钢管在特殊环境有微生物腐蚀现象的发生。这些特殊环境存在以下条件:厌氧环境、硫酸盐的存在、水的存在、对腐蚀环境有利的PH值和温度、有机碳的存在、粘土质胶粒的存在。发生微生物腐蚀的显著特征是有刺鼻的硫化氢气味产生,且多产生于管道的最低处。

  蚀形态呈“凹”形坑穴。与大地中的电流对管道所产生的腐蚀,通常称为杂散电流腐蚀,又名干扰腐蚀。这是一种外界因素引起的电化学腐蚀,它的作用类似电解。不同的是,金属被腐蚀的部分,不是由金属本身的电位来决定,而是由外部电流的极性和大小来决定。对于绝缘不良的管道,这样的杂散电流可能在防腐绝缘层破损的某一点流入管道,在另一防腐绝缘层破损点流出,返回杂散电流源,从而引起杂散电流腐蚀。

  防止地下金属管道外壁腐蚀主要采用管道外壁防腐绝缘层和阴极保护相结合的方法。管道外壁防腐绝缘层应满足的基本要求是:与金属有良好的粘结性;电绝缘性能好,有足够的耐压强度和电阻率;具有良好的防水性和化学稳定性;有足够的机械强度和韧性;耐热和抗低温脆性;耐阴极剥离性能好;抗微生物腐蚀;破损后易修复,价廉和便于施工。

  在金属表面上通入足够的阴极电流,使金属电位变负,且使阳极溶解电流减小,从而防止腐蚀。阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法。牺牲阳极法:在腐蚀电池中,阳极腐蚀,阴极不腐蚀。利用这一原理,选用电位较负的金属材料作为牺牲阳极,当其在电解液中与被保护的金属构件电连接时,牺牲阳极优先溶解,释放出的电流使金属构件阴极极化到所需的电位而实现保护。常用的有镁基、锌基或铝基牺牲阳极。

  强制电流法:用外部的直流电源作阴极保护的极化电源,将被保护的金属构件与外加电源负极相连,而电源的正极接至辅助阳极,在电流的作用下,使金属构件发生阴极极化,实现阴极保护。强制电流阴极保护系统主要包括辅助阳极、供电电源和参比电极等。

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