西气东输二线管道腐蚀特点与防护措施

摘 要：西气东输二线管道沿线不同土壤中管道的腐蚀特点为Cl-离子起主导作用，管道的腐蚀主要为外腐蚀。管道防腐使用强制电流保护方法以及临时阴极保护措施的方法，并使用排流方法消除交、直流干扰。管道以及冷弯管采用3层PE，热煨弯管采用双层熔结环氧粉末，管道补口采用聚乙烯热收缩带。

关键词：西二线 腐蚀 阴极保护 防腐层

中图分类号：TE98 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0109-02

西气东输二线是我国天然气重要战略通道，在天然气管网规划与布局中有重要的意义。气源主要为土库曼斯坦、哈萨克斯坦等中亚天然气，以国内气源作为备用和补充，主要目标市场是长三角、珠三角，同时向沿线的中西部地区、华东、华南地区的大中型城市供气。管道为Φ1219 mm的大口径管道，管材为X80管道钢，为目前国内最长的大口径、高压力天然气长输管道。管道沿线经过沼泽、盐渍化土壤、石方山地、黄土梁峁沟壑、水网等多种多样复杂地形和土壤环境，多次采用隧道、定向钻穿越河流及铁路、等级公路。X80钢管道在如此复杂多样的地形下大规模使用尚属首次。

1 管道在土壤中腐蚀特点

X80钢是超低碳、微合金高强钢[1]，具有强度高，韧性高，焊接性良好并有一定的抗氢脆腐蚀，应力腐蚀性能。X80钢在管道沿线不同特点土壤中的实验表明pH值对金属的腐蚀影响不大，Cl-离子对腐蚀起主导作用。钢表面的腐蚀产物分为内外两层，内层锈层主要为Fe3O4，分布较为均匀、致密，与基体结合很牢，能在一定程度上阻碍腐蚀性介质渗入到基体上，对钢基体具有一定的保护性。表层腐蚀产物主要为α-FeOOH、β-FeOOH，质地疏松，起不到保护作用。在腐蚀初期以全面腐蚀为主，随着腐蚀的进行以局部腐蚀为主。按照钢材上的锈层对钢基体的保护程度腐蚀过程可以分为初期、中期与后期三个时期。在腐蚀初期，锈层不连续、不致密，对钢基体起不到保护作用；在腐蚀中期，锈层有足够的厚度和致密性，具有一定保护性；在后期，外锈层从内锈层脱落，对钢基体的保护性又降低。对焊缝而言，X80管线钢母材的耐蚀性能高于焊缝，焊缝处存在剩余应力，且无内涂层，在整个管道中，焊缝处最容易发生腐蚀。

2 抑制腐蚀的措施

管道中的水露点低于交接压力下最低环境温度5 ℃，在正常情况下，管道中无游离水析出，而且管道中酸性气体含量很少，管道中涂有内涂层，能够有效防止腐蚀性物质与管壁的接触，管道的内腐蚀很小。因此管道的腐蚀主要来自于环境土壤中的电化学腐蚀、电干扰以及生物腐蚀，可以通过阴极保护，电干扰防护与外防腐层抑制管道的腐蚀。

2.1 阴极保护

阴极保护分为强制电流法和牺牲阳极法，西二线采用长输管道常用的强制电流系统。每隔1公里设置1支电位测试桩、每隔10 km设置一支电流测试桩（设电流桩处不再设电位桩）、与其它管道交叉处设置1支电位测试桩，河流穿越段两侧设置两支电流桩，穿电气化铁路其中一侧设置1支电位测试桩。由于管道距离长、施工周期较长，管道下沟回填后距离强制电流阴极保护系统投入使用还有一段时间，为防止该时间内管道发生电化学腐蚀，在土壤电阻率低于20 Ω·m地段，采用以牺牲阳极方法作为临时性阴极保护。牺牲阳极采用带状锌阳极，并通过测试桩与管道连接。在河流段的穿越管道，在穿越段两侧各埋设一组锌牺牲阳极进行保护。待全线阴极保护系统运行后，纳入全线阴极保护系统，实施强制电流阴极保护，并以牺牲阳极组作为补充保护。

2.2 电干扰防护

在管道沿线，管线附近的交流输电路以及直流电器对管道不可避免的会产生干扰，导致管道腐蚀。管线在一些局部地段不可避免地与已建的110 kV（或高于110 kV）高压交流输电线路并行或交叉，交流感应电压会引起交流腐蚀，而且这种腐蚀是阴极保护所不能完全有效控制的。为了减轻线路上交流电和雷电对管道系统的影响，抑制交流腐蚀，西二线在持续干扰影响区，采取沿线以一定间距，设置可低电压启动的去耦器排流保护，既不泄漏管道上的阴极保护电流，又能起到持续排流和防雷电流冲击的双重作用。管道组焊以后下沟回填以前，管道与大地绝缘，由于高压输电线路与管道形成大电容，在高压输电线路走廊附近的管道连续焊接长度超过300 m时，采取临时接地，以消除容性影响，避免管道上焊工或其它施工人员的电击。

管道沿线的直流电设备以及电路、已有管道的阴极保护系统都会对管道产生直流干扰。产生直流干扰以后，杂散电流从管道上流出位置为的阳极区，会发生腐蚀，而杂散电流流入管道的区域为阴极区，虽不会发生腐蚀，但常伴随着出现管/地电位负偏移过大，有超出管道防腐层析氢电位，产生过保护的可能。无论阳极区还是干扰程度较大的阴极区，都进行防护控制。在管道组焊完成后根据现场实测来确定排流防护的方式以及排流点位置。

2.3 外防腐层

管道的腐蚀主要来自于外腐蚀，对外腐蚀的除使用阴极保护以外，外防腐涂层也是重要的保护方法。为保证运输、施工过程中防腐层的完好，管道埋地后防腐层的保护效果以及使用寿命，防腐层应当具有几项重要的性能[2]。

（1）良好的电绝缘性，能够对管道与土壤之间形成良好的绝缘，防止阴保电流的流失，保证管道能够得到良好的保护。

（2）一定的耐阴极剥离强度的能力，在水下管道中，在涂层破损以及漏涂处，受阴保电压的影响，的钢铁可能产生氢气，导致涂层脱落，因此涂层应当具备一定的抗剥离能力。

（3）足够的机械强度，能够防止搬运过程中和土壤压力，保证确保管道施工时受弯曲而不损坏，并能承受与土壤之间的摩擦而不损伤，并能抵抗较集中的负荷。

（4）有良好的稳定性，耐老化，化学稳定性好，并且耐水性与耐热性好，使用温度下以及服役期间能够保持较好的状态。

（5）防腐层破损后易于修补，防腐层难免破坏，在破坏以后应能便于现场施工，方便的修补损坏的防腐层。

（6）耐细菌性能，能够防止土壤中的细菌对管道防腐层造成破坏。

西二线管道采用的防腐层能够满足以上六点要求。结合西气东输一线工程外防腐的经验，管道外防腐采用三层PE。三层PE结构具有综合性能最好、性价比最高的特点[3]。由于压缩机站出站温度>50 ℃，三层PE防腐层的外层全部采用耐高温型聚乙烯材料。在整条管线中，还大量采用冷弯与热煨弯管，同时存在大量的焊缝，对这些部位根据需要以及施工特点采取对应的防腐层。由于冷弯管可用带三层PE防腐层的直管经冷弯机弯制而成，故仍采用三层PE防腐层。而热煨弯管由于其形状特殊，在作业线上进行外防腐层的涂敷预制工艺控制复杂、生产速度较慢，而采用双层熔结环氧粉末防腐层可以在弯管防腐作业线进行预制。双层熔结环氧粉末涂层方法受人为因素影响相对较小，应用较多，工艺较成熟，能够保证防腐层的质量，且不会产生阴极保护屏蔽的问题[4]。管道补口采用带无溶剂液体环氧底漆的高温型聚乙烯热收缩带，与高温型三层PE防腐层的耐温匹配。聚乙烯热收缩带在结构和相容性方面与三层PE相近性较好，底漆与热熔胶间的化学键结合，不仅提高了底漆与热熔胶间的粘结可靠性，同时现场施工中降低了预热温度，有利于解决大口径管加热慢、施工难度大的问题。

3 结语

西气东输二线管道腐蚀以及防腐措施的特点为以下几点。

（1）管道内腐蚀很小，主要为外腐蚀。

（2）在土壤中Cl-对管道的腐蚀起主要作用。

（3）对管道采取强制电流保护措施，采用排流的方法消除交、直流的干扰，在管道建设过程中采取临时的阴极保护措施。

（4）管道与冷弯管外防腐层采用3层PE，热煨弯管采用双层熔结环氧粉末，管道补口使用聚乙烯热收缩带。

参考文献

[1] 吕彦民，李作文，赵文杰.X80钢管道焊接技术[J].油气田地面工程，2008，27（9）：53-54.

[2] 龚树鸣.长输天然气管道外防腐涂层选择[J].天然气与石油，2001，19（1）：24-30.

[3] 屠海波，程明，陈彰兵，等.天然气与石油[J].2007，25（6）：25-27.

[4] 徐广义.埋地天然气管道防腐技术[J].油气田地面工程，2010，29（2）：77-78.