燃气管道的防腐技术

摘 要:管道腐蚀是造成燃气泄露的一个重要原因,腐蚀后所造成的管道蚀穿、断裂不仅影响了正常的燃气供气,同时还极有可能出现着火和爆炸,带来较为严重的后果.本文通过对国内防腐途径和防复方法概述,从地下管道防腐、管道内部、外部、室内以及架空管道防腐这几个方面的内容,简单对我国燃气管道的防腐技术加以论述.

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一、防腐途径及各途径所采用的防腐方法

(一)采用耐腐蚀的管材

选择耐腐蚀的管道材料是最为基本的防腐技术,这同时也是从根本上提高管道防腐性,提高燃气管道使用寿命的方法.耐腐蚀的管材目前指的一般是塑料管、铸铁管、玻璃钢管以及其它的非金属管道,而我国目前在非金属的燃气管材的选择上主要是聚乙烯管.聚乙烯作为一种热塑性工程材料,可以实现多次的加工,同金属管材相比,聚乙烯同样具有燃气管道所要求的刚度、强度、柔韧度、抗冲击性、耐模型以及重要的耐腐蚀性等性能,所以在聚乙烯管道的铺设中不需要防腐,这是我国目前在非金属燃气管道中应用最为广泛的管材,这些年在我国的管道建设中得到了较快发展.

(二)非金属涂层和包覆层法

这种管道的防腐技术一般是针对地下管道而言的.由于埋地管道都是要跟土壤相接触,而土壤中所涉及到的物质有很多,包括固体、气体以及液体等三种形态.土壤中的水分都含有一定的矿物质盐,使土壤具备导电性而形成电解质.这种电解质会使侵没在内的金属释放正离子,从而产生电化学反应,这种电化学反应都会使处于阳极区的金属离子受到腐蚀,从而出属的腐蚀现象.腐蚀的电流公式如下:

其中:I为腐蚀电流,为阴极区电位,为阴极区电位,为土壤电阻,为阳极极化电阻,为阳极极化电阻.

从上面的电流公式中我们可以看到,其他的数值不变,只要相应的增加土壤电阻,就可以减少腐蚀电流I.我国目前在增加土壤电阻上,主要采取的就是非金属涂层和包覆层法.具体而言,就是通过对管道的非金属涂层和包覆层法对金属表面的绝缘处理,将电解质的土壤和管道愤慨,加大土壤电阻的数值,从而减小腐蚀电流,达到对管道防腐的目的.这种防腐涂料主要包括环氧煤沥青防腐层、聚乙烯防腐层、聚乙烯胶粘带防腐层以及石油沥青防腐层等.

(三)采用电化学保护法

电化学的保护是指在外部电流的作用下,使金属被腐蚀的电位发生改变,从而降低腐蚀率的一种防腐蚀技术.由于目前金属在工业生产环境以及在自然环境下的腐蚀一般都属于电化学腐蚀,都可以采用电化学保护法,所以电化学保护法在具体的管道腐蚀建设中占据中重要的地位.

电保护法具体可以分为阴极保护和阳极保护.所谓阴极保护是指对金属管道加入定量的阴极电流,让金属管道的表面阴极化,将其称为电化学电池中的阴极,从而实现对表面的防腐.这种保护主要适用于水和土壤之中,而阳极跟阴极保护的原理相同,只是为加的电流不同,阳极电流会使金属的表面出现钝化现象,从而可以实现对管道的防腐.这种防腐保护主要用于燃气管道处于强酸、盐类等带来较强腐蚀性的环境下的防腐,而一般的燃气管道也不会置于这些强腐蚀的环境之下,同时阳极保护所需要耗费的成本较高,因此在实际的燃气管道防腐中一般只讨论电保护法中对管道的阴极保护.

二、地下金属管道腐蚀分析及阴极保护原理

金属腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀等类型.对于埋地的金属,电化学腐蚀是最常见的、最普遍、最严重的.将两种不同金属置于电解溶液中,并在其间用导线连接,即构成了腐蚀原电池.由于两种金属在溶液中彼此的电极电位的不同,因而在它们之间存在着一定的电位差,电极电位较负的金属容易被氧化成金属离子而进入溶液中,电流则通过导线流向另一端金属,并在其表面释放电子,使溶液中的H+离子还原,如果电解质中存在可以使金属氧化的物质,那么电极电位较低的金属就会遭到腐蚀,金属在土壤里的腐蚀主要是由腐蚀原电池所引起的.

对于地下燃气管道,电化学腐蚀是最常见的、最普遍、最严重的腐蚀.由于金属本身电化学的不均匀性或由于外界环境的不均匀性都会构成微观或宏观腐蚀电池,所谓阴极法是通过向原来腐蚀原电池中外加电流的作用,使电极电位发生变化,抑制原来腐蚀电池的作用.阴极保护法可分牺牲阳极法和强制电流保护法,强制电流阴极保护法除了对被保护的管道保护外,对其它邻近的金属管道或金属构筑物都起着破坏作用,而运行费高,不易采用.牺牲阳极法是最早应用的电化学保护法,它简单易行,不需要电源设备、装置,输出电流较小,不会产生大量的杂散电流而引起附近地下金属管道和构筑物的腐蚀,负电位不会过大,不会造成保护层粘结力的破坏.另外,运行管理上较容易.因此,在国际、国内,牺牲阳极法已得到普遍的应用,同时,它还是抗干扰腐蚀的一种手段,可用来排流、防雷及防静电接地.

同时,地下在运行过程中的阀门井里的阀门运行时间过长,受到地下环境的影响,锈蚀严重,在经过严格的除锈处理下,可以采取以下的防腐方案:周村区天然气管网阀井内钢质管道、阀门、凝水缸因运行时间较长及地下水等环境的影响,锈蚀比较严重,为保证安全运行,现对城区所有阀门井内钢质阀门及凝水缸采用环氧玻璃钢进行全面防腐,具体施工方法如下:1.清理阀门内淤泥及积水,采用油灰进行套管与管道间隙封堵,2.对阀门及管道进行全面除锈,特别注意螺栓、法兰、及法兰与管道连接处的除锈,3.刷环氧底漆一遍,4.粘贴环氧玻璃钢四布四油.5、环氧树脂面漆二遍.这种防腐方案收到了意想不到的效果.

三、管道内部的有机涂层防腐技术

有机涂层钢管中的表面涂料具有优良的防腐蚀性能、稳定的化学性能以及良好的加工成型性能.基体钢管具有较高的机械强度,耐冲击,耐弯曲.有机涂层与钢管的结合集中了两者的优点.

应用在石油工业钻井的有机涂层钻杆,在含硫化氢、盐层、高温高压等十分恶劣的工作条件下作业,经实际使用后证明这种有机涂层钻杆具有良好的耐腐蚀性能,其使用寿命比未涂有有机涂层的提高2-3倍.有机涂层钢管用做输送管道则比未涂有有机涂层管道的使用寿命提高3-4倍.

当有机涂层钢管埋设在地下时,由于表面涂层的存在,形成了一层良好的绝缘层,减弱了杂散电流的腐蚀.有机涂层表面光洁平滑,不易孳生细菌和霉菌,有效地防止腐蚀结蜡、结垢,避免了细菌腐蚀、垢下腐蚀的产生.

四、管道外防腐层的修复

管道外防腐层修复主要有三道程序,即旧防腐层清除、金属表面预处理及新防腐层施工.旧防腐层清除方法有人工机械法、机械清除法和水力清除法.后两种主要是由大型机具现场操作,其中水力清除法对金属表面伤害少,清除效果好.目前我国主要采用第一种方法,即靠人工使用刮刀或其他工具清除防腐层,然后再进行表面预处理.

金属表面预处理和新防腐层施工是相互联系的,即选择什么类型的防腐层修复材料就决定了其金属表面预处理要求.根据目前我国在管道外防腐层修复施工技术的发展现状,在选择埋地管道外防腐层修复材料时,要注重选择对金属表面预处理要求低、方便现场施工、匹配性好的材料.目前我国管道外防腐层修复多采用如下材料.

1.聚乙烯胶粘带等半预制型冷缠材料

聚乙烯胶粘带等产品在防腐性能、理化性能上都高于石油沥青,且质量均匀易控制,施工简单,对环境、施工条件的适应性比石油沥青高.另外,施工工艺简单,手工机械、电动机械均能施工.造价比石油沥青稍高,但应考虑对焊缝处的处理.

2.液态冷涂固化类材料

这类材料属“薄型”防腐层,防腐蚀性能良好.只要选择适当,其施工工艺、环境适应性方面都能满足在用管道防腐层更换的要求,但较贵,对固化条件有一定要求.对管体表面清理、除锈、除脂、防尘等要求较高,因此需严格施工质量控制.目前此类材料在国外管道外防腐层修复中用得较多的有高固体组分、无溶剂环氧树脂涂料、聚氨酯涂料等.

防腐层修复作业中,将伴随管体腐蚀损伤修补的问题.修补工艺方法应依据管体腐蚀损伤部分的剩余强度判断.国外管体腐蚀损伤对管道运行安全影响的评定已经引注意,制定了许多程序、方法、规范.我国已经有石油行业标准SY/T6151《管体损伤评定标准》,并开发了管体腐蚀损伤评定软件,可以据此对管体腐蚀损伤处进行评定、定级,从而确定受腐蚀损伤的管道是留用、修理还是更换.腐蚀损伤的修补应按评定结果采用不同的工艺方法,包括点焊、补板、扣瓦或更换管段.在补板、扣瓦中,应注意角焊缝的强度影响,所以推荐采用“挖补”的方法.

实践中,大多数管体腐蚀损伤只是局部管壁减薄,并未穿孔、泄漏,这类损伤通常可用金属修补剂修补,能满足运行安全需要.此方法主要优点是省力、省工、省费用,且无须管道停气或降压,是一种经济、可靠的方法.采用金属修补剂修补方法,国内外常用的有堆涂法和积层法.对于较大的损伤,采用管卡补强法更为可靠.

五、室内以及架空燃气管道的防腐技术

室内运行多年的管道由于各个家庭的生活习惯不同,有的厨房内潮湿,锈蚀的比较严重.例如在笔者公司供气区域内,安检人员在安检过程中发现有个别的用户家里有异味,通过用浓度检测仪查找漏气点,发现是在穿楼板的管道上,卸开些段管道发现一个重大的安全隐患,些段管道壁厚已锈蚀的非常薄,甚至已有个小孔正在向外漏气.于是公司对同年和同年以前安装的管道进行了大规模的普查,虽然没有发现类似的情况,但是这个情况的出现说明了一个重要的问题:穿越楼板层的管道防水和防腐是一个重要的薄弱环节,因为它是在用户家庭内,所处的是一个时刻有明火出现的环境,所以它直接关系到人的生命财产.根据这种情况,笔者对所有穿越楼板的管道采用E防腐,对套管进行加强级的防腐,并对防水台的制作加强了要求:作防水试验,从根本上消除了此类问题的发生.

在架空的燃气管道防腐技术上,还是以笔者公司的小区为例:一个小区的架空管道天然气管道锈蚀严重,并且管道、架、螺栓、法兰等生锈严重.公司先后投入人力物力几次都没有解决好这个问题,所有管道均为架敷设,投用时间为四年.经各部门对此情况进行分析,出现这种情况的原因可能是与当地环境条件的影响有一定关系,为一次性的解决这一问题,并结合周村阀门井内钢质管道及阀门的防腐经验,准备采用耐酸碱性能较好的环氧玻璃钢进行防腐,具体施工方案如下:

1.机械除重锈

对所有架空管道、法兰、阀门、盲板上面的锈、漆、油污进行全面、彻底地清理,直至露出金属光泽.

2.防腐程序

底漆一遍-----二布三油-----面漆两遍待金属表面干燥后刷环氧玻璃钢底漆一遍,实干后进行二布三油程序,实干后刷面漆两遍(面漆调为中).

3.支架除锈后刷红丹防锈漆两遍,实干后刷灰色调和漆两遍.

综上所述,对燃气管道的防腐,必须要做到全面和彻底,无论是在最初的材料选择上,还是在管道所置于的各种环境下,都要做到对燃气管道的防腐工作,确保燃气管道的使用寿命,保证正常供气,杜绝任何不安全事故的发生.