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地下油氣管道的腐蝕防護技術-以西氣東輸管道工程為例

文檔作者：王衛(wèi)國等文檔來源：中國石油天然氣管道局等		點擊數：	更新時間： 2024年06月30日
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上一篇：電化學防護技術在化工管道防腐中的應用探討

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石油天然氣學報(江漢石油學院學報)2013年4月第35卷第4期
Journal of Oil and Gas Technology(J．JPI)Apr．2013 Vo1．35 No．4
地下油氣管道的腐蝕防護技術
— — 以西氣東輸管道工程為例
王衛(wèi)國 (中國石油天然氣管道局，河北廊坊065000)
胡士信 (中國石油天然氣管道工程有限公司，河北廊坊065000)
徐昌學，張鵬 (中國石油天然氣管道科學研究院，河北廊坊065000)
[摘要]管道運輸是現(xiàn)代重要的運輸方式之一，管道在國民經濟建設中發(fā)揮了不可替代的作用， 管道運輸
不僅關系經濟命脈， 同時也關系到公共安全。由于管道輸送的介質是危險物質， 管道的安全性是一個十
分重要的課題。以西氣東輸管道工程為例，分析了當前地下油氣管道的防護問題， 重點闡述了管道的腐
蝕與防護技術， 主要包括：管道防腐層技術； 陰極保護技術；減阻內涂技術， 這些技術在西氣東輸管道
工程中得以成功應用。
[關鍵詞] 管道安全； 防腐； 陰極保護；減阻內涂
[中圖分類號]TE988．2 [文獻標志碼]A [文章編號]1000—9752 (2013)04—0250—04
伴隨著中國石油管道人的足跡，中國石油管道事業(yè)實現(xiàn)了從無到有、從小到大、油氣并輸、國內國
外并舉，取得了舉世矚目的成就。截止2010年，已建成國內原油、天然氣、成品油長輸管道8萬余公
里，支線及油田集輸管道13．9×10 km，形成了橫跨東西、縱貫南北、覆蓋全國、連通海外的油氣管道
干線網。管道在國民經濟建設中發(fā)揮了不可替代的作用，管道運輸不僅關系經濟命脈，同時也關系到公
共安全。管道埋入地下就會腐蝕，這是一個自然規(guī)律，然而作為聯(lián)系石油工業(yè)上下游的紐帶，管道安全
關系到石油工業(yè)的命運，如何提高管道使用的可靠性和耐久性，是管道防腐蝕科學工作者和管道工程設
計者們長期的重要任務。由于管道輸送的介質是危險物質，管道的安全性是一個十分重要的課題。為
此，筆者以西氣東輸管道工程為例，重點闡述了地下管道的腐蝕防護技術。
1 管道防腐層技術
目前針對管道防腐成熟的做法是采用外防腐層與陰極保護聯(lián)合的保護措施。其中外防腐層是防止管
道外壁腐蝕的主要手段；陰極保護作為防腐層保護的輔助手段，為防腐層缺陷處的鋼管外表面提供電化
學保護。因此，外防腐層的選擇對管道的長期安全運行至關重要。通常，外防腐層的選擇應遵守以下原
則。
1)技術可靠能適應長輸管道沿線各種不同的自然環(huán)境，能夠在管道使用年限內，保證管道外防
腐層完整。
2)經濟合理 管道外防腐層的選用應達到性能／價格比最優(yōu)的目的。
3)材料優(yōu)化根據管道沿途經過不同區(qū)域的腐蝕環(huán)境，選擇適當的防腐層和結構。
4)施工簡便選擇使用壽命匹配、可靠性高、施工管理方便等。
根據功能和環(huán)境要求，對防腐層材料的性能有明確的要求，如具有良好的化學穩(wěn)定性、與鋼管保持
足夠的結合力、抗沖擊、抗彎曲、耐陰極剝離、耐化學介質、耐溫度變化、較低的吸水率、良好的施工
[收稿日期]2012—1o—o2
[作者簡介]王衛(wèi)國(1959一)，男，1982年大學畢業(yè)，教授級高級工程師，現(xiàn)主要從事管道建設管理工作。
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第35卷第4期 王衛(wèi)國等：地下油氣管道的腐蝕防護技術
性能和易于修復等。
當前管道上使用的防腐層種類主要
有石油瀝青、煤焦油瓷漆、熔結環(huán)氧粉
末(FBE)、三層聚乙烯(3LPE)等，
其中FBE和3LPE是最為常用的兩類
防腐層。可以說沒有一種十分理想的防
腐層，在工程實踐中，人們的選擇只能
根據防腐層的主要性能，充分利用其優(yōu)
點，防止和避免其缺點。Reviel】 針對
FBE和3I PE防腐層進行了比較(表
1)，根據各項目的優(yōu)劣程度和多年的使
用性能進行綜合評分，F(xiàn)BE為8分，
3I PE為8分，雙層FBE為10分。與
表1 管道防腐層的性能對比
注：“+” 為優(yōu)良；“一” 為有一定局限性。
3LPE相比，F(xiàn)BE的整體黏結性、陰極保護相容性更好些，主要缺點是抗施工損傷性較差；3LPE的主
要缺點是涂敷工藝較復雜，補口及配件涂敷的一致性較差。相比之下，雙層FBE在10項性能指標中都
無可挑剔，是最優(yōu)秀的管道防腐層。
需要特別指出的是，隨著X80、X100高鋼級管線鋼技術的成熟和大規(guī)模應用，管材的溫度敏感性
問題對防腐層材料提出了新的要求，以往的FBE在涂裝過程中需要較高的溫度(200℃ 以上)才能達到
良好的防腐性能，而該溫度下高強鋼的力學性能會發(fā)生明顯劣化，所以需要開發(fā)新的低溫條件下固化的
FBE材料。西氣東輸二線全線采用X80管線鋼的工程實際給這一防腐層材料技術的快速突破帶來了強
大動力，在中石油集團公司科研課題的支持下管道局研究院研制成功符合低溫涂裝要求，并具有良好防
腐性能的新型FBE涂層材料，可以滿足高強鋼單、雙層FBE防腐層和3LPE防腐層底層的應用要求。
2 陰極保護技術
區(qū)域性陰極保護是近年來
強力推廣的新技術，分強制電
流和犧牲陽極法兩種方式。通
常因站內接地多、管網復雜，
所需電流太大，所以站場區(qū)域
性陰極保護多采用強制電流方
式。區(qū)域性陰極保護應考慮：
保護電流的均勻分布、管道間
相互屏蔽、對干線陰極保護系
統(tǒng)的干擾、對站內自動化系統(tǒng)
的影響及陰極保護有效性的檢
測等問題。強制區(qū)域性陰極保
銅導線
焦碳包覆層 耐磨編織網
圖1 導電聚合物柔性陽極結構
護系統(tǒng)的輔助陽極地床有：淺埋分布式、深井陽極式、深井陽極和分布陽極聯(lián)合式、柔性陽極分布式等
多種。其他陽極方式均為常規(guī)技術，而柔性陽極是一種新的技術，是以導電聚合物為基材制作而成的長
線形連續(xù)性輔助陽極，外表酷似電纜，故也稱纜形陽極(圖1)，它主要應用于埋地鋼質管道和儲罐的
陰極保護，施工簡單方便，防腐效果顯著，與其他輔助陽極相比，其主要特點見表2。根據表2可知，
柔性陽極是站內區(qū)域性陰極保護和罐底陰極保護的首選，現(xiàn)在柔性陽極已國產化，性能和國外產品一
樣，價格卻低了很多。
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． 252． 油氣管道工程 2013年4月
柔性陽極 1)輸出電流分布均勻
2)不會造成管道保護過保護或保護不足
3)不會造成對其他金屬構筑物干擾影響
4)不受土壤電阻率的限制
5)對于管網，可弱化電絕緣條件
6)復雜管網區(qū)域內，也不會造成屏蔽或干擾
7)可與管道同時施工、同溝敷設，便于安裝，視需要可任意剪截
對于長輸管道，費用較高，保護站內或罐
底，費用／性能比最佳
以西氣東輸二線為例，干線全長4895km，管徑1219mm，管材X80，陰極保護采用強制電流保護
方案。由于管線途徑地域廣，地質條件差異較大，為合理設置陰極保護站位置，綜合各種影響因素，對
于采用3LPE防腐層的管道，保護電流密度取5gA／m 值，并根據不同的管道參數和電位范圍，按GB／
T 21448標準計算陰極保護的范圍和電流需要量。
陰極保護站與工藝站場或RTU 閥室結合，共設陰極保護站39座。陰極保護參數采用遙測技術，
將各保護站和RTU 閥室的數據，通過站控SCADA系統(tǒng)傳至區(qū)域控制中心，管道沿線的GPRS無線電
電位采集系統(tǒng)的數據通過公共無線系統(tǒng)傳至區(qū)域控制中心的單獨服務器，各站通過內部網絡了解沿線保
護電位情況。
3 減阻內涂技術
天然氣管道的減阻內涂技術在國外
已十分普及，如目前西方工業(yè)發(fā)達國家
所建天然氣管道幾乎百分之百地實現(xiàn)了
減阻內涂。雖然各國的參數取值不盡相
同，但結論卻是一致的，即認為初期內
涂層投入的成本將會得到幾倍的回報，
管徑越大、線路越長、輸氣量越大，效
益就越好。
管道減阻內涂主要使用的涂層材料
為雙組份環(huán)氧類 ]，對于這類涂料，即可
作減阻內涂用，也可作防腐內涂用(減
阻內涂后的鋼管見圖2所示)。減阻型內
圖2 涂裝減阻內涂層的鋼管
涂層厚度大于5O m，一般選擇要大于80Fm，管道連頭處不做內涂處理；防腐型內涂層厚度大于
250／1rn，一般選擇要大于500Fm，管道連頭處必須做防腐處理。
在西氣東輸管道工程建設之初，提出了采用減阻內涂技術，經過計算和分析可得出如下結論：
1)管內壁施加上內涂層之后，在同樣輸量下，站間距可以增大16．2 ～30 ，從而使壓氣站數可
以減少3個左右。
2)管內壁加上內涂覆蓋層之后，在同樣輸量下，消耗的總功率可以減少18．7 ～23 ，若驅動機
為燃氣輪機的話，則自耗氣可以減少13．1 ～23 。
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第35卷第4期 王衛(wèi)國等：地下油氣管道的腐蝕防護技術
3)西氣東輸管道工程采用減阻內涂技術后，可減少固定資產投資7．1億元。
4)西氣東輸管道工程采用減阻內涂技術，每年可減少運行費用1．65億元。
5)輸氣能力可提高6．0 ，年輸氣量可提高7．3×10 m。。
6)管內壁加上內涂覆蓋層之后，可減少清管次數，減少輔助生產開支。據國外經驗數據表明，有
內涂的管道只需每12～18個月進行一次清管，而沒有內涂的管道，一年通常需要近3次。若每次清管
費按10萬元算，則每年可節(jié)約清管費30萬元。
7)管內壁加上內涂覆蓋層之后，還有如下優(yōu)點：有利于管內壁冶金缺陷的檢查；縮短氣體管道的
干燥時間；減少管壁上的物質沉積；提高輸送介質的純度；改善流體的流動性能；減少污染；降低維護
費用；減緩內壁腐蝕等間接的效益等。
總之，天然氣管道內涂減阻技術在技術上是先進的、成熟的，經濟上是合理的，在西氣東輸管道工
程中成功應用后已定為中石油重點推廣的新技術之一，在隨后建設的各條大口徑天然氣管道上得
以應用。
4 結語
我國的管道運輸，從零開始，當初，管道建設是在極其艱苦的條件下邊實踐邊探索起步的，此后，
逐步實現(xiàn)了機械化作業(yè)，施工水平有了很大提高。管材、防腐、檢測和管道維護都采用了新技術、新工
藝、新材料，以管道為主業(yè)的管道局也已走出國門，在“十一五”期間，管道局國際業(yè)務贏利首次超過
國內。管道是國家的動脈，強化管道管理，正確運用科學技術，檢測、維護埋地管道，延長管道壽命，
要讓管道為祖國的“四化”發(fā)揮應有的作用。目前，我國的油氣管道建設處于一個新的發(fā)展時期，同時
面臨嚴峻的國內外市場的挑戰(zhàn)，需要抓住機遇、擔起重任，繼往開來，再創(chuàng)輝煌。
[參考文獻]
[1]Revie R W．尤利格腐蝕手冊EM3 ．楊武譯．北京：化學工業(yè)出版社，2005．
E23胡士信，陳向新．天然氣管道減阻內涂技術EM3．北京：化學工業(yè)出版社，2003
[編輯] 龍舟

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