城市天然气管道的腐蚀与防护
材料保护技术及其工程设计课报告
作者及内容：
李金凤 07120105：第一、五部分研究背景和意义和结论；文章摘要，关键字，全文修改整理、排版连接。
陆宏杰071201 ：第二部分腐蚀类型及机理
施渊吉07120107 ：第三腐蚀的防护措施概述
洪晓露 07120104：第四防护措施的设计
城市天然气管道的腐蚀与防护
李金凤陆宏杰施渊吉洪晓露
上海大学材料科学与工程学院
摘要天然气使用量的急剧增加，而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大力建设迅速发展，成为了城市生存和发展的必要保障和国家重要的基础设施。本文对城市天然气管道的腐蚀包括大气、土壤腐蚀的特点及其影响因素进行了分析, 并概括介绍了目前的一些防护措施。
关键词城市天然气管道大气土壤腐蚀防护
一、研究背景和意义
天然气是石油的气态烃类的采出物质, 天然气分为伴生气和非伴生气两种。我国很多城市目前应用天然气,或用于民用燃气,或用于化工原料,或用于工业燃料。随着我国国民经济较快发展，改善能源结构的要求日趋迫切,加上环保要求的日益严格和消费者环保意识的增强，从而对清洁能源天然气的需求会有较快增长。天然气的地位随着上升。
根据我国国民经济发展对能源的需求和能源结构的变化,采用能源弹性系数法预测我国天然气需求,结果为2005年~2010年天然气总需求是600×
108~1010×108m3，见表1。天然气使用量的急剧增加，推动了天然气工业的发展，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大力建设迅速发展，成为了城市生存和发展的必要保障和国家重要的基础设施。天然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备手段。全国城市燃气行业，到１９９９
年管道长度为４．６２万km。其中人工煤气管道２．９５万km，液化石油气管道０．２万km，天然气管道１．４７万km。而全国天然气管道总长度约10638 km。管径426mm以上的输气管道共45条，长度为6873km。2007年已完成基本骨干管道（约4000 km）的西气东输工程，配套建设支干线和区域性管道11000～17000km，形成基本覆盖长江三角洲地区及华东、华北、中部地区的天然气管网。，
目前输气管道使用最多的是钢管,包括无缝管、直缝管、螺旋缝管,敷设方式一般为埋地。有实验表明,埋地钢管若不加防腐,一年即可能腐蚀穿孔,而若采取合理的防腐措施,使用寿命可达25年以上。天然气开采过程中, 常常会有一些伴生气体如二氧化碳、硫化氢等, 这些气体的存在，不但降低了天然气的热值, 还会对管道、设备等有腐蚀作用。所以天然气输送设备由于长期
与强腐蚀介质接触，特别在高温、高压盒高流速等条件下服役，腐蚀问题显得更为突出和严重。从热力学观点上来看，金属腐蚀是一种自由能降低的自发过程，天然气地下金属管道外壁所受的腐蚀是金属在所处的环境中受化学和电化学作用而引起的一种损坏。腐蚀会造成天然气井油(套) 的断裂、集输管线爆破等管线故障。它的的发生将严重制约天然气集输能力的提高, 导致维修改造费用增大。另外由于天然气具有易燃、易爆等特性, 一旦管道泄漏很可能引起火灾爆炸事故。从而破坏正常平稳供气，影响用户的
生产和生活以及生命财产安全。据调
查, 天津燃气管线38公里，近十年来，管线多次被腐蚀穿孔已更换6公里。按管道投产时间与壁厚资料计算，穿孔年限5-17年，腐蚀速度0.30-1.22毫米/年。我国东部九个油气田各类管道因腐蚀穿孔达2 万次/年, 更换管道数量达400km/年, 因腐蚀造成的年直接经济损失约为数亿元。腐蚀带来的危害不仅威胁人们的生命安全，也给国家造成很大的经济损失。因此, 加强对腐蚀及防腐问题的研究, 具有重要的经济与实践意义。对天然气管道中的腐蚀及如何解决腐蚀的问题进行研究是非常有必要的。
二、腐蚀类型及机理
2.1 大气腐蚀
由大气中的水、氧、酸性污染物等物质的作用而引起的腐蚀, 称为大气腐蚀。钢铁在大气自然环境中生锈, 就是一种最常见的大气腐蚀现象。通常所说的大气腐蚀, 就是指金属材料在常温下潮湿空气中的腐蚀。
2.1.1大气腐蚀特征
一般地讲, 钢材在大气条件下, 遭受大气腐蚀有三种类型。
（1）干燥的大气腐蚀。此时大气中基本没有水汽, 普通金属在室温下产生不可见的氧化膜, 钢铁的表面将保持着光泽。
（2）潮湿的大气腐蚀。是指金属在肉眼看不见的薄膜层下所发生的腐蚀。大气条件下钢材的腐蚀实质上是水膜下的电化学腐蚀。此时大气中存在着水汽, 当水汽浓度超过临界湿度(铁
的临界湿度约为65% , 某些镍的腐蚀产物临界湿度约为85% , 而铜的腐蚀产物临界湿度接近100% ) , 相对湿度低于100% 时, 金属表面有很薄的一
层水膜存在, 就会发生均匀腐蚀。若大气中有酸性污染物CO 2、H2S、SO 2 等, 腐蚀显著加快。
（3）可见液膜下的大气腐蚀。指空气中的相对湿度为100% 左右或在雨中
及其他水溶液中产生的腐蚀。此时, 水分在金属表面上已成液滴凝聚, 存在肉眼看得见的水膜。
2.1.2大气腐蚀的影响因素
(1) 水的影响。在大气环境下对钢材起腐蚀作用的物质中, 水是主要因素(一般地讲湿度越大, 腐蚀性就越强)。其腐蚀原理概述如下:
(a) 水是一种电解质, 而且还能溶解大量的离子, 从而引起金属的腐蚀。
(b) 水可离解成H+ 和OH- , pH 值的不同对金属和氧化物的溶解腐蚀具有明显的影响。
(2) SO
2的影响。SO
2
在大气中被氧化成
SO
3，与水结合生成H
2
SO
4
，与钢铁产生
化学反应导致腐蚀。在受工业废气污
染地区, SO
2
对钢材腐蚀的影响最为严重。以石油、天然气、煤为燃料的废
气中含有大量的SO
2
, 钢材的腐蚀速率
随大气中的SO
2
含量的增加而增加。
2 土壤腐蚀
运输管道的排放，大多数在土壤之中。而天然气在开采和输送中大量地应用了钢质管道, 一般埋地钢质管道在土壤作用下常发生严重的腐蚀穿孔, 造成油气的跑、冒、滴、漏。不但造成经济损失, 而且可以引起爆炸、起火、污染环境等。正确地评价土壤的腐蚀性, 对正确地选择防腐措施有着十分重要的意义。
2.2.1土壤腐蚀特点
由于土壤具有多相性和不均匀性, 并且具有很多微孔可以渗透水及气体, 因此不同土壤具有不同的腐蚀性, 又由于土壤具有相对的稳定性, 使得土壤腐蚀和其他电化学腐蚀过程
不同。在土壤中, 氧的传递通过土壤
孔隙输送, 其传送速度取决于土壤的
结构和湿度, 在不同的土壤中氧的渗
透率会有很大差别。在土壤中除具有
可能生成的多相组织不均性有关的腐
蚀微电池外, 还会因土壤介质的宏观
差别而造成宏腐蚀电池。宏腐蚀电池
的种类有:
(1) 长距离输油管道穿越不同土壤
形成的宏腐蚀电池。
(2) 管体不同材料差异埋在土壤中
产生的宏腐蚀电池。
(3) 由于管道埋深不同, 上、下部土壤的密实性, 含氧等差别造成管道上
下部电极电位不同形成宏腐蚀电池。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 值以及含盐量等对土壤的腐蚀性有极大影响。
(a) 孔隙度的影响。土壤的孔隙有利于氧气的渗入和水分保存, 孔隙
度越大管道腐蚀越严重。
(b) 土壤中含水量的影响。随着含水量增加腐蚀速率增加, 当含水量
超过一定值以后, 由于水量增加氧的
扩散渗透受到阻碍, 土壤中的可溶性盐已全部溶解, 即尽管含水量增加, 但不再有新的盐分溶解, 从而使腐蚀速率减小。当土壤中含水在10% 以下时, 由于水分的短缺,土壤电阻加大, 腐蚀速率急速降低。
(c) 电阻率的影响。土壤电阻率与土壤的含水量、含盐量、孔隙度等很多因素有关, 土壤电阻率越小腐蚀速率越高。
(d) pH 值的影响。我国大部分土壤属中性, pH 值在6～ 8 之间, 随着pH 值的降低腐蚀速率增加。
(e) 含盐量的影响。一般土壤中的含盐量为0.0088%～ 0.15% , 土壤中含盐量越大电导率也越大, 从而提高土壤的腐蚀性。当土壤中含
CaCO
3时, 其腐蚀速率随CaCO
3
含量的
增加而降低。
(2) 杂散电流的影响。电车、电气化铁路、以接地为回路的输配电系统、电解装置等, 在其规定的电路中流动的电流, 其中一部分自回路中流出, 流入大地、水等环境中, 形成了杂散电流。当环境中存在埋地管线或金属构筑物时, 杂散电流的一部分又可能流入、流出埋地管线或金属构筑物, 产生干扰腐蚀。根据腐蚀干扰源的不
同, 可分为直流干扰和交流干扰。杂散电流腐蚀程度, 要比一般的土壤腐蚀剧烈得多。
(3) 土壤中的微生物的影响。硫酸盐还原菌生存在土壤中是一种厌氧菌, 它参加电极反应, 将可溶的硫酸盐转化为硫化氢, 加速了腐蚀作用。(4) 温度的影响。温度对腐蚀速度有很大影响, 一般来讲, 温度每升高20℃, 腐蚀速度加快一倍。
2.3天然气管道的腐蚀破坏形态
天然气管道腐蚀的破坏形态包括全面腐蚀和局部腐蚀, 全面腐蚀是一种常见的腐蚀形态, 包括均匀全面腐蚀和不均匀全面腐蚀。局部腐蚀又可以分为点腐蚀（孔蚀）、缝隙腐蚀和疲劳腐蚀等。
三、腐蚀的防护措施概述及应用
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 内壁腐蚀及防护：
内壁腐蚀是由于天然气中残存的
水分、和、等酸性气体造成的类似原电池的电化学反应和破坏金属晶格的化学反应。这两种反应都造成管壁疏松、脱落以致穿孔,不能再承受压力和输送天然气。对于内壁的防腐蚀,主要可从以下两个方面入手
①净化天然气通常在气源地,从地下开采出来的天然气先经过脱硫、脱水等一系列工艺,达到国家相关标准,才进人长输管线。
②管道内壁涂敷对管道作内壁涂敷可减少腐蚀、输气阻力以及每年的清管次数。目前我国已开发了钢管内表面环氧树脂静电粉末喷涂技术及成套设备。有数据表明,对于大口径长输管线,大约一年即可收回内涂所花费的投资。
3.2外壁腐蚀及防护
管道的外壁腐蚀情况较为复杂,它与多种因素有关,如管道的材质、组织结构的均匀性、包含杂质的种类、数量、焊缝熔渣和机械加工残余应力等,还与土壤性质、电阻率、含水量、值、杂散电流、干扰电流、微生物等有关。
如果用被腐蚀金属的质量来表示腐蚀速度,则有下列关系：
W=i*t*k
式中：W一被腐蚀金属损失的质量,g
i一腐蚀电流强度,A
t一时间,s
k一电化学当量
上述因素都会影响到腐蚀电流,其中,土壤电阻率是反映土壤腐蚀性的主要指标,土壤电阻率越小,形成腐蚀电池的电流强度越大,腐蚀速度则越大,
反之亦然。目前埋地钢管外壁防腐蚀
较为常用的是绝缘层防腐蚀和电保护防腐蚀,两者通常同时使用。绝缘层防腐蚀要根据管道所处地域的地形、地貌、地质状况正确选择合理的防腐蚀材料,目前国内外常用的有石油沥青、环氧煤沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯熔结环氧粉末等。管道防腐蚀总成本应包括以下几项因素①材料、②施工、③修补、④安装、⑤阴极保护、⑥维修、⑦检验、⑧设计年限等,综合以上各因素,目前国内使用较多的是环氧煤沥青防腐蚀。它分三个等级见下表,可根据不同的要求进行选择。
3.3 对于管道腐蚀的具体防护措施有下面的办法
3.3.1 涂层防护
防蚀涂层作为公认的防护方法已广泛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，其作用是将管体金属基体与具有腐蚀性的土壤环境隔离，同时为附加阴极保护的实施提供必要的绝缘条件。此外，管道涂层在涂装、运转装卸、下沟回填以及投产运行后不可避免会出现缺陷。
3.3.2 防蚀涂层
目前用于新建埋地管道的防蚀涂层主要有：复合涂层和环氧粉末。煤焦油瓷漆和石油沥青由于污染环境目前用的很少，用于老管道修复主要是缠带类和液体涂料。
3.3.3 复合涂层
通过简单的物理叠合或化学粘结将各具特点的单一涂层材料联为一体，形成综合性能良好的多层涂层系统。包括二层聚乙烯/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，由环氧粉末底层、粘结剂中间层和聚烯烃外护层组成。由于其兼有熔结环氧优异的防蚀性能、良好的粘结性与抗阴极剥离性能以及聚烯烃优良的机械性能、绝缘性能及强抗渗透性，从而成为综合性能优异的涂层，广泛用于施工及敷设环境均较苛刻的地带。如：陕-京输气管线、靖-西输气管线及兰-成-渝成品油管线等。三层涂层的主要缺点是施工工艺较复杂；由于中间胶粘剂和外层聚乙烯均采用挤出工艺，焊缝处易形成空鼓；涂层一旦失去粘结，涂层将出现层间分离，高度绝缘的聚乙烯外护层将屏蔽阴极保
护电流，产生膜下腐蚀。
3.3.5 环氧粉末涂层
环氧粉末由固态环氧树脂、固化剂及多种助剂经混炼、粉碎加工而成，在我国也得到了推广应用，但主要是作为复合涂层的底层。熔结环氧粉末为一次成膜涂层，具有对钢铁强粘结、良好的膜完整性、优秀的耐阴极剥离性能、耐土壤应力、耐磨损、可冷弯等特点，适用于大多数土壤环境，但是对冲击较为敏感，特别是高温条件下吸水率较高，因此不适用于湿热环境和石方段。
3.3.6 液体聚氯脂涂层
液体聚氨酯涂料也经常用于管道的涂层修复，能够达到要求的厚度，即1-1.5m m。一般无溶剂产品适合于运行温度高达80℃的管道。无溶剂聚氨酯涂料的优势包括，在几分钟内就可以达到可触摸的干度，几个小时可以完全固化：抗磨损和抗土壤应力的能力强；有非常好的粘结性，但不如环氧树脂的粘结能力好：对阴极保护电流的要求非常低；能抗阴极剥离。主要的不利条件与液体环氧涂料相类似，表面不能含有可溶性盐，涂敷过程中对湿气和潮气很敏感，需要用专门的涂敷设备，为了保证表面不连续处得到充分的覆盖，需要在这些地方增加涂层厚度等。
3.3.7 阴极保护
阴极保护应用于管道始于上世纪三十年代，到五十年代中期已成为较成熟的防蚀技术，被世界各国广泛采用。在我国应用也已有五十年的历史。对于埋地管道阴极保护是作为附加保护方式对涂层破损处的管体金属提供防蚀保护的。绝大多数管道工程采用了外加电流阴极保护方式，也有部分管道工程或部分管段采取了牺牲阳极保护方式。阴极保护目前有相应的行业标准可执行，包括设计标准、施工验收规范、运行维护规范及材料标准。此法具有施工简单，安装工作量小，对邻近地下金属构筑物不产生干扰影响，同时对杂散电流干扰能起到接地排流作用，管理也方便等优点。
3.3.8 缓蚀剂防护
缓蚀剂保护是在腐蚀环境中，通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀速度的物质以保护金属的方法。采用缓蚀剂防腐蚀，由于使用方便、投资少、收效快，因而对于燃气管道的防腐有很广阔的前景。在缓蚀机理上，缓蚀剂是通过缓蚀剂分子上极性基团的物理吸附作用或化学吸附作用，使缓蚀剂吸附在金属表面。这样，一方面改变金属表面的电荷状态和界面性质，使金属表面的能量状态趋于稳定化，从而增加腐蚀反应的活化能，使腐蚀速度减慢；另一方面被吸附的缓蚀剂上的非极性基团，尚能在金属表面形成一层疏水性保护膜，此膜阻碍着与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移，故能使腐蚀速度减小。缓蚀剂的吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由缓蚀剂离子与金属的表面电荷产生静电吸引力和范德华力所引起的，这种吸附快而可逆；化学吸附则是由中性缓蚀剂分子与金属形成了配位键，它比物理吸附力强而不可逆，但吸附速度却较慢。
对于现在较常用的防腐技术来说
有如下的工艺流程，在天然气管道施工时可以采用FBE复合覆盖即熔结环氧树脂复合覆盖层的工程方法。本工程采用BH-15环氧富锌底漆2道，BH-GD2厚浆型环氧沥青面漆3道的外防腐涂层结构，并与阴极保护相结合，确保防腐效果。阴极保护采用强制电流阴极保护法，阳极床采用深井阳极地床。防腐涂层共5层，总干膜厚度≥455um，涂敷工艺均为人工刷涂，室外作业，冷涂不需加热。钢管表面预处理采用喷砂除锈的方法进行，除锈等级达到Sa2.5级，锚纹深度50um-80um。
防腐钢管表面喷砂除锈预处理，2道底漆和3道面漆涂敷1作业均在室外进行。底漆及面漆涂敷均为人工刷涂，冷涂不需要热处理。整个工序主要可分4个阶段实施，一是钢管表面喷砂除锈，二是底漆刷涂，三是面漆刷涂，四是补口、补伤。这些是天然气管道防腐的重要工艺，只要按照这些工艺流程及相关原则制定施工措施，便可以保证防腐施工质量。
对于已经铺设的埋地天然气管道，解决办法如果对全部管道开挖重新防腐,工作量和费用十分庞大,只有实施阴极保护系统则是最经济易行的解决办法,但由于管道建设时没有相应的绝缘措施且难以停气进行绝缘改造,也由于没有绝缘并难以取得管道相关参数,所以无法进行实施阴极保护前的相关工艺计算,这就给阴极保护系统的实施带来了很大困难。阴极保护的方法有强制电流法和牺牲阳极保护法,其中强制电流法由于管道无绝缘且管线处于家属区多建筑物的环境中,技术上不可行,故不易采用牺牲阳极阴极保护法在实施中,由于阳极按一定间距布设于管道处,可以避免建筑物及地下其它管道对被保护管道的影响,在技术上也可行,故为防止腐蚀的继续发生发展,采用牺牲阳极阴极保护法。牺牲阳极采用合金阳极,施工按照国家有关标准进行。
所以，在已经铺设好管道后要进行防腐施工，那么阴极保护是实现管道防腐层缺陷不遭土壤环境腐蚀的有效方法,该项技术也已十分成熟,就阴极保护系统的实施在实践中应当结合实际因地制宜,通过对青铝管线阴极保护系统的实施得出以下几点结论：
1.埋地金属管道由于施工等原因,防腐层破损点的存在不可避免,如不实施阴极保护,那么腐蚀穿孔是必然的。
2.阴极保护系统的实施,埋地管道的绝缘是先决条件。
3.在已建管道无绝缘的情况下,如何根据实际,进行简单的绝缘改造,值得深思。
4.从本文不难看出,阴极保护系统的建立,对绝缘的要求也并非十分严格,绝缘程度好,则牺牲阳极用量少或强制电流输出电流小,反之则用量多或输出电流大,在权衡生产、经济等综合因素的情况下,进行简单的绝缘改造不失为一种好的选择。
5，对无绝缘且已出现腐蚀的管道,实施阴极保护的确困难较大,但在实施中进行简单易行的相关试验,从而找到最有效的解决办法,值得借鉴。
6，虽然阴极保护技术已很成熟,但在复杂环境中实施,应当在实践中反复测试或试验,避免实施中的盲目性及造成实施后不能实现对管道保护的巨大浪费。
四、防护措施的设计4.1 防护方案
不同环境引起的管道腐蚀其原因不尽相同，且影响因素也非常复杂。对于管道其内、外环境是不同的，管道的内腐蚀主要由其储存和输送的介质各方面特性所决定，而外腐蚀是由大气、土壤等外部环境引起。
4.1.1内腐蚀防护方案
输送管道内腐蚀控制的基本原则为：因地制宜，一般实行联合保护。所谓因地制宜，是指在调查现场管道、设施内介质腐蚀性等各方面参数的基础上，提出相应、有效、经济的保护方法。而联合保护则是有效实施保护的重要技术路线。
4.2.2外腐蚀防护方案
由于燃气管道在铺设后所处的地质结构和自然环境不同，其腐蚀的特征和影响因素也不尽相同。因此，应根据不同情况有针对性地采取防腐措施，以减缓大气、土壤及介质等对管道的腐蚀，延长管道的使用寿命，保证燃气的输送和使用安全。
当前通用的管道外防腐方案是外涂层加阴极保护的联合保护方式，即采用与腐蚀相对应的各类涂层将管道内外表面与介质隔离开来，再利用直
流电，使腐蚀电流趋于零，进而达到阻止管道腐蚀的效果。联合保护使腐蚀控制手段相互补充，使腐蚀控制成本降低，经济合理，安全可靠，以成为世界发达国家对地下、水中管道进行腐蚀防护的共同法规。
4.2实施方法
4.2.1内腐蚀主要保护措施
（1）净化管道内气体：通常在气源地，如从地下开采出来的气体先经过脱硫、脱水等一系列工艺，达到国家相关标准后，才能进入输管线。但是，现阶段我国还不能对燃气进行彻底脱硫脱水，因此要提高燃气的品质，必须尽量保证净化除尘设备的稳定运行，去除气体中促进腐蚀的有害成分，调节气体的pH值，降低气体中的含水率和有害气体量等，以减少介质对金属管道的腐蚀。
（2）添加化学药剂：在输送的燃气中添加少量阻止或减缓金属管道腐蚀的物质，如缓蚀剂、杀菌剂和阻垢剂等，以减少燃气对管道的腐蚀。
（3）根据不同介质和使用条件，选用合适的管道材料：在含H2S及CO2的介质中选用耐腐蚀合金钢N-80、13Cr 等，输气管道常用碳钢和低合金钢，主要有10、20、30、Q235、09MnV、16Mn、16MnSi、16MnR等。
（4）管道内壁涂敷：对管道作内壁涂敷可减少腐蚀、输气阻力以及每年的清管次数。目前我国已开发了钢管内表面环氧树脂静电粉末喷涂技术及成套设备。有数据表明，对于大口径长输管线，大约一年即可收回内壁涂敷的费用。
（5）确保燃气流速：合理选择输送燃气管道直径，确保燃气流速大于3m/s，减少燃气沉淀物量。
（6）确保管路坡度：燃气输送管路坡度的确定要符合设计规范，一般管路坡度应该大于5/1000。
4.2.2外腐蚀主要保护措施
4.2.2.1外涂层防护
管道外涂层是第一道屏障，其作用是将管体金属基体与具有腐蚀性的外界环境隔离，同时为附加阴极保护的实施提供必要的绝缘条件，这直接关系到管道的防腐蚀性能和运行寿命。采用各类涂层将管道内外表面与腐蚀介质隔离开来防止腐蚀的方法是目前最普遍的措施。使用任何保护涂
层的管道，一般涂装前对管道先进行脱脂再进行除锈处理，除锈后将管道表面的浮灰清理干净即可涂装防腐涂层。
目前，城市燃气管道大多选用的是3PE防腐，即从管道外壁算起，依次为：环氧粉末涂层-胶粘剂-聚乙烯涂层三层。根据各层的厚度不同，又分为3PE普通级防腐、3PE加强级防腐、3PE特加强级防腐。3PE防腐层综合了熔结环氧粉末和聚乙烯的特点，具有较高的机械强度和防水渗透性能，但对管道表面的处理要求很高，且由于是非渗透性防腐层，所以易产生阴极屏蔽，与阴极保护系统的匹配性差。聚乙烯胶带防腐层具有较好的绝缘防腐性能和抗杂散电流的能力，但对施工要求高，抗冲击性差、抗土壤挤压应力的能力低，因粘结力差和电阻值高而易产生阴极屏蔽。3PE与先前的2PE相比，多了一层环氧粉末涂层，但这一层却将钢管与防腐层的粘结力大大增强，使防腐层紧紧地粘附在钢管外壁，使钢管的寿命延长了一倍多。
4.2.2.2 阴极保护
管道的外涂层使钢管与土壤等腐蚀环境隔绝，增加金属腐蚀电池的回路电阻，减小腐蚀电流，从而进行腐蚀控制。然而，在管道的防腐施工中，由于管道运输、施工条件等诸多因素的影响，涂层不可能做到完整无损，而涂层破损处的管壁极易被腐蚀，且由于形成的腐蚀电池呈现小阳极/大阴极的状况，腐蚀电流密度较大，腐蚀速度往往成倍增加。可见，只采用涂层是不能完全防止管道腐蚀的。根据电化学腐蚀原理，只要把需保护的金属变成阴极，就可以防止腐蚀。因此，通过辅助阳极向管道通以直流电，对涂层破坏处的管体提供了足够的阴极极化电流，管道得到有效的保护。我国原石油部1984年在《钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范》SYJ7-84中规定，油、气管道必须采用阴极保护。
阴极保护技术就是通过向被保护的钢质管道通以足够的直流电流，使管道表面产生阴极极化，减小或消除造成钢质管道土壤腐蚀的各种原电池的电极电位差，使腐蚀电流趋于零，进而达到阻止管道腐蚀的目的。阴极保护的原理是基于腐蚀电化学的理论基础，是腐蚀电池的反其道而行的一种使被保护体(通常是水中或埋地的金属构筑物)通过阴极保护提供保护电流而得到阴极极化，从而避免腐蚀的机理。有两种办法可以实现这一目的，即外加电流阴极保护和牺牲阳极
保护。
①外加电流阴极保护法
即将被保护的管道与直流电源的负极相连，把辅助阳极与电源正极相连，使管道成为阴极。外部电源通过埋地的辅助阳极、将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生失电子氧化反应，因此辅助阳极本身存在消耗。辅助阳极的常用材料有高硅铸铁、石墨，磁性氧化铁及废钢铁等。
②牺牲阳极保护法
在待保护的管道上连接一种电位更负的金属或合金，形成一个新的腐蚀原电池。接上的金属成为牺牲阳极，整个管道成为阴极受到保护。将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。
③两种保护方式的选择
阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同，一种是利用直流电源，另一种则利用电位更负的金属或合金。外加电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，保护距离长，有效保护范围广，便于调节电流和电压，主要用于保护面积大的长距离、大口径管道以及市郊主干线上。但它需要外电源和经常性的维护管理，且在市区为避免对其他地下金属管网及构筑物的影响，不能采用这种方法。牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径、分散的管道。
4.2.3合理设计和施工
燃气管道的拼接、组装应采用对接双面焊，尽可能避免或减少搭接焊。在装配焊接施工中，必须下料准确，采用合理的装配和焊接工艺，避免强制装配，焊后应锤击焊缝以降低或消除残余应力。此外管道在使用前应进行无损检测，要求无裂纹、夹层等缺陷。制作中应选用较长的管道以减少焊缝，减少早期应力腐蚀破裂，延长
燃气管道的使用寿命。
4.3预期可能结果
城市天然气管道得到合理的防腐
蚀保护，能够有较长的使用寿命。
在现有的燃气输送管道防腐措施中，每一种措施都有其相应的应用范围和适用条件，也各有其优点和劣势。因此，应该因地制宜、相互配合，做到既能保证安全运行，又不浪费材料、增加无谓的成本。
五、结论
我国天然气工业的发展将推动天然气管道运输业。今后一段时间，我国天然气管道建设将进入较快发展的时期。管道防腐蚀与防护技术是保证管道正常运行、延长管道寿命的重要措施。为了适应天然气管道建设的迅速发展，必须发展用于外防腐涂层和内涂层的新材料。而高性能、复合化、寿命长的管道外防腐层，减阻效果好、性能稳定、价格便宜的内涂层，防腐数据的高精确度、在线检测仪器和自动采集处理系统等，是近期国内管道防腐技术的主要发展方向。参考文献
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