滨海天然气分输阀室管道腐蚀现状与防护应用

    周斌 王堃 史学海 陈旭杰 刘栓

    

    

    

    摘 要：天然气分输阀室的管道外壁处于大气腐蚀环境，一般采用重防腐涂层进行防腐蚀防护。天然气管道在输送低温天然气时，管道外壁温度低于水的露点，形成凝露环境，涂覆在天然气管道外壁的涂料会长期处于水膜浸泡状态，水分子会逐渐渗入漆膜导致底漆附着力下降，继而出现管道腐蚀和漆膜脱落、鼓泡现象。本文对浙江省内滨海地区70座天然气分输阀室的输气管道外壁进行腐蚀现状调研，评价滨海海洋大气中的氯离子对管道涂层腐蚀失效的影响，同时并采用新型石墨烯改性重防腐涂料对天然气分输阀室的管道外壁进行涂装，评价新型涂料对管道外壁的腐蚀防护效果。

    关键词：天然气管道;分输阀室;石墨烯改性重防腐涂料;凝露;腐蚀机理

    天然气输送主管道多为埋地管道，埋地管道基材为管线钢，管道外壁采用3PE涂层防护，长期服役于土壤腐蚀环境，土壤腐蚀性相对较弱，一般5年以上才挖地进行腐蚀评估。而天然气输气站和分输阀室的输气管道长期处于大气腐蚀环境，当低温天然气流经管道时，管道表面温度远低于环境温度，空气中的水蒸气会在管道外壁凝露形成水膜，在夏季和秋季尤为明显。在滨海地区和化工区，大气中的腐蚀介质（如氯离子和酸性气体）也会凝露在水膜中，加速管道涂层的腐蚀失效[1]。因此，滨海地区分输阀室的凝露环境对天然气管道的长期有效防腐带来较大挑战。

    1 滨海地区分输阀室的管道腐蚀现状

    浙江处于海洋大气和工业大气耦合腐蚀环境，大气中含盐量高，同时含有酸性气体，容易形成腐蚀性较强的介质。近期对浙江省70座天然气分输阀室的输气管道进行腐蚀调研，发现分输阀室的输气管道基本在两年内就出现防腐涂层脱落现象，如萧山站、绍兴站等。部分沿海站场平均两年就要整体防腐涂装，如春晓站等。

    1.1 天然气分输阀室的腐蚀现状

    对浙江省内的天然气站场进行腐蚀调研，发现天然气分输阀室室内湿度大，夏季温度高，管道外壁长期处于凝露环境，并有水滴形成，详见图1。管道外壁、螺栓和接头处都出现不同程度腐蚀现象，并有锈迹趟出。在离海岸线较近的阀室，防腐涂层剥落、开裂和鼓泡现象比较严重，特别是在管道外壁底部的水滴形成区域，详见图2。

    1.2 腐蚀产物形貌和元素分析

    通过电子扫描电镜（SEM）对漆膜锈蚀处的腐蚀产物进行形貌分析，发现腐蚀产物呈颗粒状，疏松多孔，容易从管道基材上脱落，见图3a。对天然气管道腐蚀产物进行XRD分析，发现腐蚀产物主要为Fe3O4、Fe2O3和FeOCl（详见图3b），说明海洋大气中的氯离子一直存在腐蚀产物中，加速天然气管道基材的腐蚀失效。

    1.3 天然气分输阀室管道腐蚀失效机制

    结合天然气管道表面涂层的失效状况和锈层腐蚀产物分析，初步判定天然气管道表面重防腐涂层失效机制为[2]：（1）凝露环境加速防腐涂层老化失效，逐渐渗入漆膜内部的水分子和其他腐蚀介质导致底漆附着力逐渐降低;（2）海洋大气和工业大气腐蚀环境的中腐蚀介质耦合加速漆膜失效，腐蚀介质（主要为氯离子、溶解氧、酸雨）沉积在水膜中，加速天然气管道基底发生电化学腐蚀反应。

    2 新型石墨烯改性重防腐涂料在天然气管道外壁的防护应用

    2.1 防腐方案设计

    通过对滨海地区天然气阀室管道外壁的腐蚀调研，结合天然气管道带气施工的特殊要求，中国科学院宁波材料所设计新型石墨烯改性重防腐涂料体系，具体包括环氧石墨烯帯锈涂装底漆，环氧石墨烯阻隔中间漆和聚氨酯耐候面漆，可以实现在水喷砂后进行防腐涂装。其中环氧石墨烯帯锈涂装底漆主要功能是提高底漆的湿附着力，并具有铁锈转化功能，可以在低表面处理下进行防腐施工;环氧石墨烯阻隔中间漆主要利用二维层状石墨烯的阻隔水汽功能，添加05wt%的石墨烯可以有效增加环氧涂层的致密性和柔韧性，减缓水分子在漆膜内部的渗透速率;聚氨酯耐候面漆设计为中黄颜色，主要起到耐老化和警示功能[3]。在锈蚀表面进行打磨处理后，采用以下施工方案：打磨ST2.0级→环氧石墨烯帯锈底漆（80微米）→环氧石墨烯阻隔中间漆（100微米）→聚氨酯耐候面漆（60微米）。其中每道涂料的涂装间隔为24h，涂装照片见图4。

    2.2 石墨烯改性重防腐涂料对天然气管道外壁防腐效果评价

    对浙能百官阀室涂装的石墨烯改性重防腐涂料服役不同时间后，进行防护效果评价，详见图5。发现涂装6个月后，聚氨酯面漆光泽度高，无腐蚀现象发生，随着服役时间延长，面漆逐渐失光，褪色;但石墨烯改性重防腐涂料体系对管道外壁的整体防腐效果良好，漆膜没有出现腐蚀、起泡和开裂现象。

    3 结语

    在滨海大气腐蚀环境下，天然气分输阀室的管道长期处于凝露環境，传统防腐涂层容易发生腐蚀失效，同时海洋大气中的氯离子会加速管道腐蚀，腐蚀产物主要为Fe3O4、Fe2O3和FeOCl，并且腐蚀产物呈颗粒状，疏松多孔，容易从管道基材上脱落。采用新型石墨烯改性重防腐涂料对天然气分输阀室的管道外壁进行涂装，24个月后，石墨烯改性重防腐涂料体系对管道外壁的整体防腐效果良好，漆膜没有出现腐蚀、起泡和开裂现象。

    参考文献：

    [1]赵宁宁，崔道金，徐焜，等.滨海某地铁管廊架防腐防火涂层失效原因和应对措施[J].科技风，2020（6）：191.

    [2]尹昌国.天然气管道的环境腐蚀与防护[J].工艺与设备，2019，45（9）：106-107.

    [3]刘栓，周开河，吴跃斌，等.石墨烯改性重防腐涂料在世界最高输电铁塔的防腐应用[J].腐蚀科学与防护技术，2019，31（1）：114-120.