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天然气长输管道的腐蚀与防护措施

随着我国国民经济较快发展，改善能源结构日趋迫切，加上环保

要求和环保意识的增强，从而对天然气的需求有较快增长，天然气的

地位、生产和贸易随之上升。国际能源署（IEA）发布年度中期天然气

市场报告预计，到2019年，我国天然气需求将增至3150亿立方米。

今年官方预计到2020年天然气年消耗4200亿立方米。而天然气的

输送主要由天然气管道完成。各大长输管网均承担着保障国家能源供

给安全战略顺利实施的重大责任和使命。

输气管网设施大力建设并迅速发展，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。2007年已完成基本骨干管道（约

4000km）的西氣东输工程，配套建设支干线和区域性管道*****～

*****km，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。预计到2020年，中国天然气管道将达15万公里，年均增

长超过1万公里。

目前输气管道多为钢管，埋地敷设。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。天然气管道输送介质中往往含有H2S、CO2等酸性腐

蚀介质对管壁腐蚀，造成天然气井套的断裂、集输管线爆破等故障。

国内外腐蚀造成的案例很多，1970至1984年，美国输气干线发生的

事故中，内腐蚀造成的事故占4.5%；1980至1990年，俄罗斯输气干

线共发生事故725次，内腐蚀事故占7%。四川的威远-成都输气干线

在1968至1997的30年间的就发生过管道事故110余起，其中内腐

蚀事故约占总数的77%。1980年以后，通过加注缓释剂、加强清管等

措施较有效控制了管道的内腐蚀，管道事故率有所下降，但20世纪

90年代川渝地区输气管道的平均事故率仍达到了2.3次/1000km.a，

远远高于发达国家的平均水平。因此对天然气管道进行防腐蚀保护很

有必要的。

进入长输管网的天然气既有不同国家的管输天然气、液化天然气，

又有国产的气田气、油田伴生气、煤层气、页岩气和煤制气等。不同

气源间可能存在的不同气质会对天然气的贸易交接和安全生产造成

影响。管道的安全输送及天然气的准确计量都对进入管道，尤其是长

输管道的天然气气质提出要求。

2、气质情况概述

现阶段我国进入长输管道中的管输天然气按照来源可以分为常

规天然气（气田气、油田伴生气等）、页岩气、煤层气以及煤制气等。

2.1常规天然气

典型常规天然气气质组成范围

上表是我国典型的常规天然气气质组成范围。由表可以看到，常

规天然气通常含有十多个组分，管输天然气大多满足GB*****-2012

标准的二类气以上质量要求。另外，天然气的输送管道是基于表中的

常规天然气气质进行安全设计的，在多年的实际运行中也未见异常。

所以，常规天然气在进入长输管道时，不会对天然气的贸易交接计量

和安全生产产生影响。

2.2对管道安全输送产生影响的因素

进入长输管道气质要满足GB*****-2012的要求，保证多气源（常

规天然气、页岩气、煤层气、煤制气等）进入管道后，长输管道能安

全运行。另外还需进一步讨论可能对管道安全输送产生影响的因素。

2.2.1总硫

进入管道的总硫指标直接关系到天然气燃烧后形成的SO2排放

量，GB*****-2012中的总硫含量在确定时，已充分考虑天然气燃烧后

排放的环保要求。进入长输管道气质总硫指标的确定可以参照

GB*****-2012指标执行。

2.2.2H2S

H2S作为酸性气体，是对管道运行产生腐蚀的主要气体。硫化氢

溶于水后，首先吸附于铁表面，Fe经过一系列阴离子吸附和脱附、阳

极氧化反应、水解等过程，生成Fe2+或者FeS，导致铁腐蚀。

2.2.3CO2

CO2在管输过程中主要是电化学腐蚀。天然气管道输送的介质中

含有CO2溶于水，生成酸，碳钢在酸中发生电化学反应腐蚀，在阳

极区铁被氧化为Fe2+离子，所放出的电子自阳极（Fe）流至钢中的

阴极（Fe3C）上被H+吸收而被还原成氢气，即

其电极反应为：CO2+H2O→H2CO3H2CO3+Fe→FeCO3+H2↑

阳极氧化反应：Fe→Fe2++2e

阴极还原反应：H2CO3→H++HCO3-2H+2e→H2↑