埋地金屬管道的腐蝕與防護
(陝西科技大學)
摘要通過對埋地金屬管道腐蝕機理、原因及影響因素的分析，提出具體的防腐
蝕措施。
關鍵詞管道腐蝕土壤腐蝕防護陰極保護
管道是工業生產與民用設施的重要組成部分，也於腐蝕性的環是管道運輸中的主要設施。隨著我國石化工業的迅速發展及城市公用設施建設速度的提高，管道建設也在飛速發展。管道埋設在地下，腐蝕與防護問題一直是關係到管道可靠性及使用壽命的關鍵因素。
1 金屬在土壤中的腐蝕機理
金屬材料受到周圍土壤介質的化學、電化學作用而產生的破壞，稱為金屬的土壤腐蝕。埋地金屬管道的腐蝕發生在含水的環境下，在性質上屬電化學過程。潮濕的土壤是電解質。
金屬管道的腐蝕過程涉及金屬失去電子(氧化反應)的過程，見式(1)，而失去的電子被另外的還原反應所消耗，例如氧和水的還原反應，分別見式(2)和式(3)。
fe—fe2++2e1)
02+2h20+4e——+40h一2)
2h20+2e—h2+20h一3)
氧化反應一般稱為陽極反應，而還原反應一般稱為陰極反應，兩個電化學反應對腐蝕的發生是必不可少的。氧化反應造成了金屬的實際損失。
氧化和還原反應也被稱為半電池反應，它們可以區域性發生在金屬的同一點或者分開發生。當這些電化學反應被分開的時候，這個過程稱為差異腐蝕電池。金屬管道的土壤腐蝕常常是由於存在不同型別的差異腐蝕電池。
常見的腐蝕電池包括充氣差異腐蝕電池和電偶腐蝕電池。由於管道的不同部分暴露在土壤中不同的氧濃度下，電池因管道表面性質或者土壤化學物質的不同而發生的腐蝕稱充氣差異腐蝕電池；當兩種具有不同電極電位的材料相聯接，而且置於腐蝕性的環有不同電極電位的材料相聯接，而且置於腐蝕性的環境
2土壤的腐蝕性及影響因素
土壤是乙個由氣、液、固三相物質構成的複雜系統，其中還生存著土壤微生物，其代謝產物也會對材料產生腐蝕。有時還存在雜散電流的腐蝕問題。土壤的腐蝕性既與土壤的物理化學效能有關，還與被測材料及兩者互相作用的性質密切相關。
土壤腐蝕性的影響因素主要有以下幾個方面：
（1）被測材料(碳鋼)
碳鋼的成分對土壤腐蝕性的影響不大，影響較大的是金屬材料本身的金相組織等，如碳鋼的焊縫及其熱影響區的土壤腐蝕較重，此外，材料中的夾雜物周圍和晶界常常產生優先腐蝕。
（2） 土壤鹽分
土壤中的鹽分對材料腐蝕的影響，除了對土壤腐蝕介質的導電過程起作用外，還參與電化學反應。土壤中可溶鹽是電解液的主要成分，所以土壤介質中的含鹽量與土壤電阻率有明顯的反相筍系。含鹽量還能影響到土壤溶液中氧的溶解度，含鹽量高，氧氣溶解度就會下降。
於是削弱了土壤腐蝕的電化學陰極過程，同時還會影響土壤中金屬的電極電位。土壤中的陰離子對金屬的腐蝕影響較大，因為陰離子對土壤腐蝕電化學過程有直接的影響。cl對金屬材料的鈍性破壞很大，促進土壤腐蝕的陽極過程，並能滲透過金屬腐蝕層，與鋼鐵反應生成可溶性腐蝕產物，所以土壤中cl一含量愈高，土壤腐蝕性愈強，cr是土壤中腐蝕性最強的一種陰離子。
s0。2對鋼鐵腐蝕有促進作用，co。2及hc0s一對碳鋼的腐蝕有較重要的作用，但兩者的作用稍有不同。
c0。2一與ca2+形成ca—c0。，它與土壤中的砂粒結合成堅固的「混凝土」層，使腐蝕產物不易剝離，抑制了電化學反應的陽極過程，對腐蝕起阻礙作用。
而由hc0形成的nahco。沒有這種阻礙作用。土壤中陽性離子有k+、na+、ca」、m92+、al」等．這些離子除了起導電的作用外，並不直接影響土壤腐蝕的電極過程，因而對土壤腐蝕性的影響不大。
其中ca2+的影響比較特殊，它在中、鹼性土壤中，尤其是在含有豐富碳酸鹽的土壤中，能形成不溶性碳酸鈣，從而阻止電化學陽極過程，降低土壤腐蝕性。
（3）土壤含水量
水分是使土壤成為電解質，造成電化學腐蝕的先決條件。研究表明，土壤中的含水量對鋼的腐蝕速率的影響存在乙個最大值。當含水量低時腐蝕速率隨著含水量的增加而增加，達到某一含水量時材料的腐蝕速率最大，再增加含水量，其腐蝕速率反而下降。
另外，含水量交替變化也會使土壤的腐蝕性增強。
（4)土壤含氣量
氧是金屬腐蝕不可缺少的乙個主要因素，它直接關係到土壤腐蝕的陰極過程的
順利與否，也關係到金屬成膜的難易程度，從而間接地影響到陽極過程。氧的
去極化作用是隨著氧含量的增加麗加快的，即：02+2h20+4e——*40h一氧的
**主要是空氣的滲透，在緊密的土壤中氧的傳遞比較困難，土壤腐蝕的陰極
過程減慢；在疏鬆的土壤中，氧的傳遞較快，氧的去極化作用增強。
(5)土壤溫度
金屬材料在土壤中的腐蝕主要是電化學過程，土壤溫度的公升高會加速陰極的擴
散過程和電化學反應的離子化過程。土壤溫度對土壤腐蝕性的影響，是通過對
其他一些影響因素的作用而間接起作用的。溫度的變化還會影響微生物的生機
活動。一般說來，不同的微生物都有乙個最適宜的溫度，當土壤溫度低於o℃
時，微生物的活動將趨於停滯，隨著溫度的公升高，微生物的活動增強，微生物對
材料的腐蝕作用增大。除上述因素外，土壤電阻率、土壤氧化還原電位、土壤
酸度、土壤微生物、土壤有機質、雜散電流、氣候條件都會對金屬在土壤中的腐
蝕產生不同程度的影響。
3地埋管道腐蝕的防護
在地埋管道上減緩腐蝕的主要方法是塗層和陰極保護防護層是在被保護的金屬
的表面形成乙個連續性電絕緣材料薄層，它的作用是隔離金屬與周圍電解質的直
接接觸，而且塗覆這樣的高阻抗塗層使電化學反應不易發生。目前應用較多的塗
層有：（1）石油瀝青塗層
這種材料資源豐富，毒性小，抗水、抗鹽、抗鹼性好。但它化學穩定性及抗微生物腐蝕性差，絕緣電阻率低，耐溫性差，使用壽命短。主要用於非石方地區。
（2）煤焦油瀝青塗層
具有耐化學介質腐蝕能力強、抗水性優良、絕緣性能好和抗微生物腐蝕能力強等特點，使用壽命長，易修補。但耐溫性能差，易機械損傷。主要用於地下水位高和沼澤地段的土壤環境。
(1) 環氧煤瀝青塗層
該塗層具有附著力強、韌性好、耐水、耐熱、耐化學介質、耐微生物等特性。但有低溫脆性，抗衝擊性差。適用於鹽漬、沼澤等土壤環境。
(2) 環氧粉末塗層
該塗層與金屬表面粘附性好、堅韌、耐衝擊、耐溫性好、防腐蝕效能優良。但**高，對施工質量要求高。主要用於環境腐蝕性高或鹽漬化土壤環境以及穿越管段等場合。
(3) 聚乙烯膠粘帶塗層
這種塗層吸水率低、電阻高、防腐蝕效能好，適用於地下水位不高、土壤腐蝕性不強及無風沙地區。
(4) 硬質聚氨酯泡沫塑料塗層
在耐熱性、整體防腐蝕性、絕緣性和機械效能方面有明顯的優越性，但**較高，對施工質量要求較高。主要用於埋地保溫管道。
(5) 兩層聚乙烯
其機械效能、耐低溫效能及電絕緣效能好，但與鋼表面粘結性較差，補口質量要求高。適用於多石地段和一般鹽漬土壤等。
(6) 三層聚乙烯
其粘結性能、機械效能和電絕緣效能好，但成本高，對施工質量要求高。適用於腐蝕性高的土壤環境、複雜的地域和石方區。事實上所有的塗層，無論其總體質量如何，都難免會存在缺陷與針孔，它們是在加工廠進行塗覆管的施工、運輸和安裝過程中形成的。
塗層上的針孔也可以是由於塗層的剝落、土壤的壓力、地下管道的運動形成的，或在使用過程中形成的。在用塗層的剝落可以導致塗層與管道表面脫離，進而使金屬暴露在地下環境中。缺陷等處暴露的金屬與塗層覆蓋的部分形成了小陽極和大陰極的區域性腐蝕電池，將加速暴露金屬的腐蝕。
因此塗層在缺少陰極保護的時候很少用於地下管道的保護。在陰極保護上管道塗層的主要作用是減少管道上的暴露金屬的表面積，從而減少對陰極保護金屬電流的需求。陰極保護就是依靠外加直流電流或犧牲陽極(通常是鎂、鋁和鋅)，使被保護的金屬成為陰極，從而減輕或消除金屬的腐蝕。
陰極保護有兩種方法。一是在被保護的金屬上連線一種電位更負的金屬或合金作為陽極，使被保護金屬變成陰極從而得到保護，這稱為犧牲陽極保**。另一種方法是外加直流電源，通過輔助陽極給被保護的金屬通以恆定電流，電源的正極與輔助陽極連線，使陰極極化，以減輕和防止腐蝕，這稱為外加電流陰極保**。
單獨使用塗層保護效果是不理想的。而單獨使用陰極保護，由於耗電太大也不經濟。因此採用塗層與陰極保護的聯合保護方法，對塗層缺陷等處的暴露金屬進行集中的陰極保護，是最佳的、經濟的保護形式。
實踐證明塗層是決定保護效果的第一要素，因此這種「聯合保護」也可理解為「以塗層為主，陰極保護為輔」的保護方式。到目前為止，金屬管線的土壤腐蝕防護都是採用這種防腐塗層和陰極保護聯合的防護措施。
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