浅谈埋地管道腐蚀控制与防护

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【摘要】随着我国经济的快速发展，油气能源凸显重要。管道输送作为一种高效、低耗的运输方式，其应用日益广泛。长输油气管道一般是采用钢制金属管道，由于管道所穿过的地形比较复杂，且会受到土壤、水质等因素的影响，钢质管道易于腐蚀，大多埋地钢管均有防腐层加阴极保护的联合防护措施，以防止管道的外壁腐蚀。本文简单介绍了金属管道腐蚀的机理以及管道防腐层的类型和指标的要求，并对常用的腐蚀控制方法做了阐述，延长管道使用寿命，对管道的安全运营十分重要。

【关键词】管道 腐蚀 控制

管道运输作为五大运输方式之一，管道在社会经济建设中的占据着越来越重要的地位。由于管道大部分是埋在地下的，土壤特性及地形等地下环境都有着一定的影响，时间长久，可能会造成管道的腐蚀、穿孔，导致管道发生泄漏，可能引起重大的安全事故，造成极大的经济损失。因此，在使用管道的运行维护过程中，做好管道腐蚀控制工作尤为重要，特别是通过江河、湿地、酸碱性土壤，埋地管道更要做好防腐蚀的处理。

1 防腐蚀的重要意义

国外统计表明，每年由于腐蚀而报废的金属材料，约相当于金属产量的20―40%，全世界每年因金属腐蚀而损耗的金属达1亿吨以上。腐蚀会导致设备破坏而引起事过，如火灾、爆炸、有毒气体泄漏等，除了造成经济损失以及环境破坏外，有时会伤及生命，因此必须对腐蚀予以高度重视。

管道埋地后，最终导致其报废的因素总是腐蚀。而利用现有技术，可以减少30%的金属腐蚀损失，最大程度的减少腐蚀的危害，其经济意义、社会意义都是非常巨大的。

2 金属腐蚀原理

金属腐蚀大多数为电化学过程，金属表面与电解质接触，如在大气环境下，含盐的水蒸气，当金属浸在淡水、海水或埋地土壤中时，电解质是含盐的水，形成腐蚀电池。阴、阳极在金属表面的分布取决于金属的内部结构及外部环境。电极电位较负的为阳极、电位较正的为阴极，电子将离开阳极向阴极移动，而电位阳极区的金属原子由于失去电子而成为带正电的离子、进入电解质。在阳极区，带着电的金属离子与周围电解质中的负离子发生反应形成腐蚀产物，金属发生腐蚀。在阴极区，由于存在多余的电子，金属不会发生腐蚀，化学反应在电解质中发生，如：析氢反应。

3 管道防腐层类型及指标

涂在管道表面的绝缘材料，把存在着较多不同电极区域的管道同电解质离开，腐蚀电池通路来防止腐蚀。防腐层是防止埋地管道腐蚀的第一道屏障。管道防腐层应具有良好的绝缘性能，防止水分侵入、涂敷方便；耐老化、抗土壤应力性能好、与管道表面黏结性好；耐冲击能力好、绝缘性能稳定；耐阴极剥离性能好，容易修复。埋地管道防腐层常用的包括以下种类：

（1）石油沥青防腐层是一种传统的防腐层，由底漆、石油沥青层、加强玻璃丝布、聚氯乙烯外包膜组成，具有优良的防水性能，但其感温性极大，易受细菌侵蚀及植物根系影响，阴极保护所需电流密度大，目前长输油气管道已基本不再使用。

（2）冷缠聚乙烯防腐层与钢管黏结性较好，耐水及绝缘性能好，但其剥离后产生阴极屏蔽、耐冲击力差、搭接处黏结力差、耐土壤应力差，易产生褶皱；包覆聚乙烯防腐层是挤塑机将热熔聚乙烯挤涂在钢管表面上，防止腐蚀，这种防腐层存在的问题是大口径管道夹层容易产生应力开裂，与管道黏结性能差，目前应用较少。

（3）熔结环氧粉末（FBE）通过静电喷涂方法，将环氧粉末喷涂到经预处理并及预热（220摄氏度）的管体表面，熔融并在管体表面发生固化反应，形成一层致密的防腐层，厚度350―600μm，其具有极佳的附着力、耐温范围宽、具有良好的耐化学性、可分为单层或双层，固态与液态各有其优缺点，根据使用环境选择。

（4）三层PE防腐层由环氧粉末层、粘结层、聚乙烯层组成，它的特点是具有极佳的机械强度、施工性、耐土壤应力、柔韧性，但其质量控制施工技术难度比较大，目前应用较广。

综上所述，选择防腐层考察主要指标包括良好的黏结性能、耐冲击力、耐阴极剥离、耐渗透及电化学介质性能，适当的温度适用范围，易于补口补伤等。

4 管道阴极保护

阴极保护是通过采取措施，使被保护金属表面在电化学电池中为阴极而减缓其腐蚀的技术。强制电流从周围电介质中流向被保护结构表面，使金属表面全部处于阴极状态，就可抑制阴极区金属表面电子释放。施加的电流越大，产生的阴极极化越强，直到腐蚀原电池的阴阳极达到等电位，消除结构表面的阳极区，腐蚀得到抑制。

（1）牺牲阳极阴极保护： 根据金属在电动势序列中相对位置的不同，当将两种金属连接在一起，并处于同一电解质中时，电流将从较活性的金属流向较惰性的金属，为较惰性的金属提供保护。该方法是利用电化学反应提供电流。通过将被保护结构与较活性的金属连接在一起，使被保护金属结构变成阴极；而较活性的金属变成阳极。利用这一原理，将金属管道与较活泼的金属连接，使金属管道得到保护电流。常用的活泼金属包括：镁、锌，铝。由于在提供保护的同时，阳极被消耗掉，所以，这些阳极又被称为牺牲阳极。

（2）外加电流阴极保护：强制电流流向被保护结构，又称为强制电流阴极保护。利用外部电源提供阴极保护电流的阴极保护技术。该方式是利用外部电源和辅助阳极地床，迫使电流通过辅助阳极从周围介质中流向被保护结构，从而消除腐蚀。该阴极保护系统由整流电源、阳极地床、参比电极、连接电缆组成。

在进行阴极保护防腐的设计时，要综合考虑管道的长度、直径、壁厚、涂层种类，以及埋地管道所处位置的土壤类型、地质结构、土壤中的电阻等多个方面，根据相关的数据计算确定出牺牲阳极的种类、规格及使用寿命等。

5 结语

针对管道腐蚀的影响因素和腐蚀原理，管道的腐蚀设计通常有管道的表层处理、外防腐设计、内防腐设计、管道阴极保护防腐设计，通过这些防腐设计能够有效地防止管道的腐蚀。虽然埋地管道的防腐处理技术已较为成熟，但仍需要通过不断地实践研究，完善和提高防腐处理技术，从而更好地保证管道的安全运行。

参考文献

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