地下管道腐蚀因素及预防措施

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[摘 要]管道在日常生活中所占的比重很大，进行埋地管道的土壤腐蚀研究具有极大的意义。分析埋地管道土壤腐蚀的影响因素，探究土壤腐蚀的研究方法，有助于对地下管道进行有效的防腐措施。

[关键词]地下管道 土壤腐蚀 防腐措施

中图分类号：U177 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0001-02

土壤是我们赖以生存和发展的最基本的自然环境。土壤腐蚀（soil corrosion）或称地下腐蚀（underground corrosion）是指土壤对地下设施和构筑物等因受土壤中的水分、溶盐、氧和微生物等的侵蚀而发生的腐蚀破坏现象（如图1所示）。随着国民经济的发展，特别是能源工业的发展，以及西部大开发的推进和东北老工业基地的振兴，还将会有大量的地下管道、钢桩、套管、储罐和电缆等地下设施投入建设和使用，这些地下构筑物常因遭受土壤腐蚀而给国民经济的建设造成巨大的损失，建立、完善和发展土壤腐蚀的研究方法具有重要的科学意义和经济价值。

1 金属在土壤中的腐蚀机理

金属材料受到周围土壤介质的化学、电化学作用而产生的破坏，被称为“金属的土壤腐蚀”。埋地金属管道的腐蚀发生在含水的环境下，在性质上属电化学过程。潮湿的土壤是电解质。金属管道的腐蚀过程涉及金属失去电子（氧化反应）的过程，见式（1），而失去的电子被另外的还原反应所消耗，例如氧和水的还原反应，分别见式（2）和式（3）。

氧化反应一般称为阳极反应，而还原反应一般称为阴极反应，两个电化学反应对腐蚀的发生是必不可少的；氧化反应造成了金属的实际损失。

氧化和还原反应也被称为半电池反应，它们可以局部发生在金属的同一点或者分开发生。当这些电化学反应被分开的时候，这个过程称为差异腐蚀电池。金属管道的土壤腐蚀常常是由于存在不同类型的差异腐蚀电池。常见的腐蚀电池包括充气差异腐蚀电池和电偶腐蚀电池。由于管道的不同部分暴露在土壤中不同的氧浓度下，电池因管道表面性质或者土壤化学物质的不同而发生的腐蚀称充气差异腐蚀电池；当两种具有不同电极电位的材料相联接，而且置于腐蚀性的环境时，所形成的腐蚀电池称为电偶腐蚀电池。

2 影响因素

研究表明影响土壤腐蚀的主要因素有：土壤电阻率、土壤不均匀性、含盐量、含气（氧）量、含水量和pH值，各因素与土壤腐蚀性的关系见图2。

土壤是具有毛细管多孔性的特殊固体电解质。土壤腐蚀的阴极过程主要是氧去极化作用，由于氧要透过固体的微孔电解质到达阴极，过程比较复杂，进行得较慢，且土壤的结构和湿度对氧的流动有很大的影响。

埋地管道在土壤中的腐蚀，受众多因素的影响。这些影响因素包括含水量、含盐量（包括C1―、S042-、C032-；一等）、电阻率、pH值、土壤氧化还原电位、金属腐蚀电位、硫酸盐还原菌等，它们或单独起作用，或几种因素联合起作用。

2.1 土壤电阻率对金属管道腐蚀

土壤导电性直接受土壤粒度大小及水份含量和溶解盐类的影响.粒度大，水份的渗透能力强，土壤不易保持水份；粒度小则渗透能力差，土壤含水量就大，可溶解的盐类就多半成为电解质溶液，电阻率就小。在一般情况下，土壤对金属管道的腐蚀可用土壤的电阻率来衡量（见表1）.从土壤电阻率与腐蚀速度表可以看出，土壤电阻率>10 000Ω/cm时，埋地钢管的腐蚀较轻，小于2 000Ω/cm时，腐蚀速度急剧增加。

2.2 土壤中的氧含量对金属管道腐蚀影响

土壤中的氧含量对金属腐蚀有很大影响，腐蚀受以下阴极反应控制，土壤中的氧通常是由地表渗透来的空气和在雨水、地下水中原溶解氧，但起主要作用的是土壤颗粒缝隙中的氧，很多化学反应在无氧环境下无法进行.在干燥的沙土中，氧气容易渗透，所以氧含量就高；在潮湿的沙土中，氧气很难通过，土壤中氧含量就较少；在潮湿而又致密的粘土中，氧更难通过，含氧量就更少.因此，在潮湿而结构不同的土壤中，氧含量差别很大。在含氧量不同的土壤中，埋设金属管道就有可能形成含氧量不均的腐蚀电池，含氧量较多的金属管道区成为腐蚀电池的阴极区，含氧量少的土壤接触金属管道则成为阳极区而受到腐蚀。

3 防腐措施

3.1 阴极保护

阴极保护是防腐蚀最普遍最有效的方法之一。通过对受保护的金属设施进行阴极极化，使之成为一个大阴极，从而防止金属腐蚀（金属只有在阳极状态下才可能腐蚀）。这就是所谓的阴极保护。阴极保护可以通过两种方法实现，一是外加电流法，二是牺牲阳极法。阴极保护已在海洋石油钻井平台、油气管线等得到应用.能有效防止金属腐蚀。近几年，有人开始把阴极保护法应用到埋地管道的防腐蚀中，并且取得一定的防腐成效。

3.1.1 外加电流法

外加电流法是通过外加保护电流来实现的，将被保护的金属接到直流电源的负极，并要保持在金属极化的电流范围内，达到防腐蚀的目的。由于外加电流法需要外部提供电源，要专门建立电流监视站，需要专人管理，而且容易受到大电流的反击。造成恒电源的烧坏.因此该法在埋地管道防腐蚀中应用得比较少，一般采用牺牲阳极法。

3.1.2 牺牲阳极法

牺牲阳极法简单易行.无须维护.它是在被保护的接地网上连接电位更负、更容易腐蚀的金属或合金（镁及镁合金阳极、锌合金阳极），靠阳极的腐蚀达到保护阴极（接地网）的目的，牺牲阳极法不仅适合于新建埋地管道的防护。还可以用来对埋地管道进行改造。延长其使用寿命。由于施工要求不高，运行时间长，投入运行后不需要人员进行管理，因此牺牲阳极法具有优越的技术经济性能，易于推广。但是，目前还没有选择阳极材料的方法以及完整的施工标准.在这方面还有待进一步的研究。

3.2 防腐涂层保护

在金属表面上施加保护涂层是防止金属腐蚀的重要方法。它的作用在于使金属构件表面与土壤介质隔离开来，以阻碍金属表层微电池的腐g作用。常用的表面防腐材料及涂层主要有石油沥青、环氧煤沥青、聚乙烯塑料、粉末环氧树脂等，并在涂层外加玻璃布加固层。

管道是工业生产与民用设施的重要组成部分，也是管道运输中的主要设施。随着我国石化工业的迅速发展及城市公用设施建设速度的提高，管道建设也在

飞速发展。管道埋设在地下，腐蚀与防护问题一直是关系到管道可靠性及使用寿命的关键因素。通过对埋地管道的土壤腐蚀进行相应的研究，从而对其采取有效的防腐措施，降低管道腐蚀的风险，确保管道安全运行是十分重要的。

参考文献：

[1] 王文和，沈士明，於孝春.埋地管道钢土壤腐蚀研究方法进展[J].南京工业大学学报：自然科学版，2008（4）.

[2] 司维岭.埋地管道土壤腐蚀研究[J].新疆石油科技，1996（2）.

[3] 王天瑜，吴宗之，王如君，李雷雷.基于改进灰关联分析法的埋地管道土壤腐蚀性评价[J].中国安全生产科学技术，2016（3）.