浅析金属管道防腐及腐蚀的机理
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摘要：腐蚀的发生悄悄地进行的，一刻也不会停止，即使灾害即将发生往往也毫无征兆。材料在环境介质作用下，发生化学变化、电化学变化或物理溶解从而破坏材料的材质。防腐是调节金属材料与环境之间的相互作用，使设备、结构或零件保持其强度和功能，不因腐蚀而损坏，以实现长期安全运行。
Abstract: The corrosion quietly, the moment will not stop, even if the disaster will happen often without warning. Materials in environmental medium, a chemical change takes place, the electrochemical changes or physical dissolution and destruction of materials. Corrosion protection is to regulate interactions between metal materials and the environment, equipment, structure or parts to maintain its strength and function, from being damaged due to corrosion, so as to realize the long-term safe operation.
Key words: environment; metal pipes; mechanism; harm; corrosion; protection countermeasures
中图分类号：B82-058
1埋地管线腐蚀环境
土壤是具有固、液、气三相毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙为空气和水所充满，水中含有一定的盐使土壤具有离子导电性；土壤物理化学性质的不均匀和金属材质的电化学不均匀性，构成了埋地管道的电化学腐蚀条件，从而产生土壤腐蚀。土壤复杂环境破坏金属表面的保护膜，微生物侵蚀及植物根系对涂层的穿透。腐蚀产生的沉淀物进一步加速金属腐蚀的速度。金属自身杂质成分而形成微电池腐蚀。腐蚀过程相互交融，或随着环境和生物的不同单独或同时对管道破坏。
在一些缺氧的土壤中有细菌参加了腐蚀过程，细菌的作用是参加电极反应将可溶硫酸盐转化为硫化氢与铁作用，产生细菌腐蚀，这种反应因需具备缺氧条件，在低水位、强盐碱的地区，细菌腐蚀不占主导地位。
2金属管道腐蚀的危害
2.1金属及金属管道腐蚀是一个世界性的问题。用于建筑设备配管的金属管道由于直接接触各种易产生腐蚀的介质, 其腐蚀问题尤为突出。建筑设备配管的金属管道按材质分主要有钢管、铸铁管、不锈钢管、铜管、铝管等, 按用途分有生活、生产的冷、热给水管、蒸汽及其它气体、污废水排水、凝结水、消防给水管等。
2.2金属管道的腐蚀及其使用寿命
腐蚀将严重影响金属管道使用寿命。随着时间的推移，金属管道的腐蚀是不可避免的。即使做了防腐涂层，其涂层也会逐渐老化而丧失其防腐蚀性能。
3金属管道腐蚀的机理
3.1金属腐蚀
金属腐蚀是指金属与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀的过程。基本上可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。此外，还有冲蚀、介质温度影响和生物腐蚀等。
3.2化学腐蚀
化学腐蚀是指金属单纯由于化学作用而引起的腐蚀。例如：金属在干燥空气中或非电解质溶液(酒精、汽油、苯等)中的腐蚀。例如铁在高温下跟氧气直接反应产生氧化铁，氯气与钢铁或其他金属直接反应而发生腐蚀；铁、铝、锌等在干燥空气中也可被氧化而形成一层氧化膜(铝膜层比较致密牢固，有一定的隔离保护作用，可防止其下层金属接触腐蚀性物质而进一步被腐蚀，铁的氧化膜则质地疏松，容易吸水，反而促使下层金属腐蚀)。总之，化学腐蚀的化学反应较简单，仅仅是金属跟氧化剂之间的氧化还原反应。金属表面与非电介质直接发生纯化学作用而引起的破坏。通常金属在常温和干燥的空气里并不腐蚀，但在高温下就容易被氧化，生成一层氧化膜，(由FeO、Fe2O3、Fe3O1组成)，同时还会发生脱碳现象。此外，在油品中含有多种形式的有机硫化物，环烷酸它们对金属输油管道也会产生化学腐蚀。在实际生产中，单纯化学反应的例子很少见。
3.3电化学腐蚀
金属接触到电解质溶液，发生原电池效应，比较活泼的金属原子失去电子而被氧化。腐蚀过程中有电流产生，叫电化学腐蚀或电化腐蚀。例如：钢铁在潮湿空气中，表面吸附一层薄薄的水膜，纯水是弱电解质，它能电离出少量的H+和OH-, 同时由于空气里的CO2 的溶解，使水里的H+ 增多。结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液薄膜，它跟钢铁的铁和少量的碳(或其它杂质)恰好构成了原电池。金属在电解质溶液中发生的腐蚀称为电化学腐蚀。金属在电解质溶液中发生的电化学腐蚀通常可以简单看作是一个氧化还原反应过程。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀，电化学腐蚀中，电流流出的部分叫阳极，电流流进的部分叫阴极。
3.4原电池腐蚀
是利用两个电极之间金属性的不同，产生电势差，从而使电子的流动，产生电流，又称非蓄电池，是电化电池的一种。其电化反应不能逆转，即是只能将化学能源转换为电能。
3.5电解腐蚀
由于外加电源使得电极电位高的氧化性离子在阴极放电还原，而阳极区电极电位低的较活泼金属失电子被氧化，成为阳离子脱离材料表面，形成阳极的腐蚀，造成阴极处氧化被还原。
3.6细菌腐蚀
细菌腐蚀是当金属在含有硫酸盐的土壤中腐蚀时，阴极反应的氢将硫酸盐还原为硫化物，硫酸盐还原菌利用反应的能量进行繁殖从而加速金属腐蚀现象。
3.7其它原因
3.7.1 材质不良：金相组织含有超标的杂质，或管壁有小孔、或内壁粗糙、或镀锌、铬层附着不牢固，不能很好地起保护作用。
3.7.2设计不良：如将室外的管道沟兼作排水沟，沟内相对湿度很高，管外壁靠地一侧经常有凝结水，给电化学腐蚀提供了有利条件。有些管道在使用后水不能完全排空，在管壁、空气、水三者同时接触处的界面电化学腐蚀严重。有的立管穿过污水或小便槽，同样存在此弊端。
3.7.3施工安装不良时：对镀锌钢管进行了套丝或:焊接，减薄了管壁及破坏了镀锌层，而又不作防腐处理；或者没有对管道系统进行清洗或吹扫，管内存积大量残渣和积水，为腐蚀创造了条件。
3.4.4管理维护不良：发现了锈蚀或渗漏等问题，不及时作除锈补漆和检修排除故障；或因不按时进行巡视检查，没有及时发现被严重腐蚀的管段，导致腐蚀加剧，产生严重后果。
4金属管道防腐对策
4.1做好金属管道的防腐层处理, 将管道与其所处的外部环境隔绝。即所谓覆盖层保护法。一般管道的防腐处理包括除油、除锈及酸洗等表面清理。然后是刷防锈漆、刮管涂衬或喷涂塑料防腐层。一种传统的防腐涂层是沥青防腐涂料, 即用冷底子油打底, 涂覆沥青后外包玻璃丝布, 上面再涂沥青, 俗称：二油一布, 特需加强防腐的管段也有做。三油二布的。此措施多用于埋地钢管的防腐, 实践证明是有效的。此外, 在管道外壁包扎塑料带防腐层, 在管壁内外涂水泥砂浆掺胶层都很经济简便,可供选用。管道因套丝煨弯、焊接而破坏了镀锌层的,要加强防腐处理,可能时应重新镀锌。
4.2合理选用管材及阀件：镀锌钢管应内外热镀锌，不得有脱锌，空穴锈蚀现象。埋地给水管尽量采用铸铁管或承压塑料管；对水质要求严格的系统要采用铜管、不锈钢管或塑料管。管件阀件的选用应与管材配套，并能抵抗环境及介质造成的腐蚀。例如在CO2 灭火系统或氧气系统宜采用不锈钢阀件。
4.3设计时应考虑管道的外部环境和管内介质，进行合理设计。尽量避免管道穿过严重腐蚀性环境或易受到机械损坏的场所。如大气中有较多腐蚀性气体，管道应尽量埋地敷设。管道沟不能兼作排水沟，并应使其气流通畅，减小管沟内湿度。对于热水和蒸汽管道，水质要作处理。
4.5精心施工，严格按规范操作。管道应按规定放一定坡度，使其能自然排空，避免沉渣积水。供水供汽管道在验收前，应进行冲洗和吹洗保证管内清洁。非工作状态时管内不充水或气体的管道，在冲洗后应用压缩空气吹干。镀锌钢管的连接应首选卡箍连接，其次才是螺丝连接和法兰连接，且在螺丝外露处和法兰施焊处一定要加强防锈处理。镀锌钢管不得直接焊接或在系统中采用非镀锌管件。如果钢管规定要镀锌且必须焊接，应该在焊接拼装后再镀锌，然后进行二次安装；不论钢管、铜管或不锈钢管的焊接，必须遵守焊接规范，保证焊缝饱满且必须焊透，不得在接口处的管内壁出现凹槽，因为凹槽积水将导致腐蚀产生。
4.6加强运行维护管理：经常性地对管道系统进行外观检查，发现有脱漆，锈蚀及渗漏，应及时处理。还要执行定期全面检查维修制度，对经常充水而不运行的水消防管道，应进行周期性试运行，以冲洗管道，除去沉积物和保持系统通畅，以免出现火灾时系统不能正常启动而造成严重后果。
5结语
由于材料科学技术的发展, 应用于制造管道的材料已大大增加, 金属管道用于工程的比例正在逐渐减小, 例如, 廉价的钢筋混凝土管, 耐腐蚀高分子聚合管, 多种材料复合管, 以及铸石管等等, 虽不能全部取代金属管道, 但由于它们有很好的抗腐蚀性能, 均可以供设计者因地制宜地合理选用。
参考文献：
[1] 王继忠.埋地钢管环氧煤沥青防腐涂料.石油化工腐蚀与保护，2001.18 (4 )
[2] 张志宇.段林峰.化工腐蚀与保护.北京：化学工业出版社，2005.2