埋地管道腐蚀机理及防腐新技术的研究探讨

　　1、前言

　　随着国民经济的发展，采用管道输油输气的优点日益突显出来。输油管道基本上都采用碳素钢无缝钢管、直缝电阻焊钢管和螺旋焊缝钢管。埋地输油输气管道，当金属管道和周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用而引起其表面锈蚀。因此，了解腐蚀发生的原因，采取有效的防护措施，有着十分重大的意义。

　　2、埋地管线的腐蚀环境及金属腐蚀机理

　　材料与其所处环境介质之间发生化学的、电化学的或物理的作用而引起的材料破坏和变质称为腐蚀。

　　2.1埋地管线腐蚀环境。土壤是具有固、液、气三相的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性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。

　　(1)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。

　　(2)土壤中扩散速率不同的氧气在金属表面形成的大电池腐蚀。

　　(3)腐蚀产生的沉淀物进一步加速金属腐蚀的速度。

　　(4)金属自身杂质成分而形成微电池腐蚀。

　　上述过程相互交融，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(硫酸盐还原菌)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。

　　2.2、腐蚀机理。金属的腐蚀是指金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解作用而产生的破坏或变质。

　　2.2.1 化学腐蚀。化学腐蚀是指金属表面与非电介质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其特点为在一定条件下，非电解质中的氧化剂与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物，腐蚀过程中电子在金属与氧化剂之间直接传递，没有电流产生。

　　2.2.2 电化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质发生电化学作用而产生的破坏，其特点在于电化学腐蚀历程可分为两个相对独立并可同时进行的过程。

　　2.3 腐蚀性研究进展。一般来讲，埋于地下的金属管道，经过一段时间(一般为6～8年)的运行，部分管段防腐蚀层可能出现老化、剥离或破损现象，管体产生严重的腐蚀，局部地段开始出现穿孔、泄露。

　　2.3.1 腐蚀检测的内容。对于长输管道来说，腐蚀检测主要包括两方面的内容：环境腐蚀能力和管道的腐蚀状况。对管道腐蚀现状的检测可以摸清管道当前存在的问题和过去的腐蚀结果，对环境腐蚀能力的检测可以分析腐蚀原因以及对将来的腐蚀程度进行预测，以采取相应的防腐措施。

　　2.3.2 管道沿途土壤腐蚀性研究。土壤是一个由气、液、固三相物质组成的复杂系统，张合平通过管道金属与土壤间的原电池、土壤含水量、土壤电阻率、土壤酸度、土壤所含盐分、土壤孔隙率、杂散电流、微生物腐蚀等几方面分析了土壤对管道腐蚀的影响，并应用德国标准对土壤腐蚀性进行评价。

　　2.3.3 腐蚀速率的研究。在土壤的腐蚀性评价工作中，广泛采用现场埋片试验法，然后用失重法测定腐蚀速率。由于土壤腐蚀的埋片试验周期很长，一般为10～30年。因此，在较短的时间内获得可靠的土壤腐蚀速率数据，是土壤腐蚀研究一直追求的目标。

　　2.3.4 杂散电流对埋地管道的腐蚀。减少地铁迷流腐蚀一方面要尽可能减少漏泄电流，另一方面要对各种地下设施和金属结构物采取相应的防护措施。

　　2.3.5 地磁引起的电流的影响。CP的目的是使管线的电位保持在-850mV(相对于土壤)。不需要电位达到太负，因为那样也会引起有害的化学反应。然而与地磁引起的电流(GIC)有联系的管/地电位很容易超过CP电位，而因此使保护失效。GIC的基本物理原理非常简单，磁场的瞬间变化产生了电场。

　　3、常用防护方法

　　对于输送管线外壁来说，由于埋入地下的金属管壁经常受到土壤中大气、水质和酸碱盐介质的电化学腐蚀作用，极易腐蚀而报废，所以管道外壁应根据不同的环境特点，因地制宜地采用不同的保护方案。同时由于口径越大的管线对外防腐层结构性能要求越高，所以在防腐层结构设计中要加以特殊考虑。

　　3.1 涂层保护。涂层保护是在金属表面覆以防腐绝缘层，是管道防腐最基本的也是必须采取的措施。管道涂上防腐材料后，经过固化而形成油漆膜，能够牢固结合在金属表面上，使金属表面同外界严密隔绝，阻止金属与外界物质进行化学反应或电化学反应，从而防止了金属腐蚀。

　　3.1.1常用防腐层。目前，国内外用于埋地管道的外防腐层主要有六种，即：石油沥青、聚乙烯胶带、聚乙烯夹克、熔结环氧粉末、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青。这六种防腐层在我国已有相应的国标和行业标准。

　　3.1.2存在问题

　　3.1.2.1防腐层局部剥离的原因：防腐层老化。埋地输油管道服役一定年限后，防腐层逐渐趋于老化，与钢管的粘接性、柔韧性、电绝缘性等性能指标逐渐下降。b、阴极剥离。阴极保护在防止钢管电化学腐蚀方面效果显著，但也会给管道带来负面影响。管道在阴极反应中析出氢气，而氢气产生的压力可导致防腐层与钢管表面的剥离(即阴极剥离)。c、防腐层施工质量及性能。管道防腐层的施工质量对其耐剥离的性能有很大影响，尤其是在涂敷前钢管的表面处理工序，若达不到有关规范所要求的等级，将引起管道防腐层剥离。

　　3.1.2.2防腐层局部剥离的危害：对阴极保护电流的屏蔽作用。管道防腐层与钢管表面剥离后，保护电流到达被保护金属表面的数量减少，即阴极保护电流受到屏蔽。b、管道的应力腐蚀。处于阴极保护状态下的埋地管道，在防腐层剥离部位由应力腐蚀开裂引发的事故是埋地管道的主要破坏形式之一。

　　3.2 杂散电流排流保护。当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道阴极保护，这时杂散电流就成了阴极保护的电流源。

　　3.3 合理选材。影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和外界介质两个方面。就金属本身来说，金属越活泼就越容易失去电子而被腐蚀。

　　3.4 管线的在线检侧与评估。埋地管道腐蚀情况的检测方法有很多，但各有其优缺点，如何选择较为合理的方法使检测的精确度高、定位准确、劣化状态判定精确、所花费的人力物力最少是检测较为关键的问题。国内对压力管道的安全评定还处于起步阶段，华东理工大学的李培宁等提出了局部减薄缺陷管道在弯曲与内压载荷下的塑性失效评定方法及周向面型缺陷管道在拉、弯、扭、内压联合作用下的失效评定曲线族评定法及U因子评定法。

　　4、结论和建议

　　随着世界范围内埋地油气管线因腐蚀产生的损失的增大，在过去的时间里里，对防腐技术所用到的基础理论的研究引起了国际范围的高度重视，涌现了一大批优秀的理论和技术研究成果，并预示着技术的新突破。

　　合理的腐蚀防护应从设计开始，产生腐蚀的原因是多方面的，针对产生腐蚀的原因应做出全面具体分析，设计全面有效的防腐方案，从而有效地延缓管道的腐蚀，延长大修周期，节约费用。需要对埋地管道的腐蚀模型和理论进行量化，任何一个理论只有上升到能用数学公式表示的理论高度时，才能真正解决大量的问题，腐蚀也不例外，这也是将室内实验数据放大应用于实际管道的必经之路。通过风险评价研究建立一套比较科学的评价方法，通过多方面因素的综合分析来指导决策，就会减少失误，同时也可以减轻管理者的压力。在对埋地管道进行全面检测的基础上，建立埋地管线腐蚀及防护数据库。