埋地金属管道的腐蚀与防护(陕西科技大学)摘要通过对埋地金属管道腐蚀机理、原因及影响因素的分析，提出具体的防腐蚀措施。
关键词管道腐蚀土壤腐蚀防护阴极保护管道是工业生产与民用设施的重要组成部分，也于腐蚀性的环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。
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，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)。
Fe—Fe2++2e (1)02+2H20+4e——+40H一(2)2H20+2e—H2+20H一(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有不同电极电位的材料相联接，而且置于腐蚀性的环境2土壤的腐蚀性及影响因素土壤是一个由气、液、固三相物质构成的复杂系统，其中还生存着土壤微生物，其代谢产物也会对材料产生腐蚀。
有时还存在杂散电流的腐蚀问题。
土壤的腐蚀性既与土壤的物理化学性能有关，还与被测材料及两者互相作用的性质密切相关。
土壤腐蚀性的影响因素主要有以下几个方面：（1）被测材料(碳钢)碳钢的成分对土壤腐蚀性的影响不大，影响较大的是金属材料本身的金相组织等，如碳钢的焊缝及其热影响区的土壤腐蚀较重，此外，材料中的夹杂物周围和晶界常常产生优先腐蚀。
（2）土壤盐分土壤中的盐分对材料腐蚀的影响，除了对土壤腐蚀介质的导电过程起作用外，还参与电化学反应。
土壤中可溶盐是电解液的主要成分，所以土壤介质中的含盐量与土壤电阻率有明显的反相笋系。
含盐量还能影响到土壤溶液中氧的溶解度，含盐量高，氧气溶解度就会下降。
于是削弱了土壤腐蚀的电化学阴极过程，同时还会影响土壤中金属的电极电位。
土壤中的阴离子对金属的腐蚀影响较大，因为阴离子对土壤腐蚀电化学过程有直接的影响。
Cl对金属材料的钝性破坏很大，促进土壤腐蚀的阳极过程，并能渗透过金属腐蚀层，与钢铁反应生成可溶性腐蚀产物，所以土壤中Cl一含量愈高，土壤腐蚀性愈强，Cr是土壤中腐蚀性最强的一种阴离子。
s0。
2对钢铁腐蚀有促进作用，CO。
2及HC0s一对碳钢的腐蚀有较重要的作用，但两者的作用稍有不同。
c0。
2一与Ca2+形成Ca—c0。
，它与土壤中的砂粒结合成坚固的“混凝土”层，使腐蚀产物不易剥离，抑制了电化学反应的阳极过程，对腐蚀起阻碍作用。
而由Hc0形成的NaHCO。
没有这种阻碍作用。
土壤中阳性离子有K+、Na+、Ca”、M92+、Al”等．这些离子除了起导电的作用外，并不直接影响土壤腐蚀的电极过程，因而对土壤腐蚀性的影响不大。
其中Ca2+的影响比较特殊，它在中、碱性土壤中，尤其是在含有丰富碳酸盐的土壤中，能形成不溶性碳酸钙，从而阻止电化学阳极过程，降低土壤腐蚀性。
（3）土壤含水量水分是使土壤成为电解质，造成电化学腐蚀的先决条件。
研究表明，土壤中的含水量对钢的腐蚀速率的影响存在一个最大值。
当含水量低时腐蚀速率随着含水量的增加而增加，达到某一含水量时材料的腐蚀速率最大，再增加含水量，其腐蚀速率反而下降。
另外，含水量交替变化也会使土壤的腐蚀性增强。
（4)土壤含气量氧是金属腐蚀不可缺少的一个主要因素，它直接关系到土壤腐蚀的阴极过程的顺利与否，也关系到金属成膜的难易程度，从而间接地影响到阳极过程。
氧的去极化作用是随着氧含量的增加丽加快的，即：02+2H20+4e——*40H一氧的来源主要是空气的渗透，在紧密的土壤中氧的传递比较困难，土壤腐蚀的阴极过程减慢；在疏松的土壤中，氧的传递较快，氧的去极化作用增强。
(5)土壤温度金属材料在土壤中的腐蚀主要是电化学过程，土壤温度的升高会加速阴极的扩散过程和电化学反应的离子化过程。
土壤温度对土壤腐蚀性的影响，是通过对其他一些影响因素的作用而间接起作用的。
温度的变化还会影响微生物的生机活动。
一般说来，不同的微生物都有一个最适宜的温度，当土壤温度低于o℃时，微生物的活动将趋于停滞，随着温度的升高，微生物的活动增强，微生物对材料的腐蚀作用增大。
除上述因素外，土壤电阻率、土壤氧化还原电位、土壤酸度、土壤微生物、土壤有机质、杂散电流、气候条件都会对金属在土壤中的腐蚀产生不同程度的影响。
3地埋管道腐蚀的防护在地埋管道上减缓腐蚀的主要方法是涂层和阴极保护防护层是在被保护的金属的表面形成一个连续性电绝缘材料薄层，它的作用是隔离金属与周围电解质的直接接触，而且涂覆这样的高阻抗涂层使电化学反应不易发生。
目前应用较多的涂层有：（1）石油沥青涂层这种材料资源丰富，毒性小，抗水、抗盐、抗碱性好。
但它化学稳定性及抗微生物腐蚀性差，绝缘电阻率低，耐温性差，使用寿命短。
主要用于非石方地区。
（2）煤焦油沥青涂层具有耐化学介质腐蚀能力强、抗水性优良、绝缘性能好和抗微生物腐蚀能力强等特点，使用寿命长，易修补。
但耐温性能差，易机械损伤。
主要用于地下水位高和沼泽地段的土壤环境。
(1)环氧煤沥青涂层该涂层具有附着力强、韧性好、耐水、耐热、耐化学介质、耐微生物等特性。
但有低温脆性，抗冲击性差。
适用于盐渍、沼泽等土壤环境。
(2)环氧粉末涂层该涂层与金属表面粘附性好、坚韧、耐冲击、耐温性好、防腐蚀性能优良。
但价格高，对施工质量要求高。
主要用于环境腐蚀性高或盐渍化土壤环境以及穿越管段等场合。
(3)聚乙烯胶粘带涂层这种涂层吸水率低、电阻高、防腐蚀性能好，适用于地下水位不高、土壤腐蚀性不强及无风沙地区。
(4)硬质聚氨酯泡沫塑料涂层在耐热性、整体防腐蚀性、绝缘性和机械性能方面有明显的优越性，但价格较高，对施工质量要求较高。
主要用于埋地保温管道。
(5)两层聚乙烯其机械性能、耐低温性能及电绝缘性能好，但与钢表面粘结性较差，补口质量要求高。
适用于多石地段和一般盐渍土壤等。
(6)三层聚乙烯其粘结性能、机械性能和电绝缘性能好，但成本高，对施工质量要求高。
适用于腐蚀性高的土壤环境、复杂的地域和石方区。
事实上所有的涂层，无论其总体质量如何，都难免会存在缺陷与针孔，它们是在加工厂进行涂覆管的施工、运输和安装过程中形成的。
涂层上的针孔也可以是由于涂层的剥落、土壤的压力、地下管道的运动形成的，或在使用过程中形成的。
在用涂层的剥落可以导致涂层与管道表面脱离，进而使金属暴露在地下环境中。
缺陷等处暴露的金属与涂层覆盖的部分形成了小阳极和大阴极的局部腐蚀电池，将加速暴露金属的腐蚀。
因此涂层在缺少阴极保护的时候很少用于地下管道的保护。
在阴极保护上管道涂层的主要作用是减少管道上的暴露金属的表面积，从而减少对阴极保护金属电流的需求。
阴极保护就是依靠外加直流电流或牺牲阳极(通常是镁、铝和锌)，使被保护的金属成为阴极，从而减轻或消除金属的腐蚀。
阴极保护有两种方法。
一是在被保护的金属上连接一种电位更负的金属或合金作为阳极，使被保护金属变成阴极从而得到保护，这称为牺牲阳极保护法。
另一种方法是外加直流电源，通过辅助阳极给被保护的金属通以恒定电流，电源的正极与辅助阳极连接，使阴极极化，以减轻和防止腐蚀，这称为外加电流阴极保护法。
单独使用涂层保护效果是不理想的。
而单独使用阴极保护，由于耗电太大也不经济。
因此采用涂层与阴极保护的联合保护方法，对涂层缺陷等处的暴露金属进行集中的阴极保护，是最佳的、经济的保护形式。
实践证明涂层是决定保护效果的第一要素，因此这种“联合保护”也可理解为“以涂层为主，阴极保护为辅”的保护方式。
到目前为止，金属管线的土壤腐蚀防护都是采用这种防腐涂层和阴极保护联合的防护措施。
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