埋地管道的腐蚀与防腐研究进展

埋地管道的腐蚀与防腐研究进展

摘 要：管道输送由于其运输能耗少，成本低，效益好，安全可靠连续性强等优势而广泛应用。据统计，我国在已建成的各种干线管道的总长度约占98%是埋设与地下的，由于土壤环境的复杂性导致管道容易受到严重腐蚀。本文综述了几种防腐技术的防腐机理以及应用现状，为埋地管道的防护提供了理论基础。

关键词：管道 埋地 腐蚀 防腐 土壤

一、引言

输油管道的运输的方向并不受方向的限制，相比于公路运输，铁路运输，铁路运输，水运等运输方式，其运费低而且稳定性好，是目前最具有发展前景的运输方式。然而由于我国的基本国情，我国98%的管线都是埋设与地下的。埋地输气输油管道与周围土壤介质接触时就会发生化学作用或者电化学作用而引起表面的锈蚀。管道一旦遭到腐蚀在外形色泽以及机械性能方面都将发生很大的变化，这会直接影响油品的输送甚至不能输送使用。腐蚀不仅使金属管道本身受到损伤更加重要的是金属结构受到破坏后会引起系统的油品的泄漏，从而导致环境的污染或者系统的停输。近几年来，“西气东输”和中俄跨国管道的建设迎来高潮，因此加强对油气管道安全技术方面的研究显得尤为重要。我们必须从各类事故中吸取教训，借鉴国内外的经验教训，将理论与具体实践相结合使管道的安全系数提到最高，将腐蚀造成的损失降到最低。因此，了解腐蚀发生的原因，采取有效的防腐措施是我们亟待解决的难题。

二、埋地管道腐蚀的机理

2.1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。地下土壤的物理化学性质的不均匀性和金属材质的电化学不均衡性就为埋地管道的电化学腐蚀创造了条件。电化学腐蚀是埋地管道中最常见的腐蚀形式。

2.2细菌腐蚀

土壤中的一些细菌比如硫酸盐还原菌在贫氧的情况下能加快腐蚀的进程，其作用机理是参加电机反应将可溶性硫酸盐转化为硫化氢，这些细菌利用反应放出的能量来繁殖。而且硫化氢会与金属反应引起阴极去极化作用，这就是所谓的细菌腐蚀。细菌腐蚀受许多因素的影响，如土壤的含水量，酸碱性，周围温度以及盐类物质。相关文献指出在PH值为6.2～7.8的贫氧沼泽地带细菌的活动最是频繁。

2.3化学腐蚀

化学腐蚀是指金属管道表面的材料直接与环境中的非电解质发生化学作用而引起的破坏。其主要破坏机理是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。化学腐蚀与电化学腐蚀的不同之处在于腐蚀的全过程没有电流的产生只是电子在金属与氧化剂之间的传递。一般在常温和干燥的环境下并不会发生化学腐蚀，但是在高温下就容易被氧化生成一层氧化膜。在管道输送油品的过程中，由于油品中含有丰富的有机硫化物，很容易与金属管道发生化学腐蚀。

三、腐蚀防护方法

由于地下管道短期内的严重锈蚀所造成的后果是灾难性的，所以国内在管道的腐蚀与防护方面做了大量的研究并且将埋地管道的防护作为管道设计工程中必不可少的内容列入标准规范。针对每次的管道事故我们必须找出发生的原油，制定相应的有效措施为日后的管道铺设奠定基础，这样可以减少腐蚀发生的几率。但是安装一套有效的保护系统必须遵循经济的原则，所花费不能超过整个管线工程花费的1%。目前国内的管道防护主要有如下方法：

3.1电化学防护

电化学防护就是使金属的电位上升或者下降来实现金属的保护防止或者减轻金属腐蚀的技术。电化学保护主要分为阳极保护和阴极保护。

3.1.1阳极保护

阳极保护是使被保护的金属处于稳定的钝性状态的一种防腐办法，主要通过外加电源进行极化或者添加氧化剂来达到防腐的目的。但是这种办法不易操作且成本大而基本上在埋地管道上没有用武之地，故在此不作讨论。

3.1.2阴极保护

由电化学腐蚀的原理可知，腐蚀电池的阴极不发生腐蚀，只有阳极才会发生腐蚀。因此，阴极保护就是将被保护的金属变成阴极。Bird

通过沙特阿拉伯国家石油公司的例子研究了一条穿过阿拉伯沙漠运行22年的管线的外腐蚀。Anene得出结论安装阴极保护系统才是防止腐蚀的最佳办法。阴极保护法又分为牺牲阳极阴极保护法和外加电流阴极保护法。

（1）牺牲阳极阴极保护法：牺牲阳极法顾名思义是牺牲到阳极的材料来达到保护阴极的目的。其主要是将被保护的金属与电位更低的阳极相连接构成电流回路，从而使金属发生阴极极化。常用的牺牲阳极材料主要有镁铝合金，铝合金和锌合金。镁合金因其电位高是土壤电阻率高的地区的理想材料。锌合金因其电流传导效率高且寿命长很适合在土壤电阻率低的环境中使用；铝合金虽然单位发电量高于镁和锌，但是铝在土壤环境下很难稳定而很少使用。

（2）外加电流阴极保护法：该防腐方法必须具备一个外加电源，电源的正

极接一辅助阳极，负极接着被保护的管道，这样管道与辅助阳极之间形成很大的电位差。该方法因其可提供较大的保护电流且保护距离长而广泛使用。辅助阳极可以选择石墨，铸铁，废钢材等。

3.2防护层防腐

防腐层是在金属管道表面涂上防腐绝缘材料，经过固化后形成油漆膜，从而可以胶结在管道表面是管道表面与外界严密隔绝阻止管道与外界腐蚀性介质接触发生反应，这种方法是管道防腐工作中最基本的也是必须的措施。国内最常用的防腐层主要有石油沥青，聚乙烯胶带，聚乙烯夹克，熔结环氧粉末，煤焦油瓷漆，环氧煤沥青六种。每种材料都有其各自的优缺点在选择时应该根据现场的实际环境合理的选择最佳的涂层以达到最佳的防腐效果。

四、管道防护注意事项

防护层防腐中容易出现防腐层老化，阴极剥离以及防护层本身的质量问题，在使用前应该对所用防腐材料进行严格的性能测试以保证所用的材料都是符合设计标准的。

使用电化学保护法时容易形成裂缝这样可能导致裂缝腐蚀的发生。因此抑制缝隙腐蚀成了一个必须解决的工作，不少学者做了相当大量的研究得出抑制裂缝腐蚀可以分为三个阶段：有限电化学保护阶段，缺氧阶段，完全电化学保护阶段。这也为防护工作增加了难度，有待进一步的完善。

在与库内相连接的外部油管道，应该在适当位置设置电绝缘防止产生静电效应引起管道事故。

埋地管道的材质必须是加强级或者特加强级的。埋地管道的防腐等级应该根据土壤的腐蚀特性等来确定。防腐的等级应该为特加强级。

五、结语

随着现代工艺的发展，管道输送的油品越来越多，输送量越来越大，可以说管道输送已经成为了主流。管道铺设的设计也朝着大口径长距离发展。这样就会导致管道输送的途中难免会受到恶劣地层的腐蚀。一旦发生腐蚀穿孔将会给油库甚至周边地区带来严重的危害和经济损失，甚至引发大型事故。所以，管道的防腐工作显得尤为重要，输油输气管道的材质已经各种防腐措施必须在管道运行之前准备完善，以及定期的管道安全检查工作是不可或缺的，这才能消除安全隐患达到安全输送的目的。

参考文献

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