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第一章 埋地钢质管道的腐蚀
第一节 防腐工作的重要意义
在诸多灾难中(水灾、火灾、风灾、地震、车祸等)腐蚀给人类带来的危 害遥居领先。统计资料说明：美国每年腐蚀损失3 千亿美元，人均 1 千 1 百美元。我均每天损失3 亿元。腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4%左右，其中包括上百万吨钢材和各种灾 难事故造成的损失，世界钢产量的1/3 因腐蚀而报废，造成的直接和间接经济损失是巨大的。此外，腐蚀造成资源和能源的损失也是严峻的，管道因腐蚀、结垢造成管径变小，摩阻增大，泵功率增加、跑、冒、滴、漏不仅铺张了资源还严峻的污染环境，甚至造成人身的伤亡事故。火灾、爆炸、窒息大事不断发生,直接威逼人民生命财产的安全，其中埋地钢质管道的腐 蚀损失占有相当大的比例，腐蚀的严峻性不单是经济问题也是一个严峻的社会问题。做好防腐工作有着重要意义，它可以掌握腐蚀灾难的进展，消退腐蚀事故和环境污染，增产节约，只要我们实行有效的防腐措施，就可以夺回 1/3 的经济损失。这直接关系到制造节约型社会的实现。
其次节 金属腐蚀简述
一、金属为什么会腐蚀
腐蚀就是金属由元素状态返回自然界存在的化合物—矿石的过程,它是 一个自发的,不行避开的渐变过程。
以铁为例：在自然界常年稳定存在的形式是铁矿石，而铁被腐蚀后的 产物铁锈的成分也正如同矿石成分，从能量观点看，化合物经冶炼复原出 金属是吸热过程，需要供给大量热能才能完成，即金属状态的铁比矿石中
的铁具有较高能量，这种高能态在自然环境中是不稳定的，它要不断放出 能量，重返自然界稳定存在的低能态矿石。所以说，腐蚀过程乃是冶炼过 程的逆过程，冶炼时消耗能量越大的金属就越易腐蚀，如铁就简洁腐蚀， 而金则难腐蚀。
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腐蚀与冶炼关系：
腐蚀过程
(释放能量)
铁 铁的化合物
冶炼过程
(高能态) (吸取能量) (低能态)
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腐蚀的原理是电化学腐蚀，其造成腐蚀的缘由有内因和外因，内因是 通过外因起作用。
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内因：成份不同，如碳钢内含有主要成分铁(Fe)，少量碳化铁 (FG
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C )，
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和碳(C)及其它合金元素，由于铁和碳具有不同的电位，碳的电位高(惰性) 是阴极，铁的电位低(活泼)是阳极，铁和碳之间存在电位差, 在腐蚀介质中就产生腐蚀电流，造成电位低的铁腐蚀。即由铁转变成铁离子。
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外因:空气、水、土壤中含有氧(O )二氧化碳(CO )二氧化硫 (SO
)，各
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2 2 2
种盐，不同PH 值，灰尘、烟粒，细菌、杂散电流、温度、流速……等环境具有导电性，金属在内，外因共同作用下，电化学腐蚀就发生了。
二、金属腐蚀的分类
按金属腐蚀破坏形式分类：
〔一〕全面腐蚀、腐蚀分布在整个金属外表上，如钢板上的薄锈。
〔二〕局部腐蚀:腐蚀集中在金属外表的肯定区域，而其它区域则几乎 不受腐蚀。如点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、选择性腐蚀、间接腐蚀、应
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力腐蚀开裂、腐蚀疲乏、磨损腐蚀。氢脆……等。
三、腐蚀程度的评定
〔一〕全面腐蚀的评定
表 1—1 全面腐蚀三级标准
耐蚀性评定
1、耐蚀
耐蚀性等级
1
腐蚀深度
<
毫米/年
2、可用
2
～
3、不行用
3
〉
〔二〕局部腐蚀的评定
以点蚀腐蚀评定介绍如下：
1、点蚀系数表示法：
最深的腐蚀孔深度 d 和全面腐蚀深度
D 之比，d／D 越大，点蚀程度越严峻。
图 1—1 点蚀系数表示法
2、平均点蚀深度表示法：取 10 个最深的腐蚀孔深度取平均值来表示。
3、综合表示法：
单位时间内最大腐蚀深度(毫米/年)与单位面积上的点蚀数，几个数据 合并起来表示。
表 1—2 管道壁厚腐蚀程度判定指标
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等级 完好 轻腐蚀重腐蚀
极重腐蚀
危急腐蚀穿孔腐蚀
腐蚀深度 外表无锈斑
腐蚀最大深度小于 1rnrn
腐蚀最大深度大于 1mm 小于 2m m 腐蚀最大深度大于 2mm～1/2 管壁厚腐蚀最大深度大于 1/2 管壁厚
管壁己穿孔
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第三节 埋地钢质管道的腐蚀
一、管道的外腐蚀一土壤腐蚀
由于土壤是多相物质组成的简单混合物，颗粒间布满空气，水和各种 盐类，使土壤具有电解质特征,因此，地下管道在土壤中构成了腐蚀电池。
〔一〕因材质的成分不同及外表状态不同所形成的腐蚀电池：
由于制管时的缺陷，可能夹杂有不均匀物质，如熔渣、焊缝及其热影响区，钢管外表的氧化膜(锈、轧屑)，涂层，它们与本体金属之间存在着较 大性质差异，产生电位差而构成腐蚀电池。如钢管的焊缝和本体金属间的电位差可高达 伏，又如钢管或设备的接地极(铜极) 伏之多。见表 1-3。常见金属及合金的自然电位。
表 1—3 常见金属及合金的自然电位
金属或合金
工业纯镁镁合金 铝合金 锌合金 工业纯铝
低碳钢(纯洁和光亮) 低碳钢(有锈)
铸铁铅
混凝土中的低碳钢高硅铸铁(硅 14%) 钢上的轧皮(氧化皮) 铜、黄铜、青铜
碳、焦碳、石墨
自然电位①伏
—
—
—118
—
—
—～—
—～—
—
—
—
—
—
—
+
①相对于硫酸铜参比电极测定值
依据表 1-3 给出的电位值就可分析以下图由于钢管外表不均匀性(内因)而发 生的腐蚀
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图 1—2—1
钢管内碳是阴极
图 1—2—2
钢管内碳是阴极
铁是阳极腐蚀
铁是阳极腐蚀
图 1—2—3
钢管本体是阴极
图 1—2—4
旧钢管连接
焊缝处是阳极〔腐蚀〕
钢管是阳极〔腐蚀〕
图 1—2—5
阀门与管的连接处
图 1—2—6
因受应力不同
钢管阳极〔腐蚀〕
弯管是阳极〔腐蚀〕
图 1—2—7 丝扣和划伤处是阳极〔腐蚀〕 图 1—2—8 Fe—Cu 的电偶腐蚀
Fe 是阳极〔腐蚀〕
〔二〕因土壤介质差异引起的腐蚀电池
1、氧浓差电池
管道通过土壤湿度不同的地段， 伏，
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尤其当各段土壤透气性不同时可能形成较大的电位差，所构成的腐蚀电池， 两极间距离比较远，甚至可达几公里，故称宏电池腐蚀。透气性差(含氧少) 的土壤中钢/土壤电位比透气性好(含氧多)土壤要低些，如长输管道通过砂 土和粘土不同地带，粘土(氧少)电位低是阳极腐蚀；大路(铁路)下面管道透气性差是阳极腐蚀；同一位置处对大口径的地下管道，与管顶相接触的土壤，回填土疏松可能较干和透气性良好，而与管底相接触的就可能较潮湿和透气性差，因而管底部钢/土壤电位低于管顶部电位，腐蚀穿孔一般发生在管的下半部和底部。
图 1—3—1 不同土壤引起腐蚀 图 1—3—2 土壤透气性差异引起腐蚀粘土透气不良阳极腐蚀 管底部透气不良阳极腐蚀
图 1—3—3 穿越大路〔铁路〕 图 1—3—4 穿越河流
2、盐浓差电池
盐渍土由于水盐运行特点，使盐分在土壤剖面中分布不均匀，有时同 一剖面含盐量相差两个数量级，盐浓差引起严峻腐蚀。含盐量高的土壤中
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钢/土壤电位比含盐量低的土壤中的电位要低，所以当管线从含盐量不同的 土壤中经过时，与盐浓度较高的土壤接触的那局部钢外表，腐蚀趋势较严峻。
图 1—4—1 土壤中含盐量不同图 1—4—2 管道穿过砼和土壤，在砼中钢管引起的腐蚀 钝化是阴极而砼外钢管
含盐量高的阳极〔腐蚀〕 未钝化是阳极发生腐蚀
3、温差电池
热力管道或输油管道始终温度高是阳极，未段温度低是阴极，温度高 的管道加速腐蚀，不辛的是温度高处的防腐层老化损坏严峻，载保护效果 差。管道埋地深度不同、地下、地面上管道的温差都会加速温度高部位的 腐蚀。
4、细菌腐蚀
在嫌气条件下，含有硫酸盐和有机物质较多的土壤易产生微生物腐蚀， 其中最重要的是硫杆菌和硫酸盐复原菌〔厌氧菌〕，由于生物的催化作用转变四周腐蚀环境，从而大大加重了腐蚀，在同一介质中有细菌比无细菌腐蚀速度要快100 多倍。
5、杂散电流腐蚀
所谓杂散电流腐蚀是指沿规定回流以外流淌的电流。由于电路特征和 使用电力的需要，而无法避开的泄漏电流。如电气化铁路等设施散流入大
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地中的电流。杂散电流流出的地方成为腐蚀电池的阳极区，腐蚀破坏就发 生在这个地方，金属的腐蚀量与流过的杂散电流的电量成正比，符合法拉 第定律，即一安培电流流过一年就相当于约九公斤的铁发生电化学腐蚀而 溶解掉了，可见杂散电流引起的腐蚀是相当严峻的。
图 1—5 杂散电流引起地下管道的腐蚀
二、管道的内腐蚀一介质腐蚀
除上述影响因素外，介质因素更为简单，
〔一〕确定被输送介质的质量,，腐蚀观点分析，有如下成分极大影响腐 蚀速度：
①各种盐如氯化物、硫酸盐等，②有机酸，③水，④氧，⑤二氧化碳，
⑥硫化氢，⑦细菌，⑧生成的硫化物，⑨固体组分或沉淀。水的矿化度， 氯离子，PH 值，各种腐蚀性气体、细菌和盐含量，都会使输送介质环境恶化，管内不同程度存在污垢积聚，会引起管内严峻垢下腐蚀。气源厂或水源厂要严格把关，在输送之前，做好净化，脱除各种有害成份，以减轻后续管道输送的腐蚀根源。
〔二〕流速的影响：
流速大能削减腐蚀，所以水是管内的流速建议， 米／秒，水
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走管间时流速应不小于 米/秒，设计时应给出访腐蚀最小的流速掌握范围，流速的下限应使杂质保持悬浮在介质中的速度，从而使管线中腐蚀物质的积存最小，流速的上限应使磨蚀腐蚀气蚀或冲击作用最小。
〔三〕间歇流
在可能状况下应防止间歇流，如操作中不行避开，,设计时提出一个使在 该流速下能够冲走在停顿流淌期间管线低洼处积存的水和沉淀的流速，如 果估量在管线中存在积存水、沉淀或其它腐蚀性组分，设计应包括清管器 发送和接收装置，并执定保证清洗安全的操作规程。
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其次章 防腐方法
埋地管道由于直接检测困难,往往要到输送介质泄漏时方知管道腐蚀已很严峻,为了保证管道长期安全运行,防止泄漏造成对邻近居民和企业的 危害, 各国政府和管道公司都制定有管道防腐规程,我国于 1999 年修改颁发了《钢质管道及储罐腐蚀掌握设计标准》(SY0007-1999)作为我国油、气 管道防腐蚀工作的准则,必需在工作中贯彻执行。
管道防腐方法和所用防腐材料分类如图2-1
选用耐蚀材料制管(防腐钢材、塑料) 金属防蚀层(镀铮、喷铝)
外壁腐蚀 油漆
有机化合物(沥青、塑料、树脂等)
涂层
无机化合物(水泥、石棉、法琅等)
改善环境(换土、埋地改架空敷设等)
管道防腐
材料和方法 阴极保护(外加电流、牺牲阳极) 电法保护
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内壁腐蚀
电蚀防止法(排流保护等) 选用耐蚀材料制管(防腐钢材,塑料、衬里等)
涂层(油漆、塑料、树脂等) 加缓蚀剂、杀菌剂、除垢剂等阴极保护(牺牲阳极)
图 2-1 管道防腐方法分类筒图
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在探讨各种防蚀对策和实行适当措施时 ,应视管道的不同环境和条件,从技术、经济、治理等多方面综合平衡来考虑。据美国《石油工艺杂志》 资料统计，在管道事故中80%以上是由腐蚀造成的，内腐蚀造成的事故低于0%，大约 40-50%的腐蚀事故发生在无防腐层的管道上。有防腐层的管道事故率为 次/千公里·年， 次/千公里·年,前者仅为后者的 1/5； 次/千公里·年，元阴极保护
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