燃气管道防腐施工.doc

第一节 燃气钢管的腐蚀机理
材料及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。金属腐蚀是引起材料失效和破坏的主要原因之一。钢制管道置身于土壤、水(包括海水和淡水)等以及工业介质中，其外壁不可避免地要发生腐蚀过程，这是金属材料自身的热力学不稳定性所决定的。
由于环境和工况条件不同，管道腐蚀破坏的类型和特征各异。外壁因环境介质的腐蚀作用，常发生不均匀的全面腐蚀 ,如锈蚀、大面积坑蚀、溃疡腐蚀，导致管壁减薄;随腐蚀过程进行，在一定条件下可产生点腐蚀(小孔腐蚀)，导致穿孔泄漏；或在工作负载应力、热应力(传输高温物流)或结构应力、加工残余应力联合作用下发生应力腐蚀或腐蚀疲劳，进而导致管道断裂；流动物料及管壁的相对运动可导致磨蚀和冲蚀破坏，等等。
埋地管线腐蚀环境
目前国内输油、输气管线多数以钢管为主，长距离大口径金属管道埋入地下，由于土壤的腐蚀作用，造成管道穿孔，跑、冒事故时有发生。埋地管道在工作环境下，受着多种腐蚀，主要腐蚀情况有：土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。
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。金属钢管埋入地下，因其处在生物电解液环境中，加之钢管涂层组分的不均匀、微孔、缝隙等缺陷，防腐涂层的极易损伤，腐蚀由涂层达到金属基体。土壤电解液对金属腐蚀过程为：
(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及铁作用，产生细菌腐蚀。此种反应因需具备缺氧条件，在低水位、强盐碱的滨海地区，细菌腐蚀不占主导地位。
杂散电流是在地下流动的防护系统设计之外对金属管道产生腐蚀破坏作用的电流，杂散电流腐蚀包括直流杂散电流腐蚀和交流杂散电流腐蚀。直流杂散电流腐蚀原理及电解腐蚀类似；交流杂散电流是管道附近高压电力线产生的二次感应交流电叠加在管道腐蚀电化学电池产生的腐蚀，其腐蚀量较小，但集中腐蚀性强。对于埋地管道阴极保护体系，当直流杂散电流的方向或其分量的方向及保护电流的方向相反时，杂散电流的作用是有害的；当杂散电流的方向或其分量的方向及保护电流的方向相同时，杂散电流的有害作用要小得多。
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。金属腐蚀是引起材料失效和破坏的主要原因之一。埋地管道的腐蚀原因可分为：
化学腐蚀
化学腐蚀是指金属表面及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及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及氧化剂之间直接传递，没有电流产生。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、FeO、FeO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。
电化学腐蚀
电化学腐蚀是指金属表面及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。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀，电化学腐蚀中，电流流出的部位叫阳极，电流流进的部位叫阴极。可分为：
原电池腐蚀
原电池腐蚀指金属在具有离子导电性的环境介质电解质溶液中形成原电池而发生的腐蚀。因为在金属表面上分布着很多杂质，当它及电解质溶液接触时，每一颗杂质对金属本身来说都可能成为阴极或阳极，所以整个表面就必然会有很多微小的阴极和阳极同时存在，形成很多的原电池，如图2-1所示。
图2-1 电化学腐蚀过程
可以把电化学腐蚀过程看作由下列三个环节组成：
(1)在阳极，金属溶解，变成金属离子进入溶液中：
Me→M+ne(阳极过程) (2-1)
(2)电子从阳极流向阴极；
(3)在阴极，电子被溶液中能够吸收电子的物质(D)所接受：
D+ne→D·ne(阴极过程) (2-2)
在阴极附近能够及电子结合的物质很多,但在大多情况下，是溶液中H和O。H和电子结合形成H，O在溶液中