金属管线腐蚀机理及防腐技术初探

林伟平

摘 要：在我们所生活的环境中，埋在地下的金属管线数量巨大，每年因金属管线腐蚀引起一些生产事故而造成的经济损失也非常巨大，因此，研究开发有效防腐技术是一个重要的课题。本文将论述金属管线的腐蚀机理并初步探究防腐技术。

关键词：金属管线；机理；防腐技术

金属管线腐蚀轻则引起经济损失，重则引起火灾、爆炸等重大事故，还可能导致工厂停产，资源浪费，不仅如此，其带来的间接影响也是不容忽视的。所以，要正确认识腐蚀的危害，了解金属管线腐蚀机理并采取有效的防腐技术。

1 常见金属管线腐蚀的类型及其机理

金属与周围环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的损坏称为金属腐蚀。腐蚀是金属管线中一种常见的破坏形式，是困扰金属管线产业的一大难题。腐蚀机理的研究对于防止和减缓腐蚀过程的进行，探索防腐蚀的途径，改进防腐措施以及研究开发新型的防腐材料具有重大意义。尤其在金属管线这一行业中，腐蚀机理的研究对减少因腐蚀带来的损失，确保金属产业的快速发展，进而提高其经济效益意义重大。

1.1 土壤腐蚀的类型及其机理

在自然界中，土壤是最常见的外腐蚀剂。由于土壤中的水分的存在，我们可以将土壤看是成一种具有腐蚀性的特殊的电解液。常见的土壤腐蚀有以下几种：

1.1.1 土壤腐蚀。土壤在发生腐蚀的情况下，有因为不均匀金属组织而引起的微电池腐蚀，也有因为不均匀的土壤介质而引起的宏观电池腐蚀。不均匀的氧渗透速度是因为土壤具有不同的透气性，从而对土壤接触的各个金属部分的电位产生直接的影响，这也是造成氧浓差电池的主要原因。它主要表现在以下几个方面：（1）微电池腐蚀。通常，我们可以认为较小的金属构件周围土壤的结构、含氧量、盐分以及水分是均匀的，这时发生的微电池腐蚀与不均匀的金属组织相关。（2）长距离管道穿越不同土壤引起的宏观电池腐蚀。长距离管道铺设时，由于长的管道和金属构件需要穿越不同的土壤，使氧具有不同的渗透率从而形成氧浓差电池，它们被埋在潮湿、严实的土壤中作为阳极而被腐蚀。

1.1.2 杂散电流引起的土壤腐蚀。所说的杂散电流就是从正常电路失漏而流到别处的电流。它的来源主要是大功率直流电电气装置的应用，例如有轨电车、电气火车、电化学保护装置、电解和电镀槽等。埋设在地下的金属构筑物、电缆、管道等都会由于这种杂散电流而容易被腐蚀。适当提高环路的阻力是可以克服和避免杂散电流对土壤的影响，这是比较容易进行的杂散电流的增强绝缘管的工作，以减少电流的腐蚀作用

1.1.3 微生物引起的土壤腐蚀。在土壤中，主要是因为土壤中湿度较大、密实、且含氧量非常低，然而大部分微生物在这种环境下却能够顺利的生长繁殖。土壤微生物中，有一部分能够产一些酸性物质的厌氧菌，对金属的腐蚀作用非常明显。

1.2 电化学腐蚀的类型及机理

1.2.1 电化学腐蚀的基本概念。电极就是与电源两端相连接的金属。在电极的两端存在着电位差，在电位差的作用下，金属离子会向电源两端的电极移动，如果两种金属的稳定性不同，就会对其中的稳定性低的金属产生氧化作用从而发生腐蚀现象。

1.2.2 金属的电化学腐蚀。金属与电解质溶液接触形成了原电池，从而产生了电化学腐蚀。例如，把锌和铜作为两电极置于硫酸溶液中，用导线将它们连接形成了一个闭合回路，此时导线中就会有电流通过，因此形成了原电池装置。

一般情况下，金属表面会有各种各样的杂质，所以，即使是一种金属置于电解质溶液也会形成腐蚀原电池。杂质对于金属可能是阴极也可能是阳极，因此金属表面会形成许多微小的腐蚀原电池，对金属造成腐蚀是不可避免的。

3 金属管线防腐技术

金属管线的腐蚀是影响金属管线经济收益的一个主要因素，由于金属管线容易发生腐蚀，使得金属管线耗损非常严重，从而直接影响了金属管线的销售情况，使金属管线的生产效益大大降低了。因此金属管线的防腐技术是目前所有从事金属管线行业生产企业的首要问题。目前，金属管线防腐技术主要有：阴极保护技术和防腐层保护技术。

3.1 阴极保护技术（阴极保护的原理）

阴极保护技术是一种非常有效地防腐技术，以一种金属为阴极，然后通过消除期电位不均匀性，进行保护。在外加电流的作用下，使以金属作为阴极的电位下降，直到金属的总电位与阳极起始电位相同时，阳极的电流为零，环路中所有电流都是外加电流，处在阴极的金属只发生还原反应，金属的腐蚀作用停止了，所以金属得到了良好的保护。

3.2 防腐层保护技术

防腐层是一种综合应用不同材料的特性、具有较长使用寿命的防腐方法，根据不同的介质条件，大多是在金属管线表面敷设各种非金属材料。

近年来我国防腐涂层技术发展迅速，三层聚乙烯、熔结环氧和煤焦油瓷漆等管道涂层技术均得到广泛应用。日前国家西气东输等重点管道工程多采用三层聚乙烯防腐层，川渝天然气管道广泛采用三层聚乙烯；而短距离、频繁变化管径的管道中，通常在部分分支管上直接缠绕聚乙烯胶粘带，而双层熔结环氧粉末涂层技术则在冷弯管外防腐中得到了很好使用。

防腐蚀涂料品种繁多，其性能和用途各有不同，正确选用对涂层的防蚀效果和使用寿命至关重要。选用时应考虑：

3.2.1 基体表面材料性质。涂层用底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，与金属管线粘附力强结合性好，起附着和防锈作用；面漆则基料多，成膜有光泽，能保护底漆不受大气腐蚀，并能抗风化，防腐蚀和防老化作用。

3.2.2 基体的使用环境。防腐蚀涂料对环境的针对性很强，要根据具体使用环境，如介质的类型、浓度、温度、设备运转情况等因素来选用最适宜的涂料品种。如重防腐则采用环氧富锌底漆、环氧云母氧化铁中间漆和环氧聚氨酷或环氧各色面漆或氯化橡胶面漆等组成多层涂装体系。

3.2.3 现场施工条件。应根据施工现场实际状况选择适宜的涂料品种。如在通风条件差的现场施工宜采用无溶剂或高固体分或水性防腐蚀涂料。在不具备烘烤干燥条件的现场只能选用自干型涂料。

3.2.4 技术与经济的综合效果。不仅要考虑技术性能是否优异，还要考虑经济的合理性。在进行经济核算时要综合考虑材料费用、表面处理费用、施工费用、涂层性能及使用寿命、维修费用等。

4 结语

由于金属管线腐蚀国民生产受到了严重的影响。因此要尽最大努力减少管线的腐蚀，使管线能够长时间使用。因此对各种腐蚀机理进行了解与探究是非常有助于减轻防腐现象的，本文着重介绍了阴极保护防腐技术，为最大程度的获取经济利益，还需要不断地努力研究开发新的防腐技术。

参考文献

[1] 陈涛.浅议井下油管的腐蚀机理及防腐措施[J].油气田环境保护， 2009年01期.

[2] 孟建勋，王健，刘彦成，刘志梅，刘培培.油气集输管道的腐蚀机理与防腐技术研究进展[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2010年03期.

[3] 陆震维.地下金属贮罐装置和管道的阴极保护（KKS）规范[J].全面腐蚀控制，1998年04期.

[4] 孟鹏，郭靖，王博.输气管道内防腐技术的探讨[J].石油和化工设备，2010年03期.