金属管道的腐蚀与防护

成书普 甄杨杨

摘 要：本文主要简述了金属管道腐蚀的几种形态、产生腐蚀的主要原因以及防治腐蚀的几种常见方法。

关键词：腐蚀；管道；防护

1 金属腐蚀的定义及危害

金属的腐蚀是金属在环境作用下引起的金属材料的破坏和变质。当然金属腐蚀的定义还有其他的描述形式，但本质都是一样的。所谓的环境是指金属材料接触的工作环境，不仅大气、土壤、海水、酸、碱、盐等各种电解质溶液是腐蚀环境，非电解质溶液，甚至苯、醚等非极性的有机溶剂也可能成为腐蚀的介质；不仅化学和电化学作用能引起腐蚀，物理作用、生物作用以及机械载荷也可能成为产生腐蚀的原因。

腐蚀所造成的危害非常严重，不仅会带来巨大的经济损失、造成资源和能源的浪费，而且还可能会造成对环境的污染、引发意想不到的灾难事故。因此，对金属管道腐蚀的防治刻不容缓、是非常必要的。

2 腐蚀的形态

金属管道在不同的工作环境下，由于所接触的腐蚀介质不同，产生的腐蚀形态也不尽相同。金属按其腐蚀的形态可以分为全面腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀又可分为小孔腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。微生物和水生物作用下的生物腐蚀也属于局部腐蚀。此外，当有应力存在时腐蚀和应力协同作用，将引起应力腐蚀、腐蚀疲劳及磨损腐蚀等的腐蚀断裂问题。

（1）全面腐蚀

全面腐蚀是腐蚀分布在整个金属表面，结果使金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。纯金属及组分均匀的合金在均匀的环境介质中表现出全面腐蚀。如钢铁设备在水溶液和普通大气中所发生的腐蚀。全面腐蚀的电化学过程特点是腐蚀电池的阴极和阳极面积尺寸很小且紧密相连，甚至用微观手段也很难分辨。

（2）局部腐蚀

a） 小孔腐蚀。在金属表面局部地区出现向深处发展的腐蚀小孔，而其余地区不被腐蚀或者只有很轻微的腐蚀，这种腐蚀称为小孔腐蚀，简称孔蚀或点蚀。由于钢铁管道内外表面会出现不同程度的凸起和洼坑，不易形成连续紧密的氧化膜，在膜的缺陷处容易产生小孔腐蚀。当钢铁表面的防护成遭到破坏或存在针孔或破损点时容易产生孔蚀。孔蚀一旦形成具有深挖能力，可沿重力方向或横向快速进行腐蚀，直至穿孔。通常孔蚀小而深，孔径只有几十微米，小于其深度，其具有不同形态形式，分布也不均匀。孔蚀还能引发应力腐蚀、腐蚀疲劳等其他形式的局部腐蚀。

b） 缝隙腐蚀。金属部件在介质中，由于金属与金属或者金属与非金属之间存在特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞留状态，引起缝内金属加速腐蚀的现象称为缝隙腐蚀。在管道与管道的连接处或者有裂缝的管道上容易产生缝隙腐蚀。在刚开始时，缝隙内外的全部金属表面都进行着阳极的溶解、阴极的去极化反应，使缝隙内氧被迅速消耗掉，外界的氧不能进来补充，是氧化还原反应不能进行，从而形成氧浓差电池。此时缝隙内阳极溶解仍在进行，而阴极反应已经转移到缝隙周围的表面金属进行，由于大阴极小阳极，加速了缝隙内金属的溶解 ，二次腐蚀产物逐渐在缝口产生，产物积累到一定程度，缝隙被覆盖，空隙内介质的扩散受到限制，导致该处介质成分和浓度与整体相比有很大差别，形成“闭塞电池腐蚀”加速腐蚀的进行。

c） 晶间腐蚀。腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界区域发展，而晶粒本身的腐蚀很轻微称为晶间腐蚀。晶间腐蚀对材料的外表面不产生明显变化，却使晶粒间的结合力大大减弱，甚至使材料完全丧失其原来强度。其作用机理为金属的某种合金成分在晶界析出，从而造成该成分的贫化，导致晶界与晶内电极电位发生变化，形成以晶界为阳极，晶体本身为阴极的微观腐蚀电池。

d） 微生物腐蚀。由于介质中存在某些微生物而使金属腐蚀加快的现象称为微生物腐蚀，也称细菌腐蚀。细菌能产生具有腐蚀性的代谢产物，如硫酸、有机酸和硫化物等，加快管道的腐蚀；某些代谢产物能改变溶液的PH值、溶解氧浓度、盐浓度等，从而改变环境介质条件；微生物能破坏非金属保护层或缓蚀剂的稳定性和影响电极极化过程，如硫酸盐还原菌的代谢能降低阴极的极化率从而减慢腐蚀。

（3）磨损腐蚀

流体介质与金属之间的相对运动，引起金属局部区域加速腐蚀破坏的现象称作磨损腐蚀，简称磨蚀。工作在水体等流体中的管道系统特别是弯头、三通、阀门等常发生磨蚀破坏。较高的流速是造成磨损腐蚀的主要因素，当流过的液体中含有某些固体颗粒时更容易造成磨蚀。磨蚀使管道表面保护膜的完整性遭到破坏，加速腐蚀。此外，流动的流体能够在很短时间内运来阴极反应物，从而减小阴极的极化，加速腐蚀。

3 腐蚀产生的原因

（1）内部因素。钢铁本身的成分、组织、结晶方向、残余应力、表面转化膜等的不均匀性，会使金属内部产生不同电位的区域，形成微电池，从而造成金属的腐蚀。

（2）外部因素

a） 大气腐蚀。由于管道暴漏在大气中，大气中含有水、氧、二氧化碳等介质与金属反应而造成腐蚀的现象叫大气腐蚀。铁在空气中生锈是常见的大气腐蚀现象，大气中含有水蒸气，它在金属表面冷凝形成水膜，大气中的气体及其他溶解性物质溶解到其中，形成电解质溶液，使钢铁表面发生电化学腐蚀。

b） 土壤腐蚀。土壤是有多相物质组成的混合物，颗粒间从满了空气、水和各种盐类，使土壤具有导电性。埋在地下的管道，由于裸露的外表面与土壤直接接触而构成原电池。由于组成管道的铁并不是纯铁，，含有一定的杂质、在管道连接处会有焊缝等，是金属本身的性质有较大差异，当其与土壤接触时，会形成微腐蚀电池，加快管道腐蚀。当管道铺设地域所含电解质车别很大时会构成腐蚀宏电池，也能加快腐蚀的进行。

c） 细菌腐蚀。微生物能在很多环境中生存，在一定条件下能对钢铁管道产生腐蚀。微生物本身对金属没有太大危害，起腐蚀作用的主要是其代谢产物。例如硫酸盐还原菌，它能将硫酸盐还原成硫化物，而硫化物与介质中的碳酸等物质作用产生硫化氢，进而与铁反应生成硫化亚铁，加速了钢铁的腐蚀，同时还阻止阴极上吸氢反应所生成氢原子的复合，促进氢向金属内部渗入，增加管道氢脆破坏的可能性。

4 腐蚀的防治

阴极保护。采用外加电流的阴极保护法，将电源的负极连接到埋在底下的管道上，将电源的正极接到事先准备好的辅助阳极上，使电流由土壤流向管道，以实现防护的作用。

防护层保护。防护层保护是指在管道表面涂、镀一层化学性质稳定、耐腐蚀、能形成一层不易被破坏的表面覆盖层，将管道与环境介质隔离，使管道不能直接与腐蚀性物质接触而发生化学反应，从而防止腐蚀。常用的方法有：电镀、化学镀、化学转化膜、渗镀、包镀、热喷涂、衬里防护技术等。常用的衬里技術有：a） 水泥砂浆衬里。水泥砂浆与管道内壁结合性极好，而且其比金属的管道内壁更光滑，不仅能对管道起到物理保护的作用，而且还能减少输送流体的能量损失。b）环氧树脂涂衬法。环氧树脂具有耐磨性、柔软性、紧密性，其与硬化剂混合后形成反应性树脂，可以形成快速、强劲。耐久的涂膜。c）内软管法。该法用于旧管道的防腐，防腐效果非常好，特别适用于长距离输水管道，但不适合城市的供水管道。

改善管道所处环境介质的成分、使用耐腐蚀的合金钢管、使用杀菌剂或抑菌剂、采用缓蚀剂或采用有机涂料防护技术等。

参考文献

[1]关宝印 钢质管道的腐蚀与控制技术（二）——腐蚀与检测

[2]王昌宗 污水管道的腐蚀与防护

[3]张珏莹 金属管道的腐蚀与防护 钢管技术，1986年第2期

[4]佟潮阳 浅谈供水管道腐蚀的预防措施 工程论坛，2005年第7期

[5]黄廷林（主编） ?水工艺设备基础? 中国建筑工业出版社