金属管道在土壤中的腐蚀与防护

2017-03-03许伟中国特种设备检测研究院国家质量监督检验检疫总局油气管道工程技术研究中心北京100029

化工管理 2017年31期

许伟(中国特种设备检测研究院、国家质量监督检验检疫总局油气管道工程技术研究中心，北京 100029)

(China Special Equipment Inspection and Research Institute 、Oil and Gas Pipeline Engineering Research Center of AQSIQBeijing 100029)

金属管道在土壤中的腐蚀与防护

许伟(中国特种设备检测研究院、国家质量监督检验检疫总局油气管道工程技术研究中心，北京 100029)

(China Special Equipment Inspection and Research Institute 、Oil and Gas Pipeline Engineering Research Center of AQSIQBeijing 100029)

在如今的工业生产中，许多工程都已经离不开金属管道了，比如水、石油、天然气等的输送就和金属管道密切相关。将金属管道埋于地下成为普遍采取的一种长距离运输方式，给人们的生产生活带来了许多的方便。但是，埋于地下的金属管道也出现了弊端，那就是金属管道的腐蚀变得越来越严重了，埋在地下的金属管道由于受到土壤中的电解质、氧含量及其细菌的影响而快速的被腐蚀变薄，严重的时候可能引起管道的爆破，严重影响生产安全，也造成了成本的巨大损失。所以，对金属管道腐蚀与防护方面的研究显得极其重要。本文就从目前金属管道在土壤中腐蚀的特点以及影响金属管道腐蚀的原因入手，旨在找到金属管道的发展现状。在此基础上，介绍本文最重要的金属在土壤中腐蚀的防护措施，为以后生产中防止金属的腐蚀方面提供一些方法和借鉴，为以后进一步的研究金属腐蚀做好充分的准备。

金属管道；生产；土壤腐蚀；防护

0 引言

管道的运用不仅仅在工业生产中得到了广泛的应用，在民用设施等方面也是大有发展，所以，成为目前很受欢迎的一种运输方式。随着我国石油化工企业的飞速发展以及城市公共设施建设速度的一路高歌猛进，管道建设也随着不断地发展之中。将管道埋在地下，一方面节约了地表的空间，另一方面也为人们的生活提供了方便。但是，其中的土壤腐蚀与防护问题一直成为最大的问题，这很显然的关系到了管道的可靠性以及管道的使用寿命，是促进金属管道不断向前发展所必须要面临的首要问题。

当金属管道被埋在地下，经常会和周围的物质发生接触，这样的接触使管道发生化学和电化学作用，从而引起的破坏叫做金属的腐蚀。金属管道在埋地后通常发生腐蚀的原因在与土壤周围的物质与金属管道产生了腐蚀的化学反应，所以才造成了腐蚀，这在我们看来就称为金属的腐蚀。埋地金属管道的通常是腐蚀发生在含水的环境下的，在性质上属电化学的过程。由于随着环境及其土壤性质的不断改变，金属的腐蚀也变得越来越严重。

1 金属在土壤中的腐蚀特点

不同的土壤氧气和水的含量是不同的，主要是由于土壤本身的不均匀性导致土壤中经常出现不同的孔，孔的大小又影响了空气和水分的输送，导致不同土壤具有不同的腐蚀性。又由于土壤具有相对稳定的特性，因此土壤腐蚀和我们常见的其他电化学腐蚀又有区别。在土壤中，氧气的传送不同于在地表上都是一样的，在土壤中氧气的传送主要是通过土壤的空隙进行传送，土壤的空隙又决定了土壤的密实度，也在一定程度上影响了土壤对金属管道的腐蚀效果。

2 土壤腐蚀的影响因素

(1)土壤性质。金属管道在土壤中的腐蚀很大程度上是土壤中的介质所影响的。比如土壤的电阻率、土壤的氧含量、含水量、pH值、孔隙度等都是影响腐蚀的重要因素。

①孔隙度的影响。土壤孔隙度的大小是影响土壤腐蚀的最基本的因素，影响着氧的输送，氧输送得越多管道就越容易被腐蚀，就比如说沙土、泥土和黏土，其中沙土的土壤腐蚀就远远高于了泥土和黏土。也就是说，通常土壤的孔隙越大管道腐蚀也就越严重。

②土壤中含水量的影响。含水量的大小与腐蚀率呈现出一条抛物线的特质。当土壤中含水量不断增加，土壤的腐蚀率就是不断增加，但当土壤中的含水量多大一个极值时，也就是土壤中的可溶盐已经被水完全溶解的时候，此时的腐蚀率是最高的。但是，随着含水量再继续增加，土壤中已经没有可以溶解的盐分时，土壤的腐蚀率不会随着上升反而会使腐蚀率下降。通常是水分含量低于10%，土壤的腐蚀率就会大大降低。

③电阻率的影响。土壤电阻率和电导率都与土壤的含水量、含盐量、孔隙度等很多因素有关,土壤电阻率越小腐蚀速率越高。换句话说，也就是土壤中电导率越高，腐蚀的速度就会不断地加快。

④pH 值的影响。我国大部分土壤属中性，pH 值在6～ 8之间，随着pH 值的降低腐蚀速率增加。就比如我国南方的酸性土壤与北方的碱性土壤相比，南方的金属土壤腐蚀率就远远高于了碱性土壤的腐蚀率。

⑤含盐量的影响。土壤中含盐量的大小也影响着土壤的腐蚀率。含盐量越高，土壤的电阻率就会降低，增加了土壤的电导率，导致腐蚀的速度不断加快。

(2)杂散电流的影响。电车、电气化铁路、以接地为回路的输配电系统、电解装置等，在规定的电路中进行流动，其中有一部分自回路中流出，流入大地、水等环境中，形成了杂散电流。杂散电流一部分在流入流出的过程中，产生干扰腐蚀，通常分为直流干扰和交流干扰，这是由于干扰源的不同而形成的。杂散电流的腐蚀速度相较于一般土壤的腐蚀是非常快的。

(3)土壤中的微生物的影响。土壤中微生物对金属管道的腐蚀作用是必不可少的了，并不是由于微生物本身的腐蚀性，而是微生物生命运动的结果。有的微生物参加点击反应，造成了腐蚀速度的大大增快。

(4)温度的影响。温度对土壤的腐蚀的作用也是不可小觑的。通常土壤的腐蚀速度是与温度成正比的，也就是说，土壤的腐蚀随着温度的不断增加而变快；但是，另一方面，温度的增加又会使土壤变得松散，这样又会使土壤的腐蚀速度变慢。

3 土壤腐蚀带来的危害

化工生产行业有许多的金属管道被埋于地下，由于土壤的腐蚀造成了管道壁变薄，严重时会发生管道腐蚀局部穿孔发生爆管的危害，给安全生产带来了巨大的隐患。这样的例子时常出现，2006年4月份，某化工厂沿水埋地管道在#2机出线处因土壤腐蚀造成的管道破裂，导致泄露，水流冲击附近#4号中压线基础形成了一定的冲击坑；2005年9月，供水源管道线发生爆破，爆破造成了深达4m的冲击坑并摧毁了附近的一间闲置厂房……由此可以看出，金属管道在土壤下被腐蚀所造成的危害是非常大的，应该引起大家的高度重视，做好金属管道在土壤腐蚀中的防护措施，保护企业的生产以及人员的安全。

4 金属管道在土壤腐蚀中的防护措施

4.1 改善金属的本质

金属在土壤中会被腐蚀，很大程度上是由于金属的材料所致。所以，要想减少腐蚀就要制造出与土壤腐蚀因子相克的材料，这就要求我们在生产的过程中根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属在土壤中的腐蚀速度。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。

4.2 形成保护层

金属在土壤中被腐蚀是由于金属表面缺乏各种保护层所致。所以在金属管道制造时，需要在金属表面覆盖各种保护层，把腐蚀金属的介质与金属管道分离开来，防止金属管道被快速的腐蚀。现如今工业生产中普遍采用的保护层分为金属保护层和非金属保护层，主要采用的方法是点化学方法、化学方法以及物理方法所实现的。

4.3 改善腐蚀环境

环境对金属在土壤中的腐蚀具有非常大的作用，无论是环境中的氧的含量或是温度的高低，以及空气的湿度，都影响着金属在土壤中腐蚀的速度。所以，要想使金属管道不易腐蚀或者腐蚀的速度减慢，就必须人为的改变周围的环境。控制环境中的温度和湿度，除去介质中的氧的含量等都可以从不同程度上减少腐蚀或者防止腐蚀。另一方面的人为改变环境则是通过在介质中添加能够降低腐蚀速率的物质来降低土壤周围环境对金属管道的腐蚀。