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埋地管道的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)

文檔作者：期振鐸文檔來源：湖南省舫腐技術(shù)開發(fā)部		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年04月29日
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埋地管道的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)
一
、引 言
期振鐸
(湖南省舫腐技術(shù)開發(fā)部)
目前國內(nèi)的輸水輸煤氣管道，除予應(yīng)力
鋼筋混凝土和少量試用的塑料管外， 仍以鋼
管和鑄鐵管為主。長距離和大面積的金屬管
道埋入地下， 由于土壤的腐蝕作用，造成管
道穿孔，跑、冒事故時有發(fā)生。因此，采取
有效措施確保輸送安全，具有十分重要的意
義。
金盾的腐蝕種類很多，管道埋在地下和
七壤接觸，因此，了解土壤腐蝕環(huán)境是十分必
要的。
土壤是由固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種物質(zhì)所
組成的復(fù)雜混合物體系。它的結(jié)構(gòu)、成份阻
及其它環(huán)境因素的相互作用， 使土壤腐蝕比
其它介質(zhì)更為嚴(yán)重。金屬腐蝕固然有本身的
影響，但更多的是受到土壤理化性質(zhì)的影
響。因此，調(diào)查土壤理化性質(zhì)分柝掌握埋地
管線腐蝕規(guī)律，是研究埋地金屬管道腐蝕的
重要因素。
埋地管道所處的環(huán)境的土壤中， 水份多
少、可溶鹽多少、土壤的電阻率大小 土壤
結(jié)構(gòu)和氧氣擴(kuò)散速率的太小、土壤中微生物
多少和地下水情況等等，這些耨對埋地管道
的腐蝕速度有直接關(guān)系。
找國東部地區(qū)，從東北三省直至長江北
岸的囂海所包括的縱深地區(qū)，約有300萬平方
公里。在此廣大地區(qū)內(nèi)的土壤中，有侵蝕誅
層的硫酸鹽還原菌地區(qū)，有能穿透涂層的蘆
葦根叢生地區(qū)，有土壤電阻率3～ 4歐姆·
米的強(qiáng)腐蝕地區(qū)，也有電阻率高達(dá)120多歐
姆·米的低腐蝕地區(qū)。土壤中酸堿差異也很
大 有的地區(qū)pH值高達(dá)11~12， 有的地區(qū)
pt-I值僅有3～ 5。因為pH值愈小，酸性愈
大， 氫的過電位就愈小， 陰極反應(yīng)就愈易進(jìn)
行。所以，金屬腐蝕的速度也就愈快。
二、埋地管道的腐蝕
機(jī)理
1．氧氣擴(kuò)教速率不同所形成的太電池腐
蝕
由于氧氣以不同的擴(kuò)散速率通過土壤，
在埋地金屬管道上形成了大電池腐蝕，這是
因為氧氣沿著金屬表面擴(kuò)散的突然變化引起
金屬出現(xiàn)不同的電極電位而形成的。電流的
太小和沿著管道表面的電流分布，決定了土
壤的導(dǎo)電性和土壤的極化特性。反過來， 土
壤的極化特性又受到土壤中氧氣擴(kuò)散速率的
限制。對于陰極這個過程是由足量的濕氣來
達(dá)到的，而陽極不發(fā)生明顯的變化。
如一根管道穿過一邊是砂， 一邊是含有
濕氣的粘土界面時， 可以明顯地發(fā)現(xiàn)在粘土
和砂的分界線上發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。在這個大
電池腐蝕中， 陰極部份在砂中，陽極部份在
粘土中， 因此， 土壤性質(zhì)的變化為埋地金屬
管道的不同部位， 形成大電池腐蝕創(chuàng)造了有
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利條件。當(dāng)土壤的導(dǎo)電性高時，大電池腐蝕
的電流是相當(dāng)高的。這樣就使暴露慢的土壤
中的部分管道發(fā)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕。
2．太電池對管道來端效應(yīng)的扁蝕
由于土壤里氧氣擴(kuò)散的末端效應(yīng)， 在管
道末ii；}和中心部位之間形成了大電池腐蝕。
在電介質(zhì)中伴隨有氧氣極化的金屬腐蝕過程
中，在管道末端氧氣的擴(kuò)散速率是比較大的。
這是因為增加了額外的擴(kuò)散通路。氧氣在土
壤里擴(kuò)散層的數(shù)目，大大地多余電介質(zhì)。特
別是當(dāng)厚的土層復(fù)蓋在陰極區(qū)域時。氧氣擴(kuò)
散末ii；}效應(yīng)的作用將更加大。在這種情況下，
管道的末端起著陰極極化的作用， 因此， 與
其它部分，如管道中心部位的陽極相比，所
受到的腐蝕就較均勻和較少。
5．土壤中不同深度所形成的丈電池
對于土壤中不同深度所形成的大電池以
及上述末ii；}效應(yīng)所形成的大電池來說， 既使
金屬管道被埋在均勻的土壤里，埋的深度不
同，也能形成大電池的腐蝕。在這種情況下，
大電池電流隨著土壤電阻率的降低而增加，
而且隨著管道對土壤表面傾斜角的增大而增
加， 所以在垂直安裝的管道所處的位置從土
壤表面一直到深處，最容易形成大電池腐
蝕。
4．徽電池的囊蝕作用
除了上述可能形成的幾種大電池腐蝕
外，在土壤里的金屬表面上還會形成另外兩
種微電池腐蝕： 一種是由于土壤結(jié)構(gòu)的不均
勻性而形成的微電池腐蝕，另一種是由于管
道金屬本身所存在的不均勻性而形成的微電
池腐蝕。
對于微電池的腐蝕作用來講， 土壤的電
阻是不重要的。而且土壤所起作用的強(qiáng)度完
全可通過極化系數(shù)來確定。通常， 土壤的腐
蝕性是上述的大電池腐蝕作用和小電池腐蝕
作用的綜合，不能在大電池腐蝕和微電池腐
蝕所起的部分作用之間劃一條界限。不均勻
充氣所形成的大電池腐蝕是主要的，特別是
腐蝕過程中的點(diǎn)蝕， 集中在埋地管道氧氣較
少的部位里。在土壤腐蝕中， 由微電池所引
起的腐蝕具有較均勻的特性， 而且大部分存
于管道充氣較多的部位。大電池腐蝕作用主
要通過土壤的電阻率來確定， 電阻率的重要
性隨著大電池尺寸的增大而增加。
上述表明。土壤的腐蝕性是由兩個特性
決定的：
(1)均勻腐蝕的速率主要由微電池腐
蝕作用決定的；
(2)局部腐蝕或點(diǎn)蝕的速率主要是由
大電池腐蝕(充氣不同所引起的)的作用所
決定的。
綜上所述， 土壤環(huán)境如此復(fù)雜， 管道埋
在地下處在眾多腐蝕介質(zhì)的包圍之中。如何
使埋地金屬管道克制上述腐蝕因素的影響，
延長其壽命，多年來，一直是防腐的研究課
題。
三、防腐劑性能和應(yīng)用
1．環(huán)氯攥瀝青
環(huán)氧煤瀝青技術(shù)60年代初在國外便得到
了發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。
我國環(huán)氧煤瀝青技術(shù)，是從70年代開始
起步，8O年代才逐漸得到發(fā)展并應(yīng)用到。在
石油、化工、船舶、水電、礦山和市政工程
等領(lǐng)域中，特別是輸送各種介質(zhì)的埋地金屬
管道的外涂層，近幾年已被廣泛采用。其優(yōu)
點(diǎn)是 固體份含量高、涂層致密、漆膜堅
韌、耐化學(xué)介質(zhì)、耐微生物侵蝕和植物根穿
透性能好。吸水率小(< 5 )、電絕緣性
能好、使用壽命長、防腐效果好。
(1)環(huán)氧煤瀝青防腐漆涂層等階、結(jié)
構(gòu)及壽命(見表1)。
(2)技術(shù)條件和實測性能(見表2和
表3) 。
，，
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囊1
防晦撩 撩是壽命
屠等級 豫屆結(jié)構(gòu) 厚度tram) (年)
普通 底漳一面蔣一面棘 0．2～0．3 20
加強(qiáng) 底轅一 面 漆一玻 璃市 0．4～0．5
一面棘一面漆
底棘一面壤一玻璃布
特別 一面棘一玻璃布一面 0．6～0．8 50
裱一面椽
裹2 技術(shù)條件
序號 項 目 底 漳 剜裱 檀驗方嵇
1 裱膜外觀 缸棕色半光 ．黑色有光 ．GB 1729— 7
粘虞(持4粘度
計25±1℃ ，秒) B0～ 150 80^，150 GB 1723— 7
3 細(xì)度(謝板．Um ≤ 80 ≤ B0 GB 172d 一7
，I}著力(級) GB 1720— 71
柔韌性(ram) 1 GB 1731—7j
沖擊強(qiáng)度 50 GB 1732— (kE／cm ) 7j
7 硬度(擺桿) ≥0．3 ≥0．3 GB 1730—7一
固體分宙量 85 85 GB 172B一 (重 量 ) 7t
9 貯藏時間(年)
裹5 實測性能
剪 強(qiáng)霞(kg／cm ) 55．56 46．1
3 擊穿啦度(~v／mm )
4 體積電 率t臼，crn’) 5．73 x10¨
表面電阻率(0／crn ) 3．29x 10 5
暇水率(％) 0．
l0 NaCl撮柱 4年以上
a l0 N∞ H程泡 4茸 卜
10 HCI攫泡 3年 上
10 l0 H2SO‘裎泡 3年以上
2．石油瀝青
石油瀝青是傳統(tǒng)防腐材料， 其特點(diǎn)是貨
源充足、價格低廉、施工工藝成熟。但缺點(diǎn)
是吸水率可高達(dá)20 左右、易老化、強(qiáng)度
低、預(yù)制后的管件在運(yùn)輸、焊接，下溝、回
填土方過程中涂層易損壞， 易被土壤微生物
侵蝕和植物根穿透J耐化學(xué)介質(zhì)性能差，涂
層壽命短，加上需熱涂施工，現(xiàn)場熬制既易
燙傷工人， 又易污染環(huán)新。由于石油瀝青一
次性投資， 材料費(fèi)用低于其它材料，故有些
項目仍然采用石油瀝青。下面將環(huán)氧煤瀝青
和石油瀝青在埋地金屬管道的防腐費(fèi)用 材
料費(fèi)+施工費(fèi)+涂層壽命的計算方法加以對
比供參考(見表4) 。
襄4 地下管道環(huán)蕾煤瀝青
與石油瀝青對照裹
品 名 單位 環(huán)慕煤瀝青 石油瀝青
材料費(fèi)用 56301．1B 17950．87
凡工工受 4761 5l 4761．51
其它直接費(fèi) 666．61 666．6l
綜合費(fèi) 17950．89 17950．89
藐動津貼 1142．76
遠(yuǎn)征費(fèi) 1618．91 161B．91
特殊保健費(fèi) 890．40 890．40
喧砂除翳 72534．80 72554．80
稅 盤 5112． 4 3853．89
合 計 160979．50 l2l35O．6t
母平方單債 元／皿 42．70 32．19
說明 (1)地下管道長為1公里， 直徑為1，1爿E，
折合面積為3770m~，
(2) 環(huán)氧煤櫥青與石油瀝青材料用量星相等
的，
(3)葺氧煤櫥青材料債格為16500元／f，石{由
瀝青耐料竹括為610元A。
上表可以看出，環(huán)氧煤瀝青每平米單
價為42．70元j石油瀝青為32．19元。如按石
油瀝青涂層壽命為五年， 環(huán)氧煤瀝青涂層壽
命可保5O年。如都按使用5O年計，石油瀝青
的造價遠(yuǎn)高于使用環(huán)氧煤瀝青防腐。

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