防腐蚀车间设计

埋地管道腐蚀与阴极保护综述

摘要：简述埋地管道腐蚀原理，综述了影响埋地管道内腐蚀及外腐蚀的因素，并介绍我国管道阴极保护的现状、存在的问题及前景展望。并介绍了国内外管道防腐层缺陷检测的几种检测方法，

引言

腐蚀是引起埋地管道破坏和失效的主要原因之一，埋地管道作为大量输送石油、水、气体等介质的最为安全经济的方法在世界各地得到广泛应用。但由于施工质量、外力破坏、长期使用及地下环境等因素造成的管道防腐层破损、老化，使其防腐能力降低甚至失去保护作用，以及受到土壤化学和电化学腐蚀会导致管道穿孔，造成漏油、漏水、漏气等，不仅造成巨大的经济损失，而且给社会生态环境带来严重的污染。因此，管道的维护管理、防止管道腐蚀、泄漏，保证管道安全输送，延长管道使用寿命已成为目前管道行业的一项重要课题。对于埋地管道，阴极保护是行之有效的防蚀技术，本文主要介绍埋地管道防腐蚀原理，和国内外埋地管道发展现状，存在问题和未来前景。

1埋地管道的腐蚀

埋地管道所处的环境复杂，其腐蚀影响因素各异。文中从内腐蚀、外腐蚀2个方面对埋地管道的腐蚀进行分析。

1.1 内腐蚀

管道的内腐蚀是由管道输送的介质含有腐蚀性成分引起的。输送的介质不同，腐蚀的因素也就不同。目前，国内外对CO2或H2S单独作用下腐蚀的研究比较充分，而对H2S、CO2共存体系中，尤其是高温高压条件下多相流动介质中H2S、CO2腐蚀的研究比较少，对于实际工况条件下有针对性的研究就更少。

管道的内腐蚀不仅是多个外部因素共同作用的结果，而且还与管道本身的材质和制造因素以及管道在运行中的使用应力等有关。

1.1.1硫化氢腐蚀

硫化氢水溶液是弱酸，在水溶液中按下式分步离解：

H2S→H++HS-→2H++S2-

在硫化氢溶液中，含有H+，HS-，S2-和H2S分子，它们对钢质管道的腐蚀是氢去极化过程，反应式如下：

阳极反应Fe-2e→Fe2+

阴极反应2H++2e→[H]+[H〕→H2↑

Fe2+和溶液中的H2S反应：

xFe2++yH2S→Fe x S y+2yH+

Fe x S y为各种结构的硫化铁的通式，随着溶液中H2S含量及pH值的变化，硫化铁组成及结构不相同，其对腐蚀过程的影响也不相同。

1.1.2二氧化碳腐蚀

CO2腐蚀是困扰世界石油工业、同时也是困扰国内油气工业发展的一种常见的腐蚀，台面状腐蚀是腐蚀过程最严重的现象。

关于CO2的腐蚀机理，一般都认为是溶解在水中的CO2和水反应生成H2CO3，然后再和Fe 反应使之被腐蚀：

CO2+H2O→H2CO3

Fe+H2CO3→FeCO3+H2↑

但是溶液中的H2CO3绝大部分是以H+和HCO3-存在的，因此，反应生成物中大多数是Fe(HCO3)2并在高温下分解为：

Fe(HCO3)2→FeCO3+CO2+H2O

实际上腐蚀产物碳酸盐(FeCO3·CaCO3)或结垢产物膜在钢铁表面不同区域的梭盖程度不同，不同覆盖度的区域之间形成了自催化作用很强的腐蚀电偶，CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一机理也很好地解释了水化学作用和在现场一旦发生上述过程时，局部腐蚀会突然变得非常严重等现象。

1.1.3氧腐蚀

氧腐蚀是最普通的一种腐蚀，凡有空气、水、水蒸气存在的场合均会发生氧腐蚀。氧腐蚀的电化学过程如下：

阳极反应Fe-2e→Fe2+

阴极反应O2+2H2O+4e→4OH-

化学反应式2Fe+3/2O2+H2O→2FeO(OH)→Fe2CO3+H2O 这是氧去极化腐蚀。腐蚀过程中铁、氧和水化合形成铁锈。氧腐蚀的速率受水中溶解氧含量影响，随着水中溶解氧含量的增加腐蚀速率也增加。

1.2外腐蚀

1.2.1土壤腐蚀

土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙被空气和水充满，水

中含有一定量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，从而会产生土壤腐蚀。

土壤腐蚀是指埋地钢质管道在土壤介质作用下引起的腐蚀，属于电化学腐蚀。土壤是多相物质组成的复杂混合物，颗粒间充满空气、水和各种盐类，使土坡具有电解质的特征，土壤腐蚀电池大致可分两类。

(l)微腐蚀电池是因埋地钢质管道表面状态的影响所形成的腐蚀电池。由于管道的缺陷，可能夹杂有不均匀物质。当不均匀钢质管与土壤接触时，在有差异的部位上，便会由于电极电位差而构成腐蚀电池。

(2)宏腐蚀电池是因土壤性质差异引起的腐蚀电他。埋地钢质管道经过物化性质差异很大的土壤时，可形成较大的电位差。由于构成的腐蚀电池两极间的距离较远，故称宏腐蚀电池。土壤的酸碱度、氧化还原电位、电阻率、含水量、密实度、含盐种类、湿度、杂散电流等，均会直接或间接地影响对埋地钢质管道的腐蚀。该腐蚀是电化学腐蚀，反应式如下：

阳极反应Fe→Fe2++2e

阴极反应2H++2e→H2↑(酸性溶液中)

O2+4H++4e→2H2O(酸性溶液中)

O2+2H2O+4e→4OH-(中性碱性溶液中)

1.2.1.1土壤盐分

土壤中的盐分对材料腐蚀的影响，除了对土壤腐蚀介质的导电过程起作用外，还参与电化学反应。土壤中可溶盐是电解液的主要成分，所以土壤介质中的含盐量与土壤电阻率有明显的反相关系。含盐量还能影响到土壤溶液中氧的溶解度，含盐量高，氧气溶解度就会下降，于是削弱了土壤腐蚀的电化学阴极过程，同时还会影响土壤中金属的电极电位。

土壤中的阴离子对金属的腐蚀影响较大，因为阴离子对土壤腐蚀电化学过程有直接的影响。Cl-对金属材料的钝性破坏很大，促进土壤腐蚀的阳极过程，并能渗透过金属腐蚀层，与钢铁反应生成可溶性腐蚀产物，所以土壤中Cl-含量愈高，土壤腐蚀性愈强，Cl-是土壤中腐蚀性最强的一种阴离子。SO42-对钢铁腐蚀有促进作用，CO32-及HCO3-对碳钢的腐蚀有较重要的作用，但两者的作用稍有不同。CO32-与Ca2+形成CaCO3，它与土壤中的砂粒结合成坚固的“混凝土”层，使腐蚀产物不易剥离，抑制了电化学反应的阳极过程，对腐蚀起阻碍作用。而由HCO-形成的NaHCO3没有这种阻碍作用。土壤中阳性离子有K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+等，这些离子除了起导电的作用外，并不直接影响土壤腐蚀的电极过程，因而对土壤腐蚀性的影响不大。其中Ca2+的影响比较特殊，它在中、碱性土壤中，尤其是在含有丰富碳酸盐的