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埋地金属管道腐蚀机理及防腐措施

随着我国城市建设的不断发展，地下输油、输气及供水管道作为重要的经济命脉，日益引起广泛重视。而各类埋地金属管道受到土壤化学、电化学以及微生物等多重侵蚀作用，若不采取必要的防腐措施并及时检测，则会导致腐蚀穿孔，不仅影响管道的使用寿命，引发漏油、漏水、漏气，造成巨大的经济损失，而且严重污染环境。特别是由于管道燃气泄漏造成的突发性事故时有发生，直接威胁人民的身体健康和安全。因此，有必要对金属管道腐蚀产生的原因和防腐技术进行深入的探讨。

1、金属管道腐蚀的原因

1.1 电化腐蚀

金属管道的主要成份一般是钢铁，钢铁接触到电解质溶液发生原电池反应，即铁原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀，这种腐蚀称为电化腐蚀。通常金属管道的腐蚀主要是电化腐蚀作用的结果。

在潮湿的空气或土壤中，钢铁管道表面会吸附一层薄薄的水膜而促使管道腐蚀。由于外界酸碱环境的差异，钢铁会发生吸氧或析氢腐蚀，一般以吸氧的电化学腐蚀为主。

当水膜基本为中性时，钢铁与吸附在管道表面的溶有氧气的水膜构成原电池。

负极:Fe—2e＝Fe2＋（钢铁溶解）正极:2H2O＋O2＋4e＝4OH—（吸收氧气）而当水膜为酸性时，钢铁与吸附在管道表面的溶有CO2，的水膜构成原电池。

负极：Fe－ 2e＝ Fe2+（钢铁溶解）正级：2H＋＋2E＝H2（析出氢气）如果这种电化学或原电池作用代表腐蚀的全部过程的话，我们应该在管壁上看到一个个的空泡。但在实际中，这些空泡经过一段时期后，变成了大小不均的瘤状结垢，硬壳内充满了Fe（OH）3和Fe2(OH)3的混和物。这是因为，金属表面由于氧化形成的二价氢氧化铁会继续被氧化形成三价铁，但它并不是永远贴附在管壁上，保持静止。而是随着土壤中不断有氧气浸入，通过破裂的膜向内一层层运动，把部分亚铁离于氧化成铁离于，经过一段时间，这些氧化铁浓度超过一定的比例，磁性氧化铁或其它亚铁化合物就会不断地析出，并产生酸性物质，后

者继续与金属作用，再产生新的亚铁盐，不断循环腐蚀结锈。

1.2 化学腐蚀

金属管道的腐蚀除电化腐蚀外，还有金属跟接触到的物质（一般是非电解质）直接发生化学反应而引起的一种腐蚀，称作化学腐蚀。这一类腐蚀的化学反应较为简单，仅仅是铁等金属跟氧化剂之间的氧化还原反应。从本质上讲，电化腐蚀和化学腐蚀都是铁等金属原子失去电子而被氧化的过程，但是电化腐蚀过程中有电流产生，而化学腐蚀过程里都没有。在一般情况下，这两种腐蚀往往同时发生，只是化学腐蚀远不如电化腐蚀普遍，对管道外壁的腐蚀作用也不大，在此不作详述。

1.3 微生物腐蚀

微生物对金属的腐蚀，早在本世纪初就已被人们所发现。到了30年代，荷兰学者克尔提出硫酸盐还原菌参与金属腐蚀中阴极去极化理论后才开始受到重视。60年代以来，许多研究者对微生物腐蚀机理做了大量深入的研究工作。1.3.1 参与金属管道腐蚀的微生物类群

虽然能够腐蚀金属管道的微生物包含许多属性，但是其中比较重要的是直接参与自然界硫、铁和氮循环的微生物。参与硫循环的有硫氧化细菌和硫酸盐还原菌，参与铁循环的有铁氧化细菌和铁细菌，参与氮循环的主要有硝化细菌和反硝化细菌等。这些细菌按其生长发育中对氧的要求，又可分为好氧腐蚀菌和厌氧腐蚀菌两大类。

(1)硫氧化菌

与腐蚀有关的硫氧化菌能氧化硫、硫酸盐以及亚硫酸盐等，产生代谢产物硫酸。该类细菌在酸性土壤及含黄铁矿的矿区，能使土壤或矿水变酸导致对钢铁管道的严重腐蚀。

⑵硫酸盐还原菌

这类细菌是造成管道腐蚀的主要微生物。硫酸盐还原菌属厌气菌，能够将破盐还原为硫化物。它们利用有机物为给氢体，在还原硫酸盐的过程中获取能量。该类菌中最常见的是中温型的脱硫弧菌和高温型的脱硫肠状菌。

⑶铁细菌

该类菌形态多样，分布广泛，在富含铁的水中尤为普遍。铁细菌能把水中溶解的亚铁氧化成高价铁形式，沉积于菌体鞘内或菌体周围，并从中取得能量同化CO2进行自养生活。

⑷硝化细菌和反硝化细菌

硝化细菌能把氨氧化成亚硝酸，再进一步氧化成硝酸。而反硝化菌在通气不良的环境中，能将硝酸还原为亚硝酸。因此，这类菌能在环境中积累一定量的硝酸和亚硝酸，从而对金属管道造成腐蚀。

1.3.2微生物对金属管道腐蚀的主要途径

(1)形成氧差电池腐蚀金属管道

由于细菌在管壁表面形成菌落，消耗了周围环境中的氧，加上细菌尸体所吸附的无机盐，沉积物覆盖了局部表面，造成管壁表面氧浓度成梯度分布。这样就使管道表面形成的电位差，形成氧差腐蚀电池。另外由于原电池腐蚀，阳极区释放的亚铁离子能为铁细菌作能源，因而吸引了该菌在阳极区聚集。其结果一方面能加速亚铁氧化成高铁。促进阳极去极化过程；另一方面，菌在钢铁管壁表面形成结瘤，又促进形成氧差腐蚀电他的过程。

（2）代谢产物引起腐蚀

微生物的生命活动过程中生产的一些腐蚀的代谢产物，如硫酸还原菌的代谢产物不仅可促进阳极去极化作用，使腐蚀不断行进，而且它的电位比铁还低，又形成新的腐蚀电池。又如氧化硫硫杆菌在代谢过程中能产生10％－20％的硫酸，从而强烈腐蚀管道。此外一些异差菌和真菌（树脂技泡霉）还能产生有机酸，氨等，腐蚀金属管道。

2、管道防腐的主要措施

防治管道腐蚀的措施很多，但由于不同类型管道所处的环境及腐蚀的种类都有所差异，所以没有哪种方法在任何情况下都适用，一劳永逸。因此，在防腐工作中，必须根据具体情况采取一种或几种措施配合使用。

2.1采用性能良好的防腐材料

目前国际上管线防腐使用最多的新型防腐材料有挤塑聚乙烯，熔给环氧粉末、三层PE等。其中三层PE是目前世界上较为先进的一种防腐层，其底层为熔结环氧粉末，中间为一层共聚粘结剂，外面缠绕一层挤塑聚乙烯。因此，它具

有熔结环氧粉未知数和挤塑缠绕聚乙烯的双下优点，义能克服其不足，是一种各项性能优异的防腐层。通过选择上述优质防腐材料，进而提高防腐层质量，使其真正达到保护管道外壁免遭土壤介质的电化学腐蚀，细菌腐蚀的目的。

2.2施加阴极保护电流

即采用外部施加直流电源取得阴极极化以防止金属腐蚀的方法。使被保护的金属管道接电源负极，电源正极接辅助电极。接通电源后，直流电源便向管道施以阴极极化电流，使金属表面阴极极化，当外加电流大于腐蚀电流时，受保护的管道表面就能保持一个足够的负电位，阻止管道的腐蚀。

2.3采用牺牲阳极

采用一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（通常为锌、镁或铭一镁合金等）与受保护的金属管道相连，使管道阴极极化，阴极金属腐蚀消耗，从而实现防止金属管道腐蚀的效果。在实际应用中一般用于钢管。

2.4适时评估防腐状况

埋地管道防腐层由于诸多因素引起劣化，出现老化、发脆、剥离、脱落、最终导致金属管道腐蚀穿孔，引起泄漏。防腐层劣化也同样影响阴极保护效能，因为防腐层劣化后，金属管道与大地不绝缘，保护电流散失，保护距离就会缩短，致使得不到保护的管线受腐蚀。因此，对地下管道防腐层状况定期评估，并有计划的进行检漏和补漏是预防和避免因防腐层劣化而引发管线腐蚀的重要手段，近年来，国内外许多油气田和城市燃气公司都采用英国雷迪公司研制生产的RD－PCM型埋地管道外防腐层状况检测仪，取得了较好的效果。

该套设备通过PCM大功率发射机向管道发送4Hz近似直流信号和 128Hz／640Hz定位电流。其便携式接收机能准确地探测到经管道传送的这种特殊信号，跟踪该信号并采集管道上各处的电流强度。将结果输入微机，通过配套的外防腐层软件可绘制出电流变化率距离曲线图。分析该电流流夫率，计算绝缘电阻值，即可实现对防腐层状况的评估。并可定位损坏严重的破损点。

适时对埋地管线腐蚀与防护系统现状进行科学评价,全面而系统地了解其防腐层状况,可以为管线防腐层大修整治提供决策依据.以确保减少腐蚀,延长各类管线的使用寿命,保障管道安全运行。