埋地管道外防腐技术

埋地管道外防腐技术

[摘要]由于埋地管道属于隐蔽工程，管道防腐的质量直接影响到其安全运行和使用寿命。通过对埋地钢制管道外防腐的主要成因和常用几种材料特性的论述，指出应根据不同的地质条件、环境采取相应的防腐技术，既优化设计又节省投资。

【关键词】埋地管道；防腐；技术

防腐层对于埋地管道的寿命来说是至关重要的，采用防腐层使钢管与土壤等腐蚀环境隔绝是埋地管道防腐的基本方法。同样材质的管道，有的埋在地下几十年而不腐蚀，有的几年就发生腐蚀穿孔导致泄漏。因此，有针对性地采取防腐措施是十分必要的。

1、埋地管道腐蚀危害

金属管道与其所处环境介质之间发生化学的、电化学的或物理的作用而引起的材料破坏和变质称为腐蚀。金属腐蚀是引起材料失效和破坏的主要原因之一。由于埋地管道置身于土壤中，其运行环境复杂，管道被腐蚀破坏后，将造成管道泄漏、环境污染，严重时酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。因此，研究腐蚀机理，采取有效的防护措施，对经济建设有着十分重大的意义。

2、埋地管道腐蚀的主要成因

不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气或土壤中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。

我们知道，钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但在潮湿的环境中却很快就会腐蚀。原来，在潮湿的环境里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极，铁失去电子而被氧化。电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。

(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时)

负极(Fe)：Fe=Fe2+＋2e-

Fe2+＋2H2O=Fe(OH)2＋2H+

正极(杂质)：2H+＋2e-=H2

电池反应：Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2↑

由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。

(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时)

负极(Fe)：Fe=Fe2+＋2e-

正极：O2＋2H2O＋4e-=4OH-

总反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2

由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。

析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成Fe2O3 铁锈。钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。析氢腐蚀主要发生在强酸性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。

3、常用的埋地管道外防腐技术

近年来我国的管道外防腐技术发展很快，出现了许多新的防腐蚀材料和技术，管道外防腐技术发展的主要特点体现在防腐材料的高性能、复合化、使用寿命长和良好经济性。

埋地管道外防腐层一般分为普通级和加强级，穿越铁路、道路、沟渠等应采用特加强级。埋地管道防腐蚀等级，应根据土壤腐蚀性等级确定。

由于管道穿越地区地形复杂、土壤性质千差万别，埋地钢质管道需要采取不同的外防腐措施。

3.1 石油沥青防腐层。石油沥青防腐层的特点：石油沥青属于热塑性材料，低温时硬而脆，随温度升高变成可塑状态，升高至软化点以上则具有可流动性，发生沥青流淌的现象。沥青的耐击穿电压随硬度的增加而增加，随温度的升高而降低。抗植物根茎穿透性能差，不耐微生物腐蚀，抗有机溶剂、油等性能差，耐温性差。虽然设计、施工技术成熟，价格便宜，但施工后的防腐厚度很难均匀，随时间延长防护层易脆裂。

3.2 环氧煤沥青防腐层。环氧煤沥青防腐层的特点：具有良好的物理机械性能和耐化学介质的腐蚀性。在埋地管道外壁的防腐施工中经缠绕了玻璃布固化后形成类似于玻璃钢结构的涂衬层，具有优异的电绝缘性、抗水渗透性、抗微生物侵蚀、抗杂散电流、耐热、耐温差骤变等优良性能。防腐层性能稳定，使用寿命

长，施工较方便，价格低廉。但涂层固化反应受温度影响，低温（10℃以下）固化较慢，北方冬季施工受限制。

3.3 环氧煤沥青冷缠带。环氧煤沥青冷缠带的特点：由冷缠带和定型胶两部分组成。防腐层固化速度快，施工期短，可在低温（－20℃）和潮湿条件下施工，解决了冬季施工难题。机械强度高，电性能和化学性能优异，涂层厚度均匀，施工质量稳定。涂层具有防水、耐酸碱、抗冲击等性能。

3.4 煤焦油瓷漆。煤焦油瓷漆的特点：吸水率低，抗水渗透。优良的化学惰性，耐溶剂和石油产品侵蚀，电绝缘性能好，粘结性优于石油沥青。抗植物根茎穿透和耐微生物腐蚀。低温发脆，热稳定性差。施工熬制和浇涂的过程中容易溢出有害物质，对环境和人体健康有影响。一般用于地下水位高和沼泽地段的土壤环境。

3.5 聚乙烯胶粘带防腐层。聚乙烯胶粘带防腐层的特点：机械性能较好，绝缘电阻高、抗杂散电流性好、施工方便，价格较便宜。缺点是抗土壤应力能力差，易于因粘结差和电阻值很高而产生阴极保护屏蔽。适用于地下水位不高、土壤腐蚀性不强等地区。

3.6 3PE防腐层。3PE防腐层的特点：三层结构聚乙烯防腐层综合了环氧涂层和挤压聚乙烯两种防腐层的优良性质，将环氧涂层的界面特性和耐化学特性，与挤压聚乙烯防腐层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。因此作为埋地管线的外防护层是非常优越的。据有关资料介绍，3PE可使埋地管道的寿命达到50年。目前，在国际上被认为是最先进的管道外防腐技术。在我国，3PE已率先在石油天然气系统得到应用。涂层具有优良的化学防腐性能和较高的机械性能，尤其耐磨性和附着力最佳。

3.7 聚氨酯泡沫塑料防腐保温层。聚氨酯泡沫塑料防腐保温层的特点：适用于输送介质温度不超过100℃的埋地保温管道。它是由防腐层－保温层－防护层组成的复合结构，整体防腐、绝缘及机械性能优越。

3.8 电化学保护

电化学保护法是根据电化学原理在金属设备或管道上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法，主要有以下两种：

（1）牺牲阳极保护法：该方法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电极，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。（2）外加电流法（阴极保护法）：将被保护金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。

对于长输管线及集气干线一般应采用防腐层与阴极保护相结合的方法。