河北联合大学轻工学院
学部：材料化工部
专业：金属材料工程
班级：轧钢1班
姓名：卢进国
选修课：金属腐蚀防护及概论
2012年5月21日
目录
一、摘要及关键点
二、埋地管道腐蚀的危害
三、埋地管道的腐蚀因素分析
四、埋地管道腐蚀的防护方法
五、结语
金属埋地管道的腐蚀因素分析及防护
一、摘要及关键词
摘要:分析了金属埋地管道的腐蚀因素,即环境、腐蚀防护效果、钢管材质及制造工艺、应力水平,管道的腐蚀破坏是由上述诸因素相互影响的结果,进而找到行之有效的防腐方法,可减少因腐蚀给油田安全生产带来的损失。
关键词:管道金属腐蚀与防护
二、埋地管道腐蚀的危害
城市地下管道承担负着电、热、水系统的运送和排污等工能，是城市生存和发展所依赖的主要基础设施。随着我国城市化的迅速发展，城市人口的快速增多，作为城市基础设施的各种管线也在大幅度增加，复杂化程度更高了。而城市地下的老管线，却随着“年龄”的增长，其功能也渐“弱化”，乃至进入事故多发期。管道一旦出现问题，将带来了一系列的连锁反应，影响城市的正常运转和安全。因此，有人把地下管线形容为城市的“生命线”，甚至把地下管线的隐患称作“定时炸弹”。
城市地下管道发生破坏、事故，原因是复杂和多方面的。其中管道腐蚀是重要原因之一。由于腐蚀往往是一个“渐变、累积过程”，是“悄悄”发生的，因此常常被人忽视，甚至事故之后，对腐蚀原因、影响因素等也缺乏认真的检验、分析与评估。殊不知，管道的“寿命”，很大程度取决于腐蚀过程。此过程有快有慢，到时候可能由“潜伏隐患”转化成“突发事件”。
城市以水、气、热三大管线系统为主，分为上水(自来水)、下水（雨水、污水的排出系统）、热力管道（气、水）、燃气管道（煤气、天然气）以及供电、电信管线等。
就管道的材质而言，主要有铸铁管、钢管、预应力混凝土管和少量非金属管，其中金属材料占主导地位（包括混凝土中钢筋）。钢在土壤介质中一般是不耐腐蚀的，必须依靠附加的防护措施（如涂层）。而防护措施的效能是由时限性的（如10、20年），特别是轻视防护或防护不当，腐蚀破坏能够提前出现，表现为“泄露”事故或突发事件。
以下的事例不一定完全是由腐蚀引起的，但有些的确与腐蚀相关，乃至腐蚀是主要祸首。——煤气管道事故事例：
沈阳市曾经一年就发生煤气泄漏事故就二百多起；济南市内一街煤气泄漏爆炸，使两公里长的路面产生不同程度的破坏，死伤60人；上海市地处闹市区的人行道上，因煤气泄漏发炸，造成大面积停电，死伤4人。嘉峪关市一所居民楼发生煤气爆炸８户人家被炸造成十人受伤，事故调查组表明，爆炸原因是煤气管道年久被腐蚀破裂后煤气泄漏而至。
——天然气管道事故事例：
泸州市一座居民楼人行道下，曾发生一起天然气管道爆炸事故，造成5死34人伤；震惊全国的泸州“5?29”天然气爆炸事故与腐蚀直接相关，在本次事故发生前的“抢先记录”中，管线腐蚀严重而造成的“险情”已经多次出现。人们对天然气管线会腐蚀得如此严重感到惊奇。
——城市供水管道事故事例：
南京市民曾对供水管道频频“爆管”感到烦心。据悉，有一年平均每天发生30多起爆管事故；据邵阳日报报道，2000年，邵阳市爆管停水次数为942次；2004年，爆管停水次数1200多次，因管道使用时间较长，管材腐蚀严重，接口出现裂缝，管网承压能力下降，导致时常发生爆管；北京市全市使用30年以上的自来水管长度占30％，仅1990年就发生25毫米以上自来水管和煤气、热力管线泄漏事故达2500起。
——预应力混凝土管道事故事例：
前面所述主要是金属类管道的腐蚀事故，而钢筋混凝土管道也同样会遭受腐蚀破坏和造成事故。图1是作者亲临现场拍照的输水管预应力钢丝腐蚀断裂的实况，造成混凝土管爆裂、停水事故。
图1 地下预应力混凝土管的腐蚀爆裂
类似的事例并不少见，例如包头市铺设的DN1400预应力钢筋泥凝土管，两年后钢筋锈蚀，断裂造成全线报废；北京市水源八厂在100m距离内曾发生过两次爆管；不久前北京最
繁华的路段东三环京广桥出现了大面积的路面坍塌，造成了周边的交通中断，构成新闻热点，影响颇大。这次事故是由于地下预应力混凝土管道漏水造成的。造成这次管道破坏、污水泄漏的原因是多方面的，但有关专家的分析指出，材质受腐蚀是因素之一。
据报道，我国城市燃气管道总长度已达9万公里，其中煤气管道占54％；天然气管道占37％；液化石油气管道占8％。而北京市各类地下管道的总长度达3.7万公里，管道事故经常发生。随着城市的迅速发展和已有城市地下管道的“老龄化”，腐蚀与城市地下管线的安全，是值得特别重视的。
三、埋地管道腐蚀因素分析
埋地钢质管道发生腐蚀有四大影响因素：即环境、腐蚀防护效果、钢管材质及制造工艺、应力水平。管道的腐蚀是上述诸因素共同作用的结果‘
1.1环境影响
埋地管道所处的环境是引起腐蚀的外因,这些因素包括管道所承受的压力、环境温度、介质类型、介质流速、土壤类型、土壤电阻率、土壤含水量(湿度)、pH值、硫化物含量、氧
化还原电位、杂散电流及干扰电流、微生物、植物根系等。主要发生的腐蚀类型有化学腐蚀、电化学腐蚀、细菌腐蚀等。因此，在选择防腐覆盖层时，必须综合考虑。
(1)化学腐蚀。指金属表面与周围介质发生化学作用而引起的破坏。化学腐蚀又可分为气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。 (2)电化学腐蚀。是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏。管道主要腐蚀是电化学腐蚀。可分为原电池腐蚀和电解腐蚀。原电池腐蚀可分为新旧管线连接、不同金属成分连接、产生微电池、金属物理状态不均匀、由金属表面差异和氧浓度差等引起的。
(3)细菌腐蚀。细菌本身并不侵蚀钢管,但随着它们的生长繁殖,消耗了有机质,最终构成管道严重腐蚀的化学环境而腐蚀管道。细菌腐蚀受土壤含水量、土壤呈中性或酸性、有机质的类型和丰富程度、不可缺少的化学盐类及管道周围的土壤温度等许多因素的影响。其中,当土壤pH值在5-9,温度在25-30℃时最有利于细菌的繁殖。在pH值为6.2-7.8的沼泽地带和洼地中,细菌活动最激烈,当pH值在9以上时,硫酸盐还原菌的活动受到抑制。
1.2腐蚀防护效果影响
腐蚀防护是控制管道是否会发生腐蚀破坏的关键因素。目前管道腐蚀防护采用了双重措施,即防腐覆盖层与阴极保护(外加电流或牺牲阳极、排流)。防腐覆盖层能抵御现场环境腐蚀,保证与钢管牢固粘结,尽可能不出现阴极剥离。一旦发生局部剥离,就必须保证阴极保护电流的畅通,达到防护效果。
1.3钢管的材质与制造因素影响
钢管的材质与制造因素是管道腐蚀的内因,特别是钢材的化学组分与微晶结构,非金属组分含量高,如S、P易发生腐蚀,C、Si易造成脆性开裂。微晶细度等级低,裂纹沿晶粒扩展,易发生开裂,加入微量镍、铜、铬可提高抗腐蚀性。在钢管制造过程中,表面存在缺陷如划痕、凹坑、微裂等,也易造成腐蚀开裂。
1.4使用应力影响
管道操作运行时,输送压力与压力波动是应力腐蚀开裂的重要因素之一。过高的压力使管壁产生过大的使用应力,易使腐蚀裂纹扩展;压力循环波动也易使裂纹扩展。当裂纹扩展达到临界状态时,管道就会发生断裂破坏,甚至引起爆炸(如输气管道)。
四、埋地管道腐蚀的防护方法
2.1改善金属的本质
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的腐蚀。例如,在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。
2.2形成保护层
在金属表面覆盖各种保护层,把被保护金属气腐蚀性介质隔开,是防止金属腐蚀的有效方法。在某作业区1-10月份发生的310条管线穿孔的记录中,其中有19条管线在相同位置发生2次以上穿孔的,占总穿孔管线的62.26%。这部分管线主要是在首次发生穿孔进行点焊补漏后,没有对焊接部位采取防腐措施,此部分呈现金属裸管状态,因此在没有任何保护措施的情况下,极易放生再次腐蚀穿孔。
(1)金属的磷化处理。钢铁制品去油、除锈后,放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡,即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜,这种过程称为磷化处理。
(2)金属的氧化处理。将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中,加热处理,其表面即可形成一层厚度约为0.5至1.5微米的蓝色氧化膜(主要成分为Fe3O4),以达到钢铁防腐蚀的目的,此过程称为发蓝处理(简称发蓝)。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性,不影响零件的精度。故精密仪器和光学仪器的部件,弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。
(3)非金属涂层。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面,比喷漆效果更佳。塑料覆盖层致密光洁。色泽艳丽,兼具防蚀与装饰的双重功能。搪瓷是含SiO2量较高的玻璃瓷釉,有极好的耐腐蚀性能,可作为耐腐蚀非金属涂层,广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。
(4)金属保护层。这是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层,前一种金属称为镀层金属。金属镀层的形成,除电镀、化学镀外,还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。
2.3.改善环境
改善环境对减少和防止金属腐蚀有重要作用。例如,减少腐蚀介质的浓度,除去介质中的氧,
控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。
2.4.电化学保护法
电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施,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,主要有牺牲阳极保护法和外加电流法。某作业区共有各类管道2211条,其中采用牺牲阳极保护的管线237条,在今年1-10月份的管线穿孔记录中采用牺牲阳极保护方式的管线有17条,占总穿孔管线的5.5%,由此可见采用电化学保护措施,对管道的防腐起到了一定的作用。
五、结语
管道腐蚀除了与设计缺陷、施工质量、输送介质及所处的外部环境有关外,还与管理维护有很大的关系。管道施工过程中产生的防腐层缺陷,在投入使用后由于没有对防腐层进行及时检修,使防腐层的早期缺陷在投入运行后就对管道的腐蚀发生作用,由于大部分油田管道未实施阴极保护措施,或保护效果不佳,导致埋地管道在腐蚀层缺陷处过早的发生腐蚀,并演变为
穿孔。这就要求我们在施工监督的过程中要严把质量关。在处理完穿孔管线后要认真做好焊口部位的处理。如①补口材料与管体防腐覆盖层有较好的相容性;②补口接合部应严密粘牢,必要时可作严密性试验;③认真处理补口处的钢管表面,做好补口处的防腐。
更多推荐
腐蚀,管道,发生,金属,事故
发布评论