材料土壤腐蝕站網建設歷史與發展

    我國材料土壤腐蝕試驗站網建設自上世紀五十年代后期開始以來，經歷了初期建設階段（1959 年 -1964 年）、恢復與發展階段（1979年-2000年）、國家平臺建設階段（2001年以后）三個階段。

    1、初期建設階段

    1958 年全國腐蝕試驗網工作啟動，由石油部與科學院應用化學研究所牽頭，成立了土壤腐蝕試驗網建網小組，在1959 年 -1961 年間在全國建立 19 個試驗站，29 個埋藏點。第一批試驗站建設重點放在西北、西南及重點工業城市，包括四川、甘肅、武漢、上海、北京、長春等地，投試材料包括裸露無縫鋼管、石油瀝青涂層無縫鋼管、鉛包電纜、鎧裝電纜、聚氯乙烯電纜。

    1964 年以后，受文化大革命的影響，土壤網大部分試驗工作中斷。

    2、恢復建設與發展階段

    1982 年，全國性的土壤腐蝕試驗重新恢復，為了彌補文革期間缺失的試驗數據，在對具備挖掘條件的埋設點進行搶救性開挖的同時，對破壞的試驗站點進行恢復性建設。1984-1990年新建昆明、百色、鷹潭、廣州、深圳酸性土壤試驗站，并建立了大慶、大港中心站。通過老站開挖、恢復性建設及材料補充投試，使空缺數據逐步得到彌補。在中心試驗站，通過開展動態原位測試，取得了大量的材料腐蝕及環境數據，為土壤腐蝕規律研究提供了基礎數據。

    在土壤腐蝕站網建設中，石油、城建、電信等部門支持起到了至關重要的作用。“七五”至“八五”期間，中石油集團公司根據石油行業需要，組建了石油系統土壤腐蝕站網，建立試驗站點 50 余個，彌補了國家站網建設的不足。

    自“七五”開始，在國家自然科學基金重大項目支持下，圍繞材料土壤環境腐蝕數據積累及腐蝕與防護，開展了一系列研究工作，包括中心試驗站原位測試技術、模擬加速試驗方法、數據庫和數據處理技術、區域土壤腐蝕分級與評價。通過重大基金項目支持，材料土壤腐蝕試驗研究逐步走向深入，試驗設施更加完備，試驗研究方法更加科學規范，試驗數據分析與管理更加有效，為國家野外臺站及共享平臺的建設奠定了基礎。

    3、平臺建設與發展階段

    “十五”以后，根據國家經濟建設的總體布局和西部大開發的要求，土壤腐蝕網制定了新時期建網方案，在我國西部地區典型土壤環境及東北老工業基地建立了一批典型試驗站，進行新材料的投試。2001 年 -2003 年，在科技部公益項目和基礎項目的資助下，開展了我國西部地區材料土壤腐蝕調查，并先后建立了格爾木、庫爾勒、玉門、鷹潭、拉薩、滿洲里材料土壤腐蝕試驗站及廣元光纜材料白蟻試驗站，為后來國家站重點野外臺站建設奠定了基礎。

    2004 年，國家材料腐蝕試驗網的工作納入科技部基礎臺站建設規劃。經過初步篩選，土壤網站有 8 個試驗站納入國家重點站計劃。2006 年，在統一土壤腐蝕試驗規程的基礎上，土壤網完成了成都、鷹潭、大慶、大港、庫爾勒、拉薩、格爾木、沈陽 8 個土壤試驗站的規范化建設。同年 12 月，上述8 個試驗站全部通過國家材料土壤腐蝕站示范站驗收，正式成為第一批掛牌的國家站重點野外臺站。

土壤腐蝕站點分布圖

    材料土壤腐蝕試驗研究成果

    1、典型土壤材料腐蝕一般特征

    （1）碳鋼土壤腐蝕

    不同類型土壤中碳鋼腐蝕存在較大的差異。按自然埋藏試驗取得的碳鋼最大腐蝕速度衡量，土壤中碳鋼最大平均腐蝕率在 0.5-12.0g ／ dm 2 . a 之間，最大孔蝕速度在 0.0-1.5mm ／ a之間。不同土壤中碳鋼試樣的腐蝕差異由土壤的腐蝕性決定。例如，屬于荒漠土的敦煌站，可溶鹽總量、Cl - 、SO 4 2- 含量高，含水率高，鋼鐵腐蝕嚴重。玉門 2# 站、濟南站差異充氣電池引起鋼鐵試件腐蝕較重或穿孔。成都 1#、2# 站發現硫酸鹽還原菌參與腐蝕，造成鋼鐵試件腐蝕穿孔。玉門 1# 站和大慶 1# 站土壤屬灰鈣土和蘇打鹽堿土，Cl - 、SO 4 2- 含量較低，含水高，透氣性差，腐蝕最輕。

    （2）不銹鋼、有色金屬材料土壤腐蝕

    1Cr13 和 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼在酸性和中性土壤中腐蝕比較輕微。在海濱鹽漬土不銹鋼的腐蝕失重明顯增大，且出現嚴重點蝕，1Cr13 埋設 5 年試件的最大點蝕深度達 1.90mm,1Cr18Ni9Ti 的最大點蝕深度為 0.20mm。

    LY11 鋁合金、H62 黃銅土壤腐蝕以不均勻腐蝕為主，以新疆的堿性棕漠土腐蝕最嚴重，鋁合金管埋設 3 年腐蝕開裂，H62 黃銅表面脫鋅腐蝕面積高達 95％。在鷹潭的酸性粘土及成都中性粘土中腐蝕輕微。

    新疆的堿性棕漠土中 LY11 鋁合金和 H62 黃銅發生嚴重與土壤的類型及土壤質地有關，棕漠土質地不均勻 , 顆粒大 , 透氣性好，含鹽量也較高，腐蝕性強，導致LY11鋁合金腐蝕碎裂。

    （3）非金屬材料土壤腐蝕

    中堿性土壤 40 年試驗表明，混凝土抗壓強度未下降，但中性化有不同程度發展。中性化深度粉煤灰混凝土最大33.8mm，高強混凝土最小 3.8mm。預埋鋼筋面積銹蝕率硅酸鹽混凝土最大 30%，礦渣及高強混凝土未見銹蝕。

    內陸鹽土中埋設 8 年后，混凝土材料抗壓強度增長25-102%；28 年后混凝土抗壓強度下降至嚴重膨脹開裂。敦煌站 40 年混凝土中性化深度達到 18-24mm，預埋鋼筋銹蝕率 60-70%。

    酸性土壤中埋設 13 年后，深圳站混凝土材料均腐蝕嚴重，抗壓強度最大降低 16%，混凝土表面起砂，水泥砂漿剝落。

    濱海鹽土中埋設 8 年后，混凝土及鋼筋混凝土材料抗壓強度增長33-90%， 中性化深度4-6mm， 預埋鋼筋沒有出現銹蝕。

    土壤對混凝土的腐蝕類型和嚴重程度取決于混凝土的質量和水泥品種，土壤中所含腐蝕介質。高密實性、高強度混凝土耐蝕性較好。

    （4）電纜材料土壤腐蝕

    裸鉛包電纜腐蝕最嚴重的有長辛店、成都昭覺寺兩個站，埋藏 24 年鉛皮腐蝕穿孔；瀘州陽—井、成都鐵中、瀘州飛機場三個站腐蝕居中位，其他各站腐蝕較輕。

    鉛包鋼帶鎧裝油麻電纜腐蝕最重為濟南、西安氣象臺、玉門鎮三個站，外層鋼帶多處穿孔或斷裂，但鉛皮基本完好。鉛包鋼帶鎧裝油麻電纜可以作為埋式通信電纜使用。

    鉛護套在酸性紅壤中腐蝕最強，西北荒漠土壤腐蝕最輕，中堿性土壤腐蝕介于其間。

    鉛皮在堿性土壤中，由于接觸土壤的松緊程度、透氣程度不同，產生了腐蝕電池。鉛包油麻電纜因油麻腐爛，在厭氧環境中被細菌分解，產生有機酸，使鉛皮遭受腐蝕。

    2.土壤因素對材料腐蝕的影響

    我國土壤性質變異范圍極大，土壤含水率從 3％至飽和（35-40％ ），pH 從 4.6-10.3，電阻率從 0.28 歐米 -1000 歐米以上。Cl - 、SO 4 2- 含量及可溶鹽總量的差別也是很大，Cl -含量 0.001％ -1.56％；SO 4 2- 含量 0.01％ -1.38％，全鹽含量 0.011%-2.803％。根據短期碳鋼管腐蝕速度測定結果 , 土壤性質對碳鋼腐蝕影響存在以下基本特征。

    （1）含水率對碳鋼腐蝕的影響

    含水率對碳鋼腐蝕速度的影響因其范圍而不同。含水率在 3-20％的范圍內，同類土壤中碳鋼腐蝕速度隨含水量減少而明顯降低。含水率在 15-30％時，腐蝕速度與含水量沒有明顯關系。飽和狀態下的漬水土壤，腐蝕速度一般都很低。

    （2）pH 對碳鋼腐蝕速度的影響

    pH 對碳鋼腐蝕速度的影響比較復雜。pH5.7 以下的酸性土壤，其腐蝕狀況比類似條件下的中、堿性土壤嚴重，如貴陽站 2 號坑與 3 號坑僅 pH 存在差異，結果 pH5.0 的 2 號坑中碳鋼腐蝕狀況遠比 pH6.5 的 3 號坑嚴重。pH6.0-10.3對碳鋼腐蝕速度沒有明顯影響。

    （3）土壤電阻率對碳鋼腐蝕速度的影響

    從全國 33 個站、多種土類的大范圍分析，電阻率與碳鋼管腐蝕速度之間不存在明顯關系。但在性質比較接近的土類，特別是同一地區、同類土壤、腐蝕速度與電阻率之間存在較好的相關性。因此，工程上用土壤電阻率作為確定防腐等級的指標有其合理性。

    （4）Cl - 、全鹽總量對碳鋼腐蝕速度的影響

    Cl - 、 全鹽總量對碳鋼腐蝕速度的影響程度受含水率制約。當含水率在 10-20％以上而又未達飽和時，Cl - 、全鹽率與碳鋼腐蝕速度成正相關；但含水率很低或飽和時，無論 Cl - 與全鹽量多高，其腐蝕速度都很低。

（接下）

（接上）

大慶油田（長垣）土壤腐蝕性分級圖

     3、土壤中的微生物對材料腐蝕影響

    （1）土壤中腐蝕微生物分布及影響因素

    13 個老站的中、堿性土壤微生物菌量分析表明，各站、不同腐蝕菌菌量差異懸殊。異養菌達最高達 10 6 ／克。中性SOB 最高 10 2 ／克土；嗜酸 SOB 僅長辛店、濟南、貴陽、三峽站出現。真菌最高達到 10 2 ／克土。SRB 最高超過 10 4 ／克土。土壤中腐蝕菌菌量主要受土壤中可提供菌 C 源的有機物和提供合成蛋白質的 N 源含量影響。

    （2）裸鋼微生物腐蝕分析

    根據碳鋼腐蝕測定結果，腐蝕程度從低到高的順序是：張掖、冷湖、長辛店、南充、西安 （1）、西安 （2）、瀘州 （1）、三峽、貴陽、濟南、成都 （2）、玉門、敦煌站。這種差異僅從國際上通用的土壤電阻率、Eh、含水量、pH 來評定缺乏普遍的相關性。 從菌量比值、 硫化物產物及局部坑蝕形貌分析發現，三峽、貴陽、玉門、敦煌、張掖、南充、成都 （2）、濟南、長辛店站等 9 個腐蝕嚴重的站中都存在有微生物促進腐蝕過程，占試驗站總數 75％，占嚴重腐蝕站數 85％。

    4、工業地區區域土壤腐蝕性評價

    應用土壤腐蝕試驗方法， 結合工業建設需求， 在遼寧， 大慶、大港、新疆及四川油田等地區，開展了區域土壤腐蝕性評價及分級，根據短期埋藏試驗，結合土壤數據分析，實現不同區域土壤腐蝕性等級的評定，為工程設計方案優化提供了依據。

    土壤腐蝕研究成果應用

    1、土壤腐蝕試驗數據在國家重大工程建設中的應用

    土壤腐蝕試驗研究成果持續為國家重大工程建設決策提供支持。1993 年三峽站開挖取得了 33 年金屬及混凝土材料的腐蝕數據，為三峽大壩水利樞紐工程建設方案的確定提供決策依據。2001 年 13 個土壤站的碳鋼腐蝕數據提供給中國石油天然氣集團公司石油管材研究所，使“西氣東輸”工程管道安全性預評價有堅實的數據支撐。電纜、光纜土壤腐蝕研究成果提供給成都電纜廠、廣州電信局等，為合理選材、用材提供了科學依據。濱海鹽土鋼筋混凝土試驗數據，為山東壽光堿廠建設中的鋼筋混凝土的選材方案提供決策依據，確保堿廠基建工程質量。

    2、土壤腐蝕試驗數據在國標及行業標準制修訂中的應用

    在電纜外護層國家標準修訂中，依據鉛包鋼帶鎧裝油麻外被電纜的腐蝕數據，淘汰了油麻外被及裸鋼金屬護層，取消了21 型、31 型等 6 個型號。根據尼龍 12 材料腐蝕數據，制定了YD/T 1020 通信電纜、光纜用防白蟻材料特性行業標準。

    3、土壤腐蝕試驗及測量技術在科學試驗及工業檢測中的應用

    土壤腐蝕研究過程中，形成了一大批具有自主知識產權的土壤腐蝕試驗和測量技術，包括土壤腐蝕野外測試組合儀、交流阻抗法土壤腐蝕性測定儀、土壤腐蝕環境加速實驗裝置等，目前已經在國內科研及工業領域中得到廣泛應用。

    土壤腐蝕站網建設思路和建議

    1、圍繞國家經濟建設需求，做好站網建設規劃，優化站網布局

    隨著我國經濟建設的不斷推進，國家整體和區域經濟發展戰略，不斷為我國的材料環境腐蝕研究提供新的研究課題。土壤腐蝕站網建設應密切關注國家的中長遠經濟發展規劃，包括能源、信息和交通規劃，認真分析國家及地區層面經濟建設需求，提前做好布局，使國家材料土壤腐蝕試驗能夠繼續為我國經濟建設提供服務。

    2、面向社會需求，完善試驗研究手段，進一步增強服務能力和水平

    隨著國家創新驅動發展戰略持續推進，全民創新推動經濟向高層次發展將是我國經濟建設的一大特色，新材料、新工藝的研發與應用，將給材料環境腐蝕研究提供更多的挑戰和機會。土壤腐蝕站網建設應進一步完善試驗研究手段，包括極端環境模擬試驗、材料環境適應性快速評價試驗等，增強服務能力和技術水平。

    3.持續開展數據積累，保持站網活力

    現場試驗數據是經過幾代人幾十年持續努力，逐步積累起來的，是我國材料自然環境腐蝕研究取得的最重要的成果，通過其他研究手段無法獲得。為了保持網站持續產生新數據的能力，在站網建設的新時期，應繼續進行針對性的材料投試，不斷產生新的試驗數據，維持站網創新源泉和活力。 

    作者簡介

    李雙林，理學碩士，高級工程師，現在大慶油田工程有限公司工作，主要從事油田腐蝕與防護技術研究。