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一文帶你詳細了解油氣管道腐蝕

2019-01-18 11:35:08 作者：《油氣長輸管道防腐蝕工程現場質量控制與檢測技術》編委會來源：《油氣長輸管道防腐蝕工程現場質量控制與檢測技術》分享至：

油氣管道腐蝕受到外部環境、輸送介質等因素的影響。本節重點介紹土壤腐蝕、雜散電流腐蝕、大氣腐蝕以及油氣管道內腐蝕。

一、土壤腐蝕

油氣長輸管道80%～90%處于埋地狀態，土壤中腐蝕性成分的含量、雜散電流以及細菌等直接影響到管道的腐蝕速率。

1埋地管道腐蝕的原因

1）土壤是一種特殊的電解質土壤由固態、液態、氣態三相物質組成。土壤顆粒組成的固體骨架中充滿著空氣、水和不同的鹽類，其中水分和可溶性鹽類的存在使土壤能進行離子導電，具有電解質溶液的特征，因而金屬在土壤中將發生電化學腐蝕。

2）雜散電流的存在由于工業和民用用電有意、無意地排入或漏泄至大地，土壤中有雜散電流流入管道，因而發生電解作用，電解池的陽極是遭受腐蝕部位。

3）土壤中細菌的作用土壤中由于細菌作用而引起的腐蝕，稱為細菌腐蝕（或微生物腐蝕），它是埋地管道腐蝕的原因之一。

2影響土壤腐蝕的因素

土壤的腐蝕性主要受到含鹽量、含水量、含氧量、細菌、電阻率等因素的影響。

1）含鹽量

土壤中含有多種礦物鹽，其可溶鹽的含量與成分是影響電解質溶液導電性的主要因素，有些甚至成分還參與電化學反應，從而對土壤腐蝕性產生一定的影響。一般，土壤中可溶鹽的含量都在2%以內，很少超過5%。土壤中分布最廣的是含鎂、鉀、鈉、鈣元素的鹽類。因為Cl-和SO42-的鐵鹽大都是可溶鹽，所以氯離子和硫酸根離子含量越大，土壤腐蝕性越強。

2）含水量

土壤中總是有一定量的水分，含水量不同，土壤的腐蝕性不同。

（1）土壤含水量很低時，腐蝕性一般不大；（2）含水量增加，電解質溶液增多，腐蝕原電池回路電阻減小，腐蝕速度增大；（3）含水量增加到一定程度，土壤中的可溶鹽已全部溶解，隨著含水量的增加，不再有新的鹽分溶解，腐蝕速度不再有較大的變化。

3）含氧量

O2是金屬腐蝕的去極化劑，其存在，可以加速金屬的腐蝕。土壤中含氧量增加，可以減小陰極反應所受阻力，增加腐蝕電池的腐蝕電流，即提高腐蝕速度。土壤中含氧量的大小與土壤的深度、結構、滲透性、含水量、溫度和生物活動等因素有關。在通常情況下，干燥疏松的土壤，含氧量較高；沼澤土和黏性較強的土壤，含氧量較低。

4）細菌

如前所述，一般情況下含氧量越大，土壤腐蝕性越強。但是在某些缺氧的土壤中仍發現存在嚴重的腐蝕，這是因為有細菌參加了腐蝕過程。土壤中與金屬腐蝕有關的細菌主要是硫酸鹽還原菌。

硫酸鹽還原菌屬于厭氧性細菌，即只有在缺氧或無氧的條件下才能生存。如果土壤中非常缺氧，而且有不存在氧濃差電池及雜散電流等腐蝕大電池時，腐蝕過程是很難進行的。但是，對于含有硫酸鹽的土壤，如果有硫酸鹽還原菌的存在，腐蝕不但能順利進行，而且更加嚴重。

細菌腐蝕并非它本身對金屬的侵蝕作用，而是細菌生命活動的結果間接地對金屬腐蝕的電化學過程產生影響。

主要以下述4種方式影響腐蝕過程：

（1）新陳代謝產物的腐蝕作用。

硫酸鹽還原菌新陳代謝過程中產生的硫化物，可以促進金屬的腐蝕。

（2）生命活動影響電極反應的動力學過程。

硫酸鹽還原菌的活動過程對腐蝕電池的陰極過程能起到促進作用。

（3）改變金屬所處環境的狀況。

細菌的存在，可以改變金屬表面的氧濃度、鹽濃度，pH值等，使金屬表面形成局部腐蝕電池。

（4）破壞金屬表面存保護性的防腐層或緩蝕劑的穩定性。

在土壤中含有硫酸鹽時，缺氧的情況下，硫酸鹽還原菌會繁殖起來。當土壤pH值在5～9、溫度為25～30℃時，最有利于細菌繁殖。在pH值為6.2～7.9的沼澤地和洼地中，細菌活動最劇烈。當pH值達到9以上時，硫酸鹽還原菌的活動受到抑制。

5）電阻率

土壤電阻率是表示土壤導電能力的指標。在其他條件相同的情況下，土壤電阻率越小，土壤腐蝕性越強；土壤電阻率越大，土壤腐蝕性越弱。

3土壤腐蝕性評價

1）綜合評價

由以上分析可見土壤的腐蝕性受到含氧量、含水量等各種因素的影響。因此，國外常采用綜合評價的方法來判斷土壤的腐蝕性，即對上述各因素進行單項測定，對每個指標給出一個評價指數，然后再根據各指標的評價指數的代數和來判斷土壤的腐蝕性。顯然，綜合評價能詳細考慮各種因素的影響，具有一定的科學性和正確性，但是測量及計算工作較繁瑣。在實際應用中也可采用下面兩種方法來評價土壤的腐蝕性。

2）土壤電阻率評價法

根據土壤電阻率判定土壤腐蝕性簡單明了，較為常用。參考GB/T 21447—2008《鋼質管道外腐蝕控制規程》，一般地區土壤腐蝕性可根據土壤電阻率，按照表1-4規定進行分級。

表1-4 一般地區土壤腐蝕性分級

3）腐蝕電流密度評價法與平均腐蝕速率評價法可采用原位極化法由便攜式土壤腐蝕測量儀測取土壤腐蝕電流密度來評價土壤腐蝕性，也可通過檢查片測出的平均腐蝕速率來評價土壤的腐蝕性。GB/T 21447—2008《鋼質管道外腐蝕控制規程》和SY/T 0087.1—2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼制管道外腐蝕直接評價》，都規定了腐蝕電流密度評價指標與平均腐蝕速率評價指標，具體數值見表1-5。

表1-5 土壤腐蝕性評價指標

4土壤腐蝕的特點

（1）由于土壤性質及其結構的不均勻性，不僅在小塊土壤內形成腐蝕電池，因不同土壤交接而形成的宏觀腐蝕電池可能長達數十千米遠。

（2）除酸性土壤外，大多數土壤中管道腐蝕的主要形式是氧濃差電池引起的腐蝕。

（3）金屬在土壤中的腐蝕速度比溶液中慢，特別是土壤電阻率對腐蝕速度影響較大，有時成為腐蝕速度的主要控制因素。

二、雜散電流腐蝕

（一）雜散電流腐蝕的定義

雜散電流是指沒有按照規定回路流動的電流。這部分電流，從規定電路某處流出，流入大地、水等環境中，再從另外的地方流回規定電路。如果在雜散電流流動的地方，埋有地下金屬構件（如油氣管道）時，雜散電流就會從金屬構件上流入和流出，流入處形成陰極區，流出處形成陽極區，金屬產生腐蝕。通常把這種腐蝕稱為雜散電流腐蝕，或干擾腐蝕。產生雜散電流的電路、設備或設施稱為干擾源，受其影響的金屬體則稱為被干擾體。

（二）雜散電流的分類

雜散電流根據干擾源所產生的干擾電流特性的不同，可將雜散電流干擾分為交流干擾、直流干擾和大地中自然存在的地電流；也可根據干擾電流是否隨時間發生變化，將雜散電流干擾分為動態干擾雜散電流和靜態干擾雜散電流。

直流雜散電流的干擾源主要有直流電氣化鐵路、電解設備、電焊機、直流輸電線路，交流雜散電流的干擾源主要有交流電氣化鐵路、交流輸配電線路及其系統等。

大地中存在的自然的地電流，主要是由地磁場的變化感應出來的。地電流對埋地管道的影響與地質條件有關，有時很輕微，有時卻十分明顯。

（三）雜散電流腐蝕特點

1. 強度大、危害大金屬的自然腐蝕大部分屬于原電池腐蝕機理，原電池腐蝕的驅動電位只有幾百毫伏，所產生的腐蝕電流不過幾十毫安。而雜散電流腐蝕則是電解池原理，即外來的電流造成了金屬的腐蝕。腐蝕量與雜散電流強度成正比，服從法拉第電解定律。例如，壁厚為7～8mm的鋼管，在雜散電流的作用下，4～5個月即可發生腐蝕穿孔。

2. 范圍廣、隨機性強雜散電流的作用范圍大，其影響可達幾千米、幾十千米，這與引起雜散電流的外部電流有關。雜散電流的發生又常常是隨機而變的，無論從電流方向上，還是電流強度上，都是隨外界各種因素而變化的，如電力設施的負載情況、軌道的連接絕緣狀況、管道的絕緣層狀況等。這給雜散電流的測量，排除帶來很大的困難。

三、大氣腐蝕

位于大氣環境中的管道，如跨越管段及站場地上管道，其腐蝕均屬于大氣腐蝕。

1大氣腐蝕的類型及特點

金屬表面的潮濕程度是決定大氣腐蝕的主要因素。所以人們經常按照金屬表面的潮濕程度將大氣腐蝕分成干的大氣腐蝕、潮的大氣腐蝕、濕的大氣腐蝕幾個類型。

1）干的大氣腐蝕

在這種情況下，大氣中基本上沒有水汽，屬于金屬表面上完全沒有水膜時的大氣腐蝕。這類腐蝕比較簡單，腐蝕速度小，破壞性也小得多，主要是純化學作用引起的。

2）潮的大氣腐蝕

當金屬表面粗糙或者金屬表面上有灰塵、縫隙或腐蝕產物時，即使空氣的相對濕度低于100%，由于毛細凝聚現象，水汽也會凝聚在低凹的地方或固體顆粒之間的縫隙處，形成很薄的水膜。這層水膜起著電解質的作用，會引起嚴重的電化學腐蝕，這種類型的腐蝕稱為潮的大氣腐蝕。

3）濕的大氣腐蝕

在這種情況下，水分在金屬表面上已成液滴凝聚，存在著肉眼可見的水膜。當空氣中的相對濕度為100%或者當雨水直接落在金屬表面上時，就發生這類腐蝕。此時金屬的腐蝕相當于完全沉浸在電解液中的腐蝕情況。

實際情況下，以上3種形式的大氣腐蝕并非總是區分得很清楚，且存在著一種腐蝕形式與另一種腐蝕形式相互轉換的可能性。

2大氣腐蝕影響因素

1）氣候因素

（1）大氣的相對濕度。

大氣的相對濕度是影響大氣腐蝕的主要因素。金屬表面水膜的厚度和干濕交替的頻率與大氣相對濕度有關。圖1-10是金屬表面的水膜與腐蝕速度的關系曲線。

圖1-10 金屬表面水膜與腐蝕速度的關系曲線

圖中區域I，膜非常薄，相當于干的大氣腐蝕，腐蝕速度很小，屬于由化學作用引起的腐蝕。區域Ⅱ，金屬表面的水膜逐漸加厚，具備了電解質溶液的特點，發生電化學腐蝕，腐蝕速度隨膜的增厚而逐漸增加，相當于潮的大氣腐蝕。區域Ⅲ，金屬表面的水膜繼續增厚，參加陰極反應的氧通過水膜越來越困難，金屬腐蝕速度下降。區域Ⅳ，氧通過液膜有效擴散層的厚度已經基本上不隨液膜厚度的增加而增加了，所以腐蝕速度只是稍微下降了一點，這一區域相當于全沉浸在電解質溶液中的腐蝕情況。

（2）表面潤濕時間。

表面潤濕時間越長，金屬表面發生電化學腐蝕的時間越長，腐蝕總量越大。

（3）日照。

日照時間長，高分子材料老化速度快，但對金屬材料而言，日照對腐蝕的促進作用不很明顯。相反，日照時間會導致金屬表面水膜厚度的降低甚至消失，降低表面潤濕時間，使腐蝕總量減少。

（4）氣溫。

氣溫影響著金屬表面水蒸氣的凝聚、水膜中各種腐蝕氣體和鹽類的溶解度、水膜的電阻以及腐蝕電池中陰極、陽極的反應速度。

（5）降雨。

降雨可以增大大氣的相對濕度，延長金屬表面的潤濕時間，破壞腐蝕產物的保護性，加速金屬的腐蝕。同時，降雨也能沖洗掉金屬表面的污染物和灰塵，降低液膜的腐蝕性而減緩腐蝕速度。

此外，工業大氣中的雨水還會溶解空氣中的污染物，促進腐蝕過程的進行。

（6）風向與風速。

在有污染源的環境中，風向影響著污染物的傳播，直接關系到腐蝕速度。風速對金屬表面液膜的干濕交替頻率有一定的影響，風沙環境中風速過大還會引起金屬表面的磨蝕。

（7）降塵。