長輸天然氣管道在運(yùn)行中與輸送介質(zhì)發(fā)生內(nèi)腐蝕，同時外壁與土壤大氣分別發(fā)生土壤腐蝕和大氣腐蝕。天然氣管道腐蝕的破壞形態(tài)包括全面腐蝕和局部腐蝕， 全面腐蝕是一種常見的腐蝕形態(tài)， 包括均勻全面腐蝕和不均勻全面腐蝕。局部腐蝕又可以分為點(diǎn)腐蝕（孔蝕）、縫隙腐蝕和疲勞腐蝕等。因?yàn)楦g類型不同對應(yīng)的防護(hù)措施也不一樣。

1  天然氣管道的內(nèi)腐蝕

內(nèi)壁腐蝕是由于天然氣中殘存的水分、和、等酸性氣體造成的類似原電池的電化學(xué)反應(yīng)和破壞金屬晶格的化學(xué)反應(yīng)。這兩種反應(yīng)都造成管壁疏松、脫落以致穿孔，不能再承受壓力和輸送天然氣。

金屬的電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與導(dǎo)電離子的介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞，任何一種按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的腐蝕反應(yīng)至少包含一個陽極反應(yīng)和一個陰極反應(yīng)，并以流過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流聯(lián)系在一起。陽極反應(yīng)是金屬離子從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中和放出電子的過程，即陽極氧化過程。相對應(yīng)的陰極反應(yīng)便是介質(zhì)中氧化劑組分吸收來自陽極的電子的還原過程。天然氣管道輸送的介質(zhì)中含有H₂S、CO₂溶于水，生成酸，碳鋼在酸中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)腐蝕，在陽極區(qū)鐵被氧化為Fe²⁺離子，所放出的電子自陽極（Fe）流至鋼中的陰極（Fe3C）上被H+吸收而被還原成氫氣，即：

陽極氧化反應(yīng)：Fe → Fe²⁺ + 2e

陰極還原反應(yīng)：2H ⁺ 2e → H₂↑

總的反應(yīng)：Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂↑

2  天然氣管道的外腐蝕

2.1 土壤腐蝕

運(yùn)輸管道的排放，大多數(shù)在土壤之中。而天然氣在開采和輸送中大量地應(yīng)用了鋼質(zhì)管道，一般埋地鋼質(zhì)管道在土壤作用下常發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕穿孔， 造成油氣的跑、冒、滴、漏。不但造成經(jīng)濟(jì)損失，而且可以引起爆炸、起火、污染環(huán)境等。正確地評價土壤的腐蝕性， 對正確地選擇防腐措施有著十分重要的意義。

2.1.1 土壤腐蝕特點(diǎn)

由于土壤具有多相性和不均勻性， 并且具有很多微孔可以滲透水及氣體， 因此不同土壤具有不同的腐蝕性， 又由于土壤具有相對的穩(wěn)定性， 使得土壤腐蝕和其他電化學(xué)腐蝕過程不同。在土壤中， 氧的傳遞通過土壤孔隙輸送， 其傳送速度取決于土壤的結(jié)構(gòu)和濕度， 在不同的土壤中氧的滲透率會有很大差別。在土壤中除具有可能生成的多相組織不均性有關(guān)的腐蝕微電池外， 還會因土壤介質(zhì)的宏觀差別而造成宏腐蝕電池。宏腐蝕電池的種類有：

（1） 長距離輸油管道穿越不同土壤形成的宏腐蝕電池。

（2） 管體不同材料差異埋在土壤中產(chǎn)生的宏腐蝕電池。

（3） 由于管道埋深不同， 上、下部土壤的密實(shí)性， 含氧等差別造成管道上下部電極電位不同形成宏腐蝕電池。

2.1.2土壤腐蝕的影響因素

（1） 土壤性質(zhì)：土壤的固體顆粒含有砂子，灰，泥渣和植物腐爛后形成的腐殖土，土壤有各種不同的形狀：粒狀，塊狀，和片狀，事實(shí)上，多數(shù)土壤是無機(jī)的和有機(jī)的膠質(zhì)混合顆粒的集合，在這個集合體中還具有許多彎彎曲曲的微孔（毛細(xì)管），土壤中的水分和空氣可以通過這些微孔到達(dá)土壤的深處，并且土壤還具有生物學(xué)的活性。土壤的孔隙度、含水量、含氧量、電阻率、pH 值以及含鹽量、所含微生物等對土壤的腐蝕性有極大影響。

a） 孔隙度的影響：土壤的孔隙有利于氧氣的滲入和水分保存， 孔隙度越大管道腐蝕越嚴(yán)重。

b） 土壤中含水量的影響：土壤中的水分有些與土壤的組分結(jié)合在一起，有些緊緊粘附在固體顆粒的周圍，有些可以在微孔中流動，鹽類溶解在這些水中，土壤就成了電解質(zhì)，土壤的導(dǎo)電性與土壤的干濕程度及含鹽量有關(guān)，土壤愈干燥，含鹽量愈少，其電阻就愈大，土壤愈潮濕，含鹽量愈多，電阻就愈小，干燥和少鹽的土壤電阻率往往高于10000歐姆·厘米，而潮濕含鹽的土壤，電阻率能低于500歐姆·厘米，土壤的腐蝕往往與電阻率有密切的關(guān)系。

c） 土壤中的氧：土壤中的氧氣，有一些溶解在水中，有些存在于土壤的毛細(xì)管和縫隙內(nèi)，兩者對金屬在土壤中的腐蝕都有影響，土壤中的氧含量與土壤的濕度和結(jié)構(gòu)都有密切的關(guān)系，在干燥的砂土中，因?yàn)檠醣容^容易通過，所以氧含量較多，在潮濕的砂土中，因?yàn)檠踺^難通過，氧量較少，而在潮濕密實(shí)的粘土中，因?yàn)檠跬ㄟ^非常困難，所以氧量最少，濕度不同和結(jié)構(gòu)不同的土壤中，氧量相差可達(dá)幾萬倍，這種充氣不均勻，正是造成氧濃差電池腐蝕的原因。

d）電阻率的影響：土壤電阻率與土壤的含水量、含鹽量、孔隙度等很多因素有關(guān)， 土壤電阻率越小腐蝕速率越高。

e） pH 值的影響：大多數(shù)土壤是中性的，pH值在6-7，有的土壤是堿性的，如堿性的砂質(zhì)粘土和鹽堿土，PH值在7.5-9.5，也有一些土壤是酸性的，如腐植土和沼澤土，pH值在3-6。我國大部分土壤屬中性， pH 值在6～ 8 之間， 隨著pH 值的降低腐蝕速率增加[[ii]]。

f） 含鹽量的影響。一般土壤中的含鹽量為0.0088%～ 0.15% , 土壤中含鹽量越大電導(dǎo)率也越大， 從而提高土壤的腐蝕性。當(dāng)土壤中含CaCO₃時， 其腐蝕速率隨CaCO₃含量的增加而降低。

g）土壤中的微生物；微生物對金屬的腐蝕也有很大的影響，其中最重要的是厭氧的硫酸鹽還原菌，硫桿菌和鐵桿菌（好氧的細(xì)菌）。

（2） 雜散電流的影響：電車、電氣化鐵路、以接地為回路的輸配電系統(tǒng)、電解裝置等， 在其規(guī)定的電路中流動的電流， 其中一部分自回路中流出， 流入大地、水等環(huán)境中， 形成了雜散電流。當(dāng)環(huán)境中存在埋地管線或金屬構(gòu)筑物時， 雜散電流的一部分又可能流入、流出埋地管線或金屬構(gòu)筑物， 產(chǎn)生干擾腐蝕。根據(jù)腐蝕干擾源的不同， 可分為直流干擾和交流干擾。雜散電流腐蝕程度， 要比一般的土壤腐蝕劇烈得多。

（3） 溫度的影響：溫度對腐蝕速度有很大影響， 一般來講， 溫度每升高20℃， 腐蝕速度加快一倍。

2.1.3土壤腐蝕常見的幾種形式

（1）由于充氣不均勻引起的腐蝕

當(dāng)管道埋設(shè)通過結(jié)構(gòu)不同和潮濕程度不同的土壤時（如通過砂土?xí)r），由于充氣不均形成氧濃差電池的腐蝕，處在砂土中的金屬部分，由于氧容易滲入，電位高，成為陰極，而處在粘土中的金屬部分，由于缺氧，成為陽極，它們之間構(gòu)成氧濃差電池，而使粘土中的金屬部分遭到腐蝕，同樣，埋在地下的管道（特別是水平埋放直徑較大的管子），由于各處深度不同，也會構(gòu)成氧濃差電池，埋得較深的地方（如在管子的下部），由于氧到達(dá)困難，便成為陽極區(qū)，腐蝕就往往是發(fā)生在這個區(qū)域。必須注意的是：如果僅僅是微電池作用引起的腐蝕其結(jié)論則與上述情況完全相反，在粘土中，由于氧進(jìn)入較為困難，氧去極化過程較難，所以腐蝕也就較慢，而在土壤中，氧容易滲入，氧去極化過程容易，所以腐蝕就較快。

（2）由雜散電流引起的腐蝕

雜散電流是一種漏電現(xiàn)象，在土壤的腐蝕中，防止它引起的腐蝕有很大的實(shí)際意義，雜散電流是由直流電源（如電氣火車，有軌電車，電焊機(jī)，點(diǎn)解槽，電化學(xué)保護(hù)等）設(shè)備漏失出來的電流，一些地下設(shè)備，地下管道，電纜和混凝土的鋼筋等都容易因這種雜散電流引起腐蝕，直流電往往從路軌漏到地下，進(jìn)入地下管道某處，再從管道的另一處流出而回到路軌，雜散電流從管道流出的地方，成為腐蝕電池的陽極區(qū)，腐蝕破壞就發(fā)生在這個地方，如下圖所示，金屬的損失量與流過的雜散電流的電量成正比，符合法拉第定律，經(jīng)計算：一安培電流流過一年就相當(dāng)于約九公斤的鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕而被溶解掉了，可見雜散電流引起的腐蝕也是相當(dāng)嚴(yán)重的。

（3）由于微生物引起的腐蝕

對于腐蝕有作用的細(xì)菌不多，其中最重要的是硫桿菌和硫酸鹽還原菌（厭氧菌）。硫桿菌有排硫桿菌和氧化硫桿菌兩種，這種細(xì)菌最適宜存在的溫度為25-30度，當(dāng)溫度高到55度以上時，就無法生存，在地下管道附近，由于污物發(fā)酵結(jié)果產(chǎn)生硫代硫酸鹽，排硫桿菌就在其上大量繁殖，產(chǎn)生元素硫，緊接著，氧化硫桿菌將元素硫氧化成硫酸，造成對金屬的嚴(yán)重腐蝕。（2）硫酸鹽還原菌（厭氧菌） 如果土壤中非常缺氧，而且又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(jìn)行的，但是，對于含有硫酸鹽的土壤，如果有硫酸鹽還原菌存在，腐蝕不但能順利進(jìn)行，而且更加嚴(yán)重，主要是由于生物的催化作用，使腐蝕過程的陰極去極化反應(yīng)得以進(jìn)行，從而大大加速了腐蝕。細(xì)菌腐蝕并非它本身對金屬的侵蝕作用，而是細(xì)菌生命活動的結(jié)構(gòu)間接地對金屬腐蝕的電化學(xué)過程產(chǎn)生影響，主要以下述四種發(fā)生影響腐蝕過程：新城代謝產(chǎn)物的腐蝕作用細(xì)菌能產(chǎn)生某些具有腐蝕性的代謝產(chǎn)物，如硫酸，有機(jī)酸和硫化物等；生命活動影響電極反應(yīng)的動力學(xué)過程；改變金屬所處環(huán)境的狀況；破壞金屬表面有保護(hù)性的非金屬覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性。

2.2大氣腐蝕

由大氣中的水、氧、酸性污染物等物質(zhì)的作用而引起的腐蝕， 稱為大氣腐蝕。鋼鐵在大氣自然環(huán)境中生銹， 就是一種最常見的大氣腐蝕現(xiàn)象。通常所說的大氣腐蝕， 就是指金屬材料在常溫下潮濕空氣中的腐蝕。

2.2.1大氣腐蝕特征

一般地講， 鋼材在大氣條件下， 遭受大氣腐蝕有三種類型。

（1）干燥的大氣腐蝕。此時大氣中基本沒有水汽， 普通金屬在室溫下產(chǎn)生不可見的氧化膜，鋼鐵的表面將保持著光澤。

（2）潮濕的大氣腐蝕。是指金屬在肉眼看不見的薄膜層下所發(fā)生的腐蝕。大氣條件下鋼材的腐蝕實(shí)質(zhì)上是水膜下的電化學(xué)腐蝕。此時大氣中存在著水汽， 當(dāng)水汽濃度超過臨界濕度（鐵的臨界濕度約為65% , 某些鎳的腐蝕產(chǎn)物臨界濕度約為85% , 而銅的腐蝕產(chǎn)物臨界濕度接近100% ） , 相對濕度低于100% 時， 金屬表面有很薄的一層水膜存在， 就會發(fā)生均勻腐蝕。若大氣中有酸性污染物CO₂、H₂S、SO₂ 等， 腐蝕顯著加快。

（3）可見液膜下的大氣腐蝕。指空氣中的相對濕度為100% 左右或在雨中及其他水溶液中產(chǎn)生的腐蝕。此時， 水分在金屬表面上已成液滴凝聚， 存在肉眼看得見的水膜。

2.2.2大氣腐蝕的影響因素

（1）水的影響。在大氣環(huán)境下對鋼材起腐蝕作用的物質(zhì)中， 水是主要因素（一般地講濕度越大， 腐蝕性就越強(qiáng)）。其腐蝕原理概述如下：

a）水是一種電解質(zhì)， 而且還能溶解大量的離子， 從而引起金屬的腐蝕。

b） 水可離解成H⁺ 和OH^-, pH值的不同對金屬和氧化物的溶解腐蝕具有明顯的影響。

（2） SO₂的影響。SO₂在大氣中被氧化成SO₃，與水結(jié)合生成H₂SO₄，與鋼鐵產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致腐蝕。在受工業(yè)廢氣污染地區(qū)， SO₂ 對鋼材腐蝕的影響最為嚴(yán)重。以石油、天然氣、煤為燃料的廢氣中含有大量的SO₂, 鋼材的腐蝕速率隨大氣中的SO₂含量的增加而增加。