金屬管道的腐蝕與防護

成書普 甄楊楊

摘 要：本文主要簡述了金屬管道腐蝕的幾種形態(tài)、產(chǎn)生腐蝕的主要原因以及防治腐蝕的幾種常見方法。

關(guān)鍵詞：腐蝕；管道；防護

1 金屬腐蝕的定義及危害

金屬的腐蝕是金屬在環(huán)境作用下引起的金屬材料的破壞和變質(zhì)。當然金屬腐蝕的定義還有其他的描述形式，但本質(zhì)都是一樣的。所謂的環(huán)境是指金屬材料接觸的工作環(huán)境，不僅大氣、土壤、海水、酸、堿、鹽等各種電解質(zhì)溶液是腐蝕環(huán)境，非電解質(zhì)溶液，甚至苯、醚等非極性的有機溶劑也可能成為腐蝕的介質(zhì)；不僅化學和電化學作用能引起腐蝕，物理作用、生物作用以及機械載荷也可能成為產(chǎn)生腐蝕的原因。

腐蝕所造成的危害非常嚴重，不僅會帶來巨大的經(jīng)濟損失、造成資源和能源的浪費，而且還可能會造成對環(huán)境的污染、引發(fā)意想不到的災(zāi)難事故。因此，對金屬管道腐蝕的防治刻不容緩、是非常必要的。

2 腐蝕的形態(tài)

金屬管道在不同的工作環(huán)境下，由于所接觸的腐蝕介質(zhì)不同，產(chǎn)生的腐蝕形態(tài)也不盡相同。金屬按其腐蝕的形態(tài)可以分為全面腐蝕和局部腐蝕。局部腐蝕又可分為小孔腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等。微生物和水生物作用下的生物腐蝕也屬于局部腐蝕。此外，當有應(yīng)力存在時腐蝕和應(yīng)力協(xié)同作用，將引起應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞及磨損腐蝕等的腐蝕斷裂問題。

（1）全面腐蝕

全面腐蝕是腐蝕分布在整個金屬表面，結(jié)果使金屬構(gòu)件截面尺寸減小，直至完全破壞。純金屬及組分均勻的合金在均勻的環(huán)境介質(zhì)中表現(xiàn)出全面腐蝕。如鋼鐵設(shè)備在水溶液和普通大氣中所發(fā)生的腐蝕。全面腐蝕的電化學過程特點是腐蝕電池的陰極和陽極面積尺寸很小且緊密相連，甚至用微觀手段也很難分辨。

（2）局部腐蝕

a） 小孔腐蝕。在金屬表面局部地區(qū)出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，而其余地區(qū)不被腐蝕或者只有很輕微的腐蝕，這種腐蝕稱為小孔腐蝕，簡稱孔蝕或點蝕。由于鋼鐵管道內(nèi)外表面會出現(xiàn)不同程度的凸起和洼坑，不易形成連續(xù)緊密的氧化膜，在膜的缺陷處容易產(chǎn)生小孔腐蝕。當鋼鐵表面的防護成遭到破壞或存在針孔或破損點時容易產(chǎn)生孔蝕?？孜g一旦形成具有深挖能力，可沿重力方向或橫向快速進行腐蝕，直至穿孔。通?？孜g小而深，孔徑只有幾十微米，小于其深度，其具有不同形態(tài)形式，分布也不均勻?？孜g還能引發(fā)應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等其他形式的局部腐蝕。

b） 縫隙腐蝕。金屬部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或者金屬與非金屬之間存在特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯留狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬加速腐蝕的現(xiàn)象稱為縫隙腐蝕。在管道與管道的連接處或者有裂縫的管道上容易產(chǎn)生縫隙腐蝕。在剛開始時，縫隙內(nèi)外的全部金屬表面都進行著陽極的溶解、陰極的去極化反應(yīng)，使縫隙內(nèi)氧被迅速消耗掉，外界的氧不能進來補充，是氧化還原反應(yīng)不能進行，從而形成氧濃差電池。此時縫隙內(nèi)陽極溶解仍在進行，而陰極反應(yīng)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到縫隙周圍的表面金屬進行，由于大陰極小陽極，加速了縫隙內(nèi)金屬的溶解 ，二次腐蝕產(chǎn)物逐漸在縫口產(chǎn)生，產(chǎn)物積累到一定程度，縫隙被覆蓋，空隙內(nèi)介質(zhì)的擴散受到限制，導致該處介質(zhì)成分和濃度與整體相比有很大差別，形成“閉塞電池腐蝕”加速腐蝕的進行。

c） 晶間腐蝕。腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界區(qū)域發(fā)展，而晶粒本身的腐蝕很輕微稱為晶間腐蝕。晶間腐蝕對材料的外表面不產(chǎn)生明顯變化，卻使晶粒間的結(jié)合力大大減弱，甚至使材料完全喪失其原來強度。其作用機理為金屬的某種合金成分在晶界析出，從而造成該成分的貧化，導致晶界與晶內(nèi)電極電位發(fā)生變化，形成以晶界為陽極，晶體本身為陰極的微觀腐蝕電池。

d） 微生物腐蝕。由于介質(zhì)中存在某些微生物而使金屬腐蝕加快的現(xiàn)象稱為微生物腐蝕，也稱細菌腐蝕。細菌能產(chǎn)生具有腐蝕性的代謝產(chǎn)物，如硫酸、有機酸和硫化物等，加快管道的腐蝕；某些代謝產(chǎn)物能改變?nèi)芤旱腜H值、溶解氧濃度、鹽濃度等，從而改變環(huán)境介質(zhì)條件；微生物能破壞非金屬保護層或緩蝕劑的穩(wěn)定性和影響電極極化過程，如硫酸鹽還原菌的代謝能降低陰極的極化率從而減慢腐蝕。

（3）磨損腐蝕

流體介質(zhì)與金屬之間的相對運動，引起金屬局部區(qū)域加速腐蝕破壞的現(xiàn)象稱作磨損腐蝕，簡稱磨蝕。工作在水體等流體中的管道系統(tǒng)特別是彎頭、三通、閥門等常發(fā)生磨蝕破壞。較高的流速是造成磨損腐蝕的主要因素，當流過的液體中含有某些固體顆粒時更容易造成磨蝕。磨蝕使管道表面保護膜的完整性遭到破壞，加速腐蝕。此外，流動的流體能夠在很短時間內(nèi)運來陰極反應(yīng)物，從而減小陰極的極化，加速腐蝕。

3 腐蝕產(chǎn)生的原因

（1）內(nèi)部因素。鋼鐵本身的成分、組織、結(jié)晶方向、殘余應(yīng)力、表面轉(zhuǎn)化膜等的不均勻性，會使金屬內(nèi)部產(chǎn)生不同電位的區(qū)域，形成微電池，從而造成金屬的腐蝕。

（2）外部因素

a） 大氣腐蝕。由于管道暴漏在大氣中，大氣中含有水、氧、二氧化碳等介質(zhì)與金屬反應(yīng)而造成腐蝕的現(xiàn)象叫大氣腐蝕。鐵在空氣中生銹是常見的大氣腐蝕現(xiàn)象，大氣中含有水蒸氣，它在金屬表面冷凝形成水膜，大氣中的氣體及其他溶解性物質(zhì)溶解到其中，形成電解質(zhì)溶液，使鋼鐵表面發(fā)生電化學腐蝕。

b） 土壤腐蝕。土壤是有多相物質(zhì)組成的混合物，顆粒間從滿了空氣、水和各種鹽類，使土壤具有導電性。埋在地下的管道，由于裸露的外表面與土壤直接接觸而構(gòu)成原電池。由于組成管道的鐵并不是純鐵，，含有一定的雜質(zhì)、在管道連接處會有焊縫等，是金屬本身的性質(zhì)有較大差異，當其與土壤接觸時，會形成微腐蝕電池，加快管道腐蝕。當管道鋪設(shè)地域所含電解質(zhì)車別很大時會構(gòu)成腐蝕宏電池，也能加快腐蝕的進行。

c） 細菌腐蝕。微生物能在很多環(huán)境中生存，在一定條件下能對鋼鐵管道產(chǎn)生腐蝕。微生物本身對金屬沒有太大危害，起腐蝕作用的主要是其代謝產(chǎn)物。例如硫酸鹽還原菌，它能將硫酸鹽還原成硫化物，而硫化物與介質(zhì)中的碳酸等物質(zhì)作用產(chǎn)生硫化氫，進而與鐵反應(yīng)生成硫化亞鐵，加速了鋼鐵的腐蝕，同時還阻止陰極上吸氫反應(yīng)所生成氫原子的復合，促進氫向金屬內(nèi)部滲入，增加管道氫脆破壞的可能性。

4 腐蝕的防治

陰極保護。采用外加電流的陰極保護法，將電源的負極連接到埋在底下的管道上，將電源的正極接到事先準備好的輔助陽極上，使電流由土壤流向管道，以實現(xiàn)防護的作用。

防護層保護。防護層保護是指在管道表面涂、鍍一層化學性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、能形成一層不易被破壞的表面覆蓋層，將管道與環(huán)境介質(zhì)隔離，使管道不能直接與腐蝕性物質(zhì)接觸而發(fā)生化學反應(yīng)，從而防止腐蝕。常用的方法有：電鍍、化學鍍、化學轉(zhuǎn)化膜、滲鍍、包鍍、熱噴涂、襯里防護技術(shù)等。常用的襯里技術(shù)有：a） 水泥砂漿襯里。水泥砂漿與管道內(nèi)壁結(jié)合性極好，而且其比金屬的管道內(nèi)壁更光滑，不僅能對管道起到物理保護的作用，而且還能減少輸送流體的能量損失。b）環(huán)氧樹脂涂襯法。環(huán)氧樹脂具有耐磨性、柔軟性、緊密性，其與硬化劑混合后形成反應(yīng)性樹脂，可以形成快速、強勁。耐久的涂膜。c）內(nèi)軟管法。該法用于舊管道的防腐，防腐效果非常好，特別適用于長距離輸水管道，但不適合城市的供水管道。

改善管道所處環(huán)境介質(zhì)的成分、使用耐腐蝕的合金鋼管、使用殺菌劑或抑菌劑、采用緩蝕劑或采用有機涂料防護技術(shù)等。

參考文獻

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