城市燃?xì)鈶敉饬⒐芨g分析及選材研究

蔣永 李俊穎

（中國石油西南油氣田公司銷售分公司，四川 成都 610000）

城市燃?xì)鈶敉饬⒐芨g分析及選材研究

蔣永 李俊穎

（中國石油西南油氣田公司銷售分公司，四川 成都 610000）

針對城市燃?xì)鈶敉饬⒐苋遮厙?yán)重的腐蝕現(xiàn)狀，通過對某燃?xì)夤緫敉饬⒐芨g的調(diào)查，闡述了影響地上管線腐蝕的主要原因，通過采集立管出地面附近的土壤對埋地管線和監(jiān)測空氣質(zhì)量對露空立管進(jìn)行腐蝕機(jī)理分析，并進(jìn)行了土壤腐蝕環(huán)境和大氣腐蝕環(huán)境的模擬實驗，實驗表明在立管出土部分埋地管線選材上宜選用3PE無縫20號鋼管；而在露空立管選材上可使用000Cr17的薄壁不銹鋼管。

城市燃?xì)?戶外立管 埋地管線 露空立管 腐蝕環(huán)境

0 引言

城市燃?xì)饬⒐苡娩撝饕捎缅冧\鋼，在含水量上升、H2S和CO2酸性氣體存在、氧濃差電池的腐蝕、土壤腐蝕、雜散電流腐蝕的綜合影響下，燃?xì)夤艿栏g現(xiàn)象十分突出［1］。筆者以某城市燃?xì)夤镜娜細(xì)鈶敉饬⒐芨g為例，探討了戶外立管的腐蝕機(jī)理及管線選材問題。

1 影響地上管線腐蝕的原因

1.1 鋼管材質(zhì)影響

材料本身化學(xué)成分局部不均勻性［2］，導(dǎo)致其在外界因素的影響下，易形成微電池，在表面產(chǎn)生局部腐蝕。當(dāng)管材短時間暴露在大氣中即會產(chǎn)生整體的面腐蝕，時間一長，因其化學(xué)成分的局部不均勻?qū)е赂g速度不一致，即會在面腐蝕的基礎(chǔ)上加速產(chǎn)生局部的腐蝕凹坑。

1.2 施工工藝影響

對于無縫管的防腐，其關(guān)鍵的工序為除銹和防腐層的涂敷［3］，而該兩道工序均為現(xiàn)場施工，現(xiàn)場人工作業(yè)時，因施工工藝的限制，施工質(zhì)量難達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，導(dǎo)致鐵銹未能徹底清除干凈、涂敷不均勻未能達(dá)到防腐保護(hù)效果等缺陷。

1.3 施工環(huán)境影響

燃?xì)夤艿腊惭b是與土建等同步進(jìn)行、交叉作業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣。施工中，除銹防腐安裝后的管道其表面防腐層易遭局部或整體性的機(jī)械損傷和化學(xué)損傷（如墻體酸洗時損傷表面油漆），而后的返修因現(xiàn)場條件的限制很難達(dá)到質(zhì)量要求。

1.4 地理環(huán)境影響

一方面某燃?xì)夤窘?jīng)營所在地地處工業(yè)集中區(qū)，空氣潮濕、鹽堿度相對較高，腐蝕性強(qiáng)，同時室外溫度高，加速了管道的腐蝕；另一方面地上管腐蝕發(fā)生在鋼管穿墻、穿樓板和出地面等需要安裝套管的部位。因?qū)嶋H施工中，因間隙較小，空隙填充難以完全密實，外封口層在溫度脹縮作用下，逐漸產(chǎn)生龜裂，裂紋與疏松的封堵材料形成毛細(xì)通道，外界雨水被吸附于套管空間內(nèi)，難以揮發(fā)干燥，使套管內(nèi)的鋼管長期處于被水浸泡狀態(tài)，同時被水浸泡鋼管的部位處于貧氧狀態(tài)，構(gòu)成氧濃差電池的陽極，而完全暴露在空氣中的管道，構(gòu)成氧濃差電池的陰極，形成氧濃差電池。

2 腐蝕機(jī)理分析

為掌握管線的腐蝕環(huán)境與腐蝕機(jī)理，在立管出

地面附近釆集一定數(shù)量的土壤樣品和腐蝕產(chǎn)物樣品進(jìn)行實驗室分析，得到腐蝕介質(zhì)的含量，對埋地管道的腐蝕環(huán)境和腐蝕機(jī)理進(jìn)行初步分析。此外，對該地區(qū)的空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，得到大氣的濕度以及所含的主要有害成分（二氧化硫、二氧化氮以及懸浮顆粒物）的含量，從而對露空立管的腐蝕環(huán)境和腐蝕機(jī)理進(jìn)行初步分析。

2.1 土壤分析

土壤分析主要進(jìn)行土壤含水量、土壤酸堿度、土壤鹽分、硫酸根離子、氯離子、碳酸氫根離子共6項土壤理化指標(biāo)的測定與計算。測定結(jié)果見表1。由表1可見，該土壤樣品pH值為8.37，呈弱堿性，不含碳酸根離子。

2.2 大氣環(huán)境質(zhì)量分析

大氣環(huán)境質(zhì)量分析主要進(jìn)行了四項指標(biāo)的檢測，即二氧化硫、二氧化碳、總懸浮顆粒物及大氣濕度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)卮髿庵?，二氧化硫含量偏高，達(dá)到0.021 mg/m3，超過了國家一級污染標(biāo)準(zhǔn)；二氧化氮含量也較高，總懸浮顆粒物達(dá)到了0.148 mg/m3，超過了國家一級污染標(biāo)準(zhǔn)。整體上，大氣質(zhì)量屬于A類大氣。加之當(dāng)?shù)貪穸容^大，一般年平均相對濕度接近75%，屬于偏潮濕性大氣環(huán)境。由于大氣中腐蝕性物質(zhì)的存在加速了鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速率，在相同濕度條件下，腐蝕性物質(zhì)含量越高，腐蝕速度越大。如果有吸濕性沉積物（如氛化物等）存在時，即使環(huán)境大氣的濕度很低，也會發(fā)生腐蝕。因此認(rèn)定燃?xì)夤芫€的大氣腐蝕較強(qiáng)。

表1 土壤理化分析實驗結(jié)果表

2.3 腐蝕產(chǎn)物分析

通過對埋地出土部分立管和露空立管的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行檢測得出腐蝕產(chǎn)物成分，具體見表2。

表2 腐蝕產(chǎn)物含量表

1）出土部分立管腐蝕機(jī)理分析。從腐蝕產(chǎn)物樣品的檢測結(jié)果來看，立管出土部分埋地管段的腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3+，占89%；其余大部分為Fe2.77+。主要原因為：①濃差電池的影響。對于氧濃差電池來說［4］，由于管線中下部的氧濃度相對于中上部低，造成管線的底表面是陽極而管線的其余表面是陰極，土壤則為電解質(zhì)，金屬管線本身成為聯(lián)結(jié)電路。②點(diǎn)蝕（也稱孔蝕）的影響。點(diǎn)蝕是一種隱蔽性強(qiáng)，破壞性大的局部腐蝕。點(diǎn)蝕有一個點(diǎn)蝕電位（擊穿電位），它的高低反映金屬表面鈍化膜被擊穿的難易程度。當(dāng)腐蝕電位達(dá)到或超過點(diǎn)蝕電位就可能擊穿表面膜導(dǎo)致點(diǎn)蝕核的產(chǎn)生。管材表面氧化膜發(fā)生局部溶解就形成點(diǎn)蝕源，在點(diǎn)蝕發(fā)生的初始階段，因陽極溶解下來的金屬離子發(fā)生水解而生成H+，因此蝕孔中溶液pH值下降，具有強(qiáng)酸性。這樣又加速了金屬的溶解，從而造成了蝕孔的擴(kuò)大與加深。隨著腐蝕的不斷進(jìn)行，在蝕孔上形成了腐蝕產(chǎn)物，致使蝕孔內(nèi)外的物質(zhì)遷移難以進(jìn)行，導(dǎo)致蝕孔金屬鹽進(jìn)一步濃縮，因水解而使pH值進(jìn)一步降低，點(diǎn)蝕發(fā)展為自催化。③雜散電流的影響。環(huán)境介質(zhì)中的雜散電流可以通過防腐層某處缺陷進(jìn)入金屬結(jié)構(gòu)物，再從結(jié)構(gòu)物防腐層另一處缺陷的部位流出，進(jìn)入環(huán)境介質(zhì)，這樣就構(gòu)成了一種電解腐蝕電池。雜散電流流入金屬該結(jié)構(gòu)物處為該電池的陰極，電流流出

的位置為該電池的陽極，并在陽極區(qū)發(fā)生激烈的電解腐蝕，腐蝕強(qiáng)度高；腐蝕集中于局部位置，對埋地管道一般是集中于防腐層缺陷處，影響范圍很廣，破壞位置和破壞強(qiáng)度具有隨機(jī)性、動態(tài)性。

2）露空立管腐蝕機(jī)理分析。從腐蝕產(chǎn)物樣品的檢測結(jié)果來看，貼壁立管管段的腐蝕產(chǎn)物主要為Fe2.67+，占69%；其余大部分為Fe3+。影響大氣腐蝕的因素有濕度、有害成分（二氧化硫、二氧化氮和總懸浮顆粒物）等。具體分為：①濕度的影響?？諝庵械乃魵夂苋菀自诮饘俦砻嬉砸后w的形式凝結(jié)，空氣的濕度越大，凝結(jié)趨勢越明顯，金屬表面形成的電解液膜存在的時間越長，腐蝕速度也相應(yīng)增加。研究表明，鋼鐵、銅、鎳、鋅等金屬的臨界濕度約為50%～70%。當(dāng)相對濕度接近75%時，已經(jīng)超過了臨界濕度，鋼材表面水膜完整，電化學(xué)腐蝕過程順利進(jìn)行，從而導(dǎo)致立管管段嚴(yán)重腐蝕。②有害成分的影響。二氧化硫、二氧化氮等氣體溶于金屬表面的水膜后，形成了連續(xù)電解液薄層，由于氧的去極化作用，導(dǎo)致金屬表面的電化學(xué)腐蝕。懸浮顆粒物附在金屬表面，某些可溶性鹽顆粒（如銨鹽）溶入水膜，提高了水膜的電導(dǎo)，促進(jìn)腐蝕作用；某些有吸附能力較強(qiáng)的顆粒（如碳粒），加速了二氧化硫和水蒸氣的吸附；其他不溶也沒有吸附能力的顆粒（如砂粒），在金屬表面吸附后形成縫隙，凝聚水分，形成氧濃差電池的局部腐蝕條件，加速腐蝕進(jìn)行。

3 腐蝕環(huán)境模擬實驗

針對常用的幾種常用材料進(jìn)行土壤腐蝕環(huán)境和大氣腐蝕環(huán)境模擬實驗，將管材浸泡在模擬大氣腐蝕介質(zhì)的氣體中10 h，測量其在55℃下的失重，再計算平均腐蝕速率，獲得管材的平均腐蝕速率，結(jié)果見表3和表4。

表3 土壤溶液腐蝕浸泡實驗結(jié)果表

表4 大氣溶液腐蝕浸泡結(jié)果表

從上述兩表可知：各種燃?xì)夤芫€在當(dāng)?shù)赝寥罈l件下的適應(yīng)性由好到差依次為鋁塑復(fù)合管、3PE無縫20號鋼管、環(huán)氧涂層20號鋼管、熱鍍鋅20號鋼管；各種燃?xì)夤芫€在當(dāng)?shù)卮髿鈼l件下的適應(yīng)性由好到差依次為鋁塑復(fù)合管、000Crl7不鎊鋼管、3PE無縫20號鋼管、熱鍍鋅20號鋼管。

4 結(jié)論

1）在立管出土部分埋地管線選材上，對于新建管線，雖然鋁塑復(fù)合管防腐性能好，但強(qiáng)度不高，因此3PE無縫20號鋼管較好，其次為環(huán)氧防腐涂料的20號鋼管。對于原有舊的埋地管線，經(jīng)測試腐蝕程度較小的建議可以采用在其表面使用防腐涂層；腐蝕程度較大的，剩余壁厚較小的則應(yīng)及時更換。

2）在露空立管選材上，雖然鋁塑復(fù)合管的防腐蝕性能最強(qiáng)，但因GB50028-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定禁止在室外使用，同時在考慮價格因素的情況下，可使用000Cr17的薄壁不銹鋼管。對于舊立管管線，經(jīng)測試腐蝕程度較小的建議可以在表面使用防腐涂層，而腐蝕程度較大、剩余壁厚較小的則應(yīng)及時更換。

［1］孫芃.戶內(nèi)燃?xì)饬⒐艿母g與防護(hù)［J］.腐蝕與防護(hù)，2013（1）：88-90.

［2］魏寶明.金屬腐蝕理論與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984：212.

［3］林安，周苗銀.功能性防腐涂料及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：143.

［4］郭生武，袁鵬斌.油田腐蝕形態(tài)導(dǎo)論［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005：56-60.

（編輯：蔣龍）

B

2095-1132（2014）06-0047-03

10.3969/j.issn.2095-1132.2014.06.014

修訂回稿日期：2014-11-02

蔣永（1979-），工程師，從事油氣儲運(yùn)工作。E-mail：25458214@qq.com。