鋼管在城市燃?xì)忸I(lǐng)域的應(yīng)用及其防腐方法

摘要：近十余年，我國(guó)的城市燃?xì)馐聵I(yè)蓬勃發(fā)展，設(shè)計(jì)、施工和管理等各方面技術(shù)都有了很大進(jìn)步。尤其是今年來(lái)，不少城市發(fā)展城市燃?xì)馐聵I(yè)，對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、提高人民生活水平和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有重要意義。現(xiàn)代化的城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)是復(fù)雜的綜合設(shè)施，其主要部分是燃?xì)夤芫W(wǎng)。燃?xì)夤芫W(wǎng)主要應(yīng)用鋼管，但是鋼管容易腐蝕，所以本文在這里分析了造成鋼管腐蝕的機(jī)理，并提出了幾點(diǎn)防腐措施。

關(guān)鍵詞：城市燃?xì)猓讳摴埽粦?yīng)用；防腐

一、燃?xì)夤艿赖母g機(jī)理

1、化學(xué)腐蝕：是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。也就是說(shuō)金屬直接和介質(zhì)接觸引起的金屬離子的溶解過(guò)程，在金屬表面均勻發(fā)生，腐蝕速度緩慢。鋼鐵在空氣中或土壤里的腐蝕就屬于這種情況。但很少見(jiàn)，幾乎與電化學(xué)腐蝕同時(shí)發(fā)生。

2、電化學(xué)腐蝕：是指金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)(電解質(zhì)溶液)發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞。也就是金屬和電解質(zhì)組成原電池所發(fā)生的金屬電解過(guò)程。任何一處按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的腐蝕反應(yīng)至少包含一個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)，并以流過(guò)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(yáng)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(guò)程，陰極反應(yīng)則是介質(zhì)中氧化劑組分吸收來(lái)自陽(yáng)極的電子還原過(guò)程。金屬與電解質(zhì)之間存在一個(gè)帶電的界面，與此界面有關(guān)的因素都會(huì)影響腐蝕過(guò)程的進(jìn)行。其實(shí)質(zhì)是浸在電解質(zhì)溶液中的金屬表面上形成了以金屬為陽(yáng)極的腐蝕電池。包括異金屬接觸產(chǎn)生的腐蝕原電池、鋼管本身成分含量復(fù)雜產(chǎn)生的原電池、氧濃差產(chǎn)生腐蝕原電池、鹽濃差腐蝕原電池和直流雜散電流腐蝕、交流雜散電流腐蝕。

3、細(xì)菌腐蝕：細(xì)菌對(duì)鋼鐵的腐蝕機(jī)理較為復(fù)雜，但主要在一些土壤中有以下三種細(xì)菌參加腐蝕過(guò)程：硫酸鹽還原菌、硫氧化菌、鐵菌三種。

二、腐蝕原因

從管道腐蝕現(xiàn)象看，大多數(shù)是集中穿孔腐蝕，也有一少部分是均勻腐蝕。結(jié)合腐蝕機(jī)理，不難看出電化學(xué)腐蝕是雙陽(yáng)管網(wǎng)腐蝕的主要原因，純化學(xué)腐蝕和細(xì)菌腐蝕也不同程度地存在。

1、直流雜散電流腐蝕是雙陽(yáng)區(qū)管網(wǎng)腐蝕的主要原因直流雜散電流腐蝕主要是由于各種車輛產(chǎn)生的靜電，各種用電設(shè)備接地導(dǎo)線、高壓變電接地、各種避雷接地、三線一地、二線一地的接地所產(chǎn)生地下電子流通過(guò)燃?xì)夤艿佬纬苫芈废到y(tǒng)，通常電子流從土壤進(jìn)入燃?xì)夤艿赖牡胤綆в胸?fù)電，稱陰極區(qū)，若陰極區(qū)的電位過(guò)負(fù)時(shí)，管道表面上析出大量的氫，造成防腐絕緣層老化、剝落。當(dāng)電子流由管道的某一絕緣層損壞處流出時(shí)，管道帶有正電，這一區(qū)域稱陽(yáng)極區(qū)，處于陽(yáng)極區(qū)的管道，鋼管以鐵離子的形式溶于周圍介質(zhì)中，形成集中穿孔。

2、交流雜散電流是雙陽(yáng)區(qū)管網(wǎng)腐蝕的又一主要原因當(dāng)管道接近或長(zhǎng)距離平行于電力線時(shí)，高壓電力線將在附近埋地鋼管上感應(yīng)產(chǎn)生二次交流電，出現(xiàn)很高的感應(yīng)電壓，管道周圍土壤間產(chǎn)生可達(dá)幾伏或幾十伏的電位差。從而，形成腐蝕原電池。交流雜散電流的腐蝕比直流雜散電流腐蝕速度快，更易形成小孔腐蝕。

3、異金屬接觸產(chǎn)生的腐蝕原電池、鋼管本身成分含量復(fù)雜產(chǎn)生的原電池、氧濃差產(chǎn)生腐蝕原電池、鹽濃差腐蝕原電池也不同程度的存在。

4、細(xì)菌腐蝕的存在可能性很小，即使存在也和其他腐蝕同時(shí)發(fā)生。

三、鋼管腐蝕及防腐

在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中，燃?xì)夤艿酪话悴扇〉叵路笤O(shè)，這容易給金屬管道包括鋼管帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕。而且與長(zhǎng)輸管道相比，城市燃?xì)夤艿蓝酁榄h(huán)狀、枝狀，管件密布，管道變徑較普遍；隨著城市建設(shè)的進(jìn)展逐步形成并拓展，質(zhì)量缺陷較多，周邊環(huán)境復(fù)雜甚至突變，城市雜散電流干擾嚴(yán)重。這都要求做好鋼管的防腐工作。

針對(duì)埋地管道電化學(xué)腐蝕的三個(gè)過(guò)程，鋼管的防腐方法也從抑制其中某一過(guò)程人手。如在管道外壁加防腐涂層，可增大回路電阻，減少腐蝕電流；外加直流電源，使鋼管對(duì)土壤造成負(fù)電位、形成陰極保護(hù)，可消除陰陽(yáng)極電位差，從根本上停止陰陽(yáng)極過(guò)程的進(jìn)行。防腐涂層法治表，陰極保護(hù)法治本。但是一旦防腐涂層破損，露鐵部分會(huì)加速局部腐蝕。故防腐涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合才是表本兼治的方法，經(jīng)濟(jì)而有效。美國(guó)等國(guó)家已明確規(guī)定，采用了防腐涂層的同時(shí)必須采用陰極保護(hù)。

但對(duì)于城市燃?xì)庀到y(tǒng)，由于地下管網(wǎng)密集，陰極保護(hù)的外加電源對(duì)其它管道干擾大，會(huì)造成自身受益、他家受害的局面。而采用比鋼管電位負(fù)的金屬材料與鋼管相連的犧牲陽(yáng)極保護(hù)法則不會(huì)出現(xiàn)此類情況，因此，城市燃?xì)獾妮敋飧晒軕?yīng)采用防腐涂層與犧牲陽(yáng)極相結(jié)合的防腐方法。對(duì)于其他壓力較低的非主干管道，則一般直接采用防腐涂層法。

目前埋地燃?xì)夤艿莱Ｓ玫耐夥栏繉又饕腥龑覲E復(fù)合結(jié)構(gòu)、環(huán)氧樹(shù)脂粉末(FBE)、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青和PE膠帶等五類。三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)、環(huán)氧樹(shù)脂粉末防腐涂層性能優(yōu)異，因而也是歐美國(guó)家埋地管道的主要防腐涂層。在我國(guó)，從耐用年限、維護(hù)費(fèi)用等全面的經(jīng)濟(jì)因素考慮，一般首選三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐涂層。

在犧牲陽(yáng)極保護(hù)法中，一般采用鎂合金作為犧牲陽(yáng)極對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)。由于在輸出電流過(guò)程中遭受破壞，鎂合金犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)使用年限最好與管道的使用年限相匹配，既不產(chǎn)生浪費(fèi)也不多增加維護(hù)費(fèi)用。但應(yīng)注意的是，當(dāng)土壤電阻率太高和被保護(hù)管道穿過(guò)水域時(shí)，不宜采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)。

不同的防腐方法有不同的防腐質(zhì)量和費(fèi)用，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)鋼管的不同壓力、不同用途及其所處的不同環(huán)境和輸送的不同燃?xì)猓C合全面地考慮防腐方法和防腐費(fèi)用。在考慮經(jīng)濟(jì)合理性方面應(yīng)注意兩點(diǎn)：

①燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)時(shí)的一次防腐投資，

②燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行后的維護(hù)費(fèi)用。由于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)位于市區(qū)，投運(yùn)后維護(hù)檢修困難且費(fèi)用較高，因此應(yīng)適當(dāng)加大一次投資，以減少投運(yùn)后管道的日常維修工作量。

針對(duì)管網(wǎng)的電化學(xué)腐蝕，曾經(jīng)考慮犧牲陽(yáng)極法或排流法來(lái)保護(hù)燃?xì)怃摴堋Ｈ绮捎脿奚?yáng)極法，在電阻率特別大的雙陽(yáng)，由于犧牲陽(yáng)極的負(fù)電位不能人為地自由調(diào)整，其保護(hù)性能不理想，電位太低，管線得不到保護(hù)，電位太高則管線容易大量析氫。對(duì)管線不利。且陽(yáng)極消耗太快，造價(jià)太高，如采用外加電流法，由于市街管網(wǎng)多呈枝狀，致使整個(gè)管網(wǎng)對(duì)地電阻特別低，恒電位儀輸出過(guò)大，無(wú)法工作。如加絕緣法蘭，工程量過(guò)大，且又難以確定排流方向。地下地上電力線路電流干擾，恒電位儀不能正常工作等被論證均不能采用。

在城市燃?xì)忸I(lǐng)域，甚至整個(gè)燃?xì)忸I(lǐng)域，鋼管都發(fā)揮了不可替代的重要作用。但是，我們也必須看到由于我們?cè)谠O(shè)計(jì)、施工和維護(hù)管理等方面的工作還存在一定問(wèn)題，導(dǎo)致燃?xì)夤艿缐勖^短，實(shí)際輸氣能力與設(shè)計(jì)值相差較大，發(fā)生爆管、漏氣等事故，浪費(fèi)國(guó)家物資，妨礙社會(huì)穩(wěn)定，影響城市正常建設(shè)和市民日常生活，甚至威脅人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全。