金屬管線腐蝕機理及防腐技術初探

林偉平

摘 要：在我們所生活的環境中，埋在地下的金屬管線數量巨大，每年因金屬管線腐蝕引起一些生產事故而造成的經濟損失也非常巨大，因此，研究開發有效防腐技術是一個重要的課題。本文將論述金屬管線的腐蝕機理并初步探究防腐技術。

關鍵詞：金屬管線；機理；防腐技術

金屬管線腐蝕輕則引起經濟損失，重則引起火災、爆炸等重大事故，還可能導致工廠停產，資源浪費，不僅如此，其帶來的間接影響也是不容忽視的。所以，要正確認識腐蝕的危害，了解金屬管線腐蝕機理并采取有效的防腐技術。

1 常見金屬管線腐蝕的類型及其機理

金屬與周圍環境介質之間發生化學或電化學作用而引起的損壞稱為金屬腐蝕。腐蝕是金屬管線中一種常見的破壞形式，是困擾金屬管線產業的一大難題。腐蝕機理的研究對于防止和減緩腐蝕過程的進行，探索防腐蝕的途徑，改進防腐措施以及研究開發新型的防腐材料具有重大意義。尤其在金屬管線這一行業中，腐蝕機理的研究對減少因腐蝕帶來的損失，確保金屬產業的快速發展，進而提高其經濟效益意義重大。

1.1 土壤腐蝕的類型及其機理

在自然界中，土壤是最常見的外腐蝕劑。由于土壤中的水分的存在，我們可以將土壤看是成一種具有腐蝕性的特殊的電解液。常見的土壤腐蝕有以下幾種：

1.1.1 土壤腐蝕。土壤在發生腐蝕的情況下，有因為不均勻金屬組織而引起的微電池腐蝕，也有因為不均勻的土壤介質而引起的宏觀電池腐蝕。不均勻的氧滲透速度是因為土壤具有不同的透氣性，從而對土壤接觸的各個金屬部分的電位產生直接的影響，這也是造成氧濃差電池的主要原因。它主要表現在以下幾個方面：（1）微電池腐蝕。通常，我們可以認為較小的金屬構件周圍土壤的結構、含氧量、鹽分以及水分是均勻的，這時發生的微電池腐蝕與不均勻的金屬組織相關。（2）長距離管道穿越不同土壤引起的宏觀電池腐蝕。長距離管道鋪設時，由于長的管道和金屬構件需要穿越不同的土壤，使氧具有不同的滲透率從而形成氧濃差電池，它們被埋在潮濕、嚴實的土壤中作為陽極而被腐蝕。

1.1.2 雜散電流引起的土壤腐蝕。所說的雜散電流就是從正常電路失漏而流到別處的電流。它的來源主要是大功率直流電電氣裝置的應用，例如有軌電車、電氣火車、電化學保護裝置、電解和電鍍槽等。埋設在地下的金屬構筑物、電纜、管道等都會由于這種雜散電流而容易被腐蝕。適當提高環路的阻力是可以克服和避免雜散電流對土壤的影響，這是比較容易進行的雜散電流的增強絕緣管的工作，以減少電流的腐蝕作用

1.1.3 微生物引起的土壤腐蝕。在土壤中，主要是因為土壤中濕度較大、密實、且含氧量非常低，然而大部分微生物在這種環境下卻能夠順利的生長繁殖。土壤微生物中，有一部分能夠產一些酸性物質的厭氧菌，對金屬的腐蝕作用非常明顯。

1.2 電化學腐蝕的類型及機理

1.2.1 電化學腐蝕的基本概念。電極就是與電源兩端相連接的金屬。在電極的兩端存在著電位差，在電位差的作用下，金屬離子會向電源兩端的電極移動，如果兩種金屬的穩定性不同，就會對其中的穩定性低的金屬產生氧化作用從而發生腐蝕現象。

1.2.2 金屬的電化學腐蝕。金屬與電解質溶液接觸形成了原電池，從而產生了電化學腐蝕。例如，把鋅和銅作為兩電極置于硫酸溶液中，用導線將它們連接形成了一個閉合回路，此時導線中就會有電流通過，因此形成了原電池裝置。

一般情況下，金屬表面會有各種各樣的雜質，所以，即使是一種金屬置于電解質溶液也會形成腐蝕原電池。雜質對于金屬可能是陰極也可能是陽極，因此金屬表面會形成許多微小的腐蝕原電池，對金屬造成腐蝕是不可避免的。

3 金屬管線防腐技術

金屬管線的腐蝕是影響金屬管線經濟收益的一個主要因素，由于金屬管線容易發生腐蝕，使得金屬管線耗損非常嚴重，從而直接影響了金屬管線的銷售情況，使金屬管線的生產效益大大降低了。因此金屬管線的防腐技術是目前所有從事金屬管線行業生產企業的首要問題。目前，金屬管線防腐技術主要有：陰極保護技術和防腐層保護技術。

3.1 陰極保護技術（陰極保護的原理）

陰極保護技術是一種非常有效地防腐技術，以一種金屬為陰極，然后通過消除期電位不均勻性，進行保護。在外加電流的作用下，使以金屬作為陰極的電位下降，直到金屬的總電位與陽極起始電位相同時，陽極的電流為零，環路中所有電流都是外加電流，處在陰極的金屬只發生還原反應，金屬的腐蝕作用停止了，所以金屬得到了良好的保護。

3.2 防腐層保護技術

防腐層是一種綜合應用不同材料的特性、具有較長使用壽命的防腐方法，根據不同的介質條件，大多是在金屬管線表面敷設各種非金屬材料。

近年來我國防腐涂層技術發展迅速，三層聚乙烯、熔結環氧和煤焦油瓷漆等管道涂層技術均得到廣泛應用。日前國家西氣東輸等重點管道工程多采用三層聚乙烯防腐層，川渝天然氣管道廣泛采用三層聚乙烯；而短距離、頻繁變化管徑的管道中，通常在部分分支管上直接纏繞聚乙烯膠粘帶，而雙層熔結環氧粉末涂層技術則在冷彎管外防腐中得到了很好使用。

防腐蝕涂料品種繁多，其性能和用途各有不同，正確選用對涂層的防蝕效果和使用壽命至關重要。選用時應考慮：

3.2.1 基體表面材料性質。涂層用底漆含粉料多，基料少，成膜粗糙，與金屬管線粘附力強結合性好，起附著和防銹作用；面漆則基料多，成膜有光澤，能保護底漆不受大氣腐蝕，并能抗風化，防腐蝕和防老化作用。

3.2.2 基體的使用環境。防腐蝕涂料對環境的針對性很強，要根據具體使用環境，如介質的類型、濃度、溫度、設備運轉情況等因素來選用最適宜的涂料品種。如重防腐則采用環氧富鋅底漆、環氧云母氧化鐵中間漆和環氧聚氨酷或環氧各色面漆或氯化橡膠面漆等組成多層涂裝體系。

3.2.3 現場施工條件。應根據施工現場實際狀況選擇適宜的涂料品種。如在通風條件差的現場施工宜采用無溶劑或高固體分或水性防腐蝕涂料。在不具備烘烤干燥條件的現場只能選用自干型涂料。

3.2.4 技術與經濟的綜合效果。不僅要考慮技術性能是否優異，還要考慮經濟的合理性。在進行經濟核算時要綜合考慮材料費用、表面處理費用、施工費用、涂層性能及使用壽命、維修費用等。

4 結語

由于金屬管線腐蝕國民生產受到了嚴重的影響。因此要盡最大努力減少管線的腐蝕，使管線能夠長時間使用。因此對各種腐蝕機理進行了解與探究是非常有助于減輕防腐現象的，本文著重介紹了陰極保護防腐技術，為最大程度的獲取經濟利益，還需要不斷地努力研究開發新的防腐技術。

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