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(dāng)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(xué)和電化學(xué)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(dāng)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(xué)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(xué)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(dǎo)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(dāng)其與土壤接觸時，會形成微腐蝕電池，加快管道腐蝕。當(dāng)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(fù)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(xué)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(xué)反應(yīng)，從而防止腐蝕。常用的方法有：電鍍、化學(xué)鍍、化學(xué)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

[1]關(guān)寶印 鋼質(zhì)管道的腐蝕與控制技術(shù)（二）——腐蝕與檢測

[2]王昌宗 污水管道的腐蝕與防護

[3]張玨瑩 金屬管道的腐蝕與防護 鋼管技術(shù)，1986年第2期

[4]佟潮陽 淺談供水管道腐蝕的預(yù)防措施 工程論壇，2005年第7期

[5]黃廷林（主編） ?水工藝設(shè)備基礎(chǔ)? 中國建筑工業(yè)出版社