【文章內(nèi)容簡介】 腐蝕種類及原理焦?fàn)t煤氣管道的腐蝕種類主要有四種?；瘜W(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、生物化學(xué)腐蝕和磨損與應(yīng)力腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是土壤、空氣或管道中各種化學(xué)介質(zhì)與金屬接觸發(fā)生化學(xué)作用而引起的，不發(fā)生化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化，腐蝕時整個金屬表面流失較均勻，使管壁變薄?；瘜W(xué)腐蝕管道內(nèi)和管道外都存在化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是由于電極電位的不同，在金屬表面形成一種微電池，金屬在電解質(zhì)溶液中因失去電子而成為離子被溶解，形成陽極，電極電位較高的部位得到電子，形成陰極，是與電流流動有關(guān)的一種腐蝕。大都發(fā)生在管道內(nèi)。生物化學(xué)腐蝕是由細(xì)菌生命活動而引起或加速金屬破壞的一種腐蝕。自養(yǎng)需氧型鐵細(xì)菌和異樣厭氧型硫酸鹽還原菌為引起腐蝕的最普遍菌種。磨損與應(yīng)力腐蝕煤氣中一般含有一定濃度的灰塵和其他固體雜質(zhì)，灰塵等雜質(zhì)隨煤氣在管道內(nèi)部流動時，將會對煤氣管道內(nèi)壁形成沖刷和磨損，固體雜質(zhì)含量越大，煤氣流動速度越快，對管道的沖刷和磨損越嚴(yán)重。幾種腐蝕中以電化學(xué)腐蝕的危害最大，發(fā)生頻率最大，往往造成鋼管表面出現(xiàn)凹穴，甚至穿孔。 焦?fàn)t煤氣管道腐蝕的影響因素及自身抵抗因素腐蝕的影響因素焦?fàn)t管道腐蝕受管道的材質(zhì)本身、安裝質(zhì)量及防腐措施效果直接影響，也與周圍介質(zhì)的特性及環(huán)境條件密切相關(guān)，相對濕度在一定溫度下，干燥的空氣對鋼鐵的腐蝕速度是很低的，只有在空氣的相對濕度增加到一定范圍時，腐蝕速度才突然升高，這一大氣相對濕度范圍稱為臨界濕度，經(jīng)測定臨界濕度約為 50%70%。其原因為在低于臨界濕度時，金屬表面不存在水膜。因此從本質(zhì)上看，臨界相對濕度也就是形成水膜時的相對濕度。溫度當(dāng)管道表面處在比自身溫度高的空氣溫度中，金屬表面可能產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。在臨界濕度附近能否結(jié)露和溫度變化有關(guān)，平均溫度高的地區(qū)大氣腐蝕速度較大。溫度的影響更主要表現(xiàn)在有溫差的情況下，即周期性地在金屬表面結(jié)露時腐蝕更為嚴(yán)重。大氣成分工業(yè)大氣中含有 SO2，H2S,CO2 灰塵等污染物質(zhì)。其中 SO2 是危害性最大的一種污染物，其腐蝕機理可由“酸的再生循環(huán)”作用來解釋：SO2 首先被吸附在管道表面上與氧一起生成 FESO4，然后 feso4 水解生成游離的硫酸，硫酸又加速腐蝕鋼鐵，新生成的再水解生成游離酸，如此反復(fù)循環(huán)，加速鋼鐵的腐蝕。固體塵粒落在管道表面成為吸附水分子的凝聚中心。據(jù)試驗測定：在相對濕度 80%、含有 %二氧化硫的空氣中，混入灰塵，煤粒時對鋼鐵的腐蝕要比不含這些塵土?xí)r增大 50%100%。土壤電阻率電遷移對金屬在土壤中腐蝕的電極過程有影響，用土壤電阻率來判斷管道在士壤中的腐蝕速度有時會出現(xiàn)誤判的原因，某些酸性土壤中金屬材料的腐蝕速度隨土壤電阻率的增大而增大，在某些含鹽量高的土壤中金屬材料的腐蝕速度不隨土壤電阻率的減小而減小卻會增大。一般中性土壤電阻率較小的地帶，容易加快電腐蝕。含水量含氧量含水量含氧量高的地方容易引起電腐蝕。微生物管道的微生物腐蝕（MIC）是在微生物存在的情況下，其在管道中進(jìn)行生命活動，與管道內(nèi)環(huán)境相互作用，對管道產(chǎn)生的腐蝕作用。給水管道表面由于利用鑄鐵作為管材，其表面如存在生物膜，金屬表面與生物膜成為一整體，他們之間的作用使這個整體內(nèi)部的 pH值、有機物濃度、無機物濃度、溶解氧等有別于沒有生物膜存在情況下的給水管道表面，從而，使生物膜內(nèi)部腐蝕的機理和速率與沒有生物膜存在情況下有所改變。微生物的代謝過程與電化學(xué)腐蝕同時發(fā)生，從而與電化學(xué)腐蝕互相促進(jìn)，導(dǎo)致給水管道的腐蝕。在管道中，導(dǎo)致腐蝕的兩種微生物分別為好氧類細(xì)菌，如鐵細(xì)菌和厭氧類細(xì)菌，如硫酸鹽還原菌。地層地層構(gòu)造不均勻的地帶，如砂土、黏土、細(xì)沙、巖石和亞粘土等混合處。磨損與應(yīng)力腐蝕。PH 值鹽、堿含量較高的地帶。壁厚可以直觀地反應(yīng)管道的腐蝕情況和抵抗外腐蝕的能力，因此壁厚是一個影響管道外腐蝕的主要影響因素。另外，直觀感覺天然氣管道服役年限越久，外腐蝕情況越嚴(yán)重。同樣微生物細(xì)菌活動能促進(jìn)并且加速腐蝕，即使能減低土壤中的硫酸鹽的細(xì)菌水平，也不可能完全遏制微生物細(xì)菌活動引發(fā)的對管道的7 / 35腐蝕。外部涂層是介于環(huán)境和管道之間起保護(hù)作用的一道屏障。涂層主要把管道與土壤中的電解液隔離開來，不同類型的涂層具有不同的能力和局限性，但是無論外部涂層類型和涂層的狀況如何，確保系統(tǒng)絕對地正常工作是不可能的。 焦?fàn)t煤氣管道腐蝕的物理或化學(xué)變化反應(yīng)過程化學(xué)腐蝕煤氣管道發(fā)生主要是酸性化學(xué)腐蝕，煤氣管道的內(nèi)表面與酸性氣體或電解質(zhì)溶液接觸發(fā)生化學(xué)作用而引起的腐蝕。煤氣中的酸性物質(zhì)在遇到冷凝水時溶解于水中發(fā)生電離，電離出 H+，從而使冷凝水呈酸性。其中焦?fàn)t煤氣主要是硫化氫融于水后產(chǎn)生 H+，而高爐和轉(zhuǎn)爐煤氣主要是氯化物、硫酸鹽等強酸弱堿性的鹽融于水后產(chǎn)生 H+，H +的活潑性比鐵強，發(fā)生下述化學(xué)反應(yīng)，造成管道腐蝕：2H++Fe→2Fe ++H2煤氣管道在發(fā)生化學(xué)腐蝕后，破壞了管道表面的原有保護(hù)膜，雜質(zhì)滲入鐵晶體內(nèi)部，從而形成原電池，進(jìn)而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕金屬電化學(xué)腐蝕是由于金屬與其他雜質(zhì)之間存在電位差，在有電解質(zhì)溶液的情況下形成原電池而發(fā)生的金屬腐蝕，煤氣管道材質(zhì)一般是碳鋼，碳鋼主要是由鐵素體和滲碳體兩種組織構(gòu)成的機械混合物。管道接觸同一電解質(zhì)溶液——拎凝水，由于金屬本身存在著電化學(xué)的不均勻性，即在金屬表面或內(nèi)部的不同區(qū)域具有不同的電極電位，它們與鐵元素組成許多對電極，當(dāng)雜質(zhì)電極電位高于鐵的電極電位時就會發(fā)生腐蝕反應(yīng)。其主要過程可簡單表示為：在陽極區(qū)，鐵溶解變成鐵離子進(jìn)入電解質(zhì)溶液(凝結(jié)水)中并產(chǎn)生電子，而在陰極區(qū)，陽極區(qū)產(chǎn)生的電子被電解質(zhì)溶液(凝結(jié)水)中能吸收電子的物質(zhì)(離子或分子)所接受。當(dāng)陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)等速進(jìn)行時，腐蝕電流就不斷從陰極區(qū)流經(jīng)電解質(zhì)溶液(凝結(jié)水)進(jìn)入陽極區(qū)，在陽極區(qū)產(chǎn)生 Fe(OH)2，其反應(yīng)式為：Fe 2++20H→Fe(OH)2因有少量的氧存在，F(xiàn)e(OH) 2會繼續(xù)反應(yīng)，生成 Fe(OH)2 如．由于氫氧化鐵在水中的溶解度低于氫氧化亞鐵，在管道上沉淀析出，開始時是非晶態(tài)，并在管壁表面形成多孔的結(jié)合較差的腐蝕產(chǎn)物。該腐蝕產(chǎn)物對管壁并無保護(hù)作用，相反起著傳遞鐵離子和氧的作用，使腐蝕繼續(xù)蔓延，腐蝕產(chǎn)物與氫氰酸發(fā)生絡(luò)合生成六氰合鐵，進(jìn)一步加速了管壁的腐蝕。一般認(rèn)為，電化學(xué)腐蝕機理分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕，析氫腐蝕發(fā)生在金屬表面水膜的酸性較強時，反應(yīng)方程式為： 正極：2H+ ＋2e=H2 電池反應(yīng)： Fe＋2H2O=Fe(OH)2＋H2 ↑ 總反應(yīng)：Fe2+＋2H2O= Fe(OH)2＋2H+ 吸氧腐蝕發(fā)生在管道表面吸附水膜酸性較弱時，反映方程式如下：負(fù)極：Fe－2e=Fe2+ 正極：O2＋2H2O＋4e=4OH總反應(yīng)：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 給水管道中由于飲用水的 pH 都在 68 之間，主要發(fā)生的是吸氧腐蝕。 生物化學(xué)腐蝕金屬的微生物腐蝕機理尚不明確，目前有以下幾種理論： 陰極去極化理論濃差電池理論沉積物下的酸腐蝕理論陽極區(qū)固定理論局部電池作用代謝產(chǎn)物腐蝕理論微生物腐蝕是一種參與電化學(xué)腐蝕的過程，因此，微生物腐蝕也是一種電化學(xué)腐蝕，由于微生物是一種生命體，因此，研究微生物腐蝕的機理是一個復(fù)雜的過程，想要確定機理的本質(zhì)還需要化學(xué)學(xué)科，腐蝕科學(xué)，生命科學(xué)，有機科學(xué)等各個學(xué)科互相幫助，共同努力。 磨損與應(yīng)力腐蝕煤氣中一般含有一定濃度的灰塵和其他固體雜質(zhì)，灰塵等雜質(zhì)隨煤氣在管道內(nèi)部流動時，將會對煤氣管道內(nèi)壁形成沖刷和磨損，固體雜質(zhì)含量越大，煤氣流動速度越快，對管道的沖刷和磨損越嚴(yán)重。管道在焊接制作和安裝過程中產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，或者是管道在使用過程中所承受的各種應(yīng)力，使金屬品格歪扭，從而降低了應(yīng)力部分的金屬電極電位，使它變成腐蝕電池陽極，形成裂紋。9 / 35第 3 章 焦?fàn)t煤氣管道剩余壁厚的管內(nèi)的檢測方法管道發(fā)生腐蝕后，通常表現(xiàn)為管壁變薄，出現(xiàn)局部的凹坑和麻點。管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)主要是針對管壁的變化來進(jìn)行測量和分析的。在沒有開挖的情況下進(jìn)行的管道內(nèi)腐蝕檢測。一般有漏磁通法、超聲波法、渦流檢測法、激光檢測法和電視測量法等。其中目前國內(nèi)外使用較廣泛的是漏磁通法和超聲波法，它們可以提供管道沿線的焊縫、支管接口、閥門、管壁厚度變化、防腐層剝離、裂縫等信息。檢測方法的比較選擇 渦流檢測技術(shù)原理：將通有交流電的線圈置于待測的金屬板上或套在待測的金屬管外（見圖） 。這時線圈內(nèi)及其附近將產(chǎn)生交變磁場，使試件中產(chǎn)生呈旋渦狀的感應(yīng)交變電流，稱為渦流。渦流的分布和大小，除與線圈的形狀和尺寸、交流電流的大小和頻率等有關(guān)外，還取決于試件的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀和尺寸、與線圈的距離以及表面有無裂紋缺陷等。因而，在保持其他因素相對不變的條件下，用一探測線圈測量渦流所引起的磁場變化，可推知試件中渦流的大小和相位變化，進(jìn)而獲得有關(guān)電導(dǎo)率、缺陷、材質(zhì)狀況和其他物理量(如形狀、尺寸等)的變化或缺陷存在等信息。但由于渦流是交變電流，具有集膚效應(yīng)，所檢測到的信息僅能反映試件表面或近表面處的情況。漏磁通法漏磁通法檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性上，鋼管腐蝕缺陷處的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率，鋼管在外加磁場作用下被磁化，當(dāng)鋼管中無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，磁力線分布均勻，當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時，磁力線發(fā)生彎曲，一部分磁力線泄漏出鋼管表面。檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁量，就可以判斷缺陷是否存在。超聲波法超聲波檢測原理：超聲波探傷是利用材料及其缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透時間的能量變化來檢驗材料內(nèi)部缺陷的無損檢測方法。脈沖反射法在垂直探傷時用縱波，在斜射探傷時用橫波。脈沖反射法有縱波探傷和橫波探傷。在超聲波儀器示波屏上，以橫坐標(biāo)代表聲波的傳播時間，以縱坐標(biāo)表示回波信號幅度。對于同一均勻介質(zhì)，脈沖波的傳播時間與聲程成正比。因此可由缺陷回波信號的出現(xiàn)判斷缺陷的存在；又可由回波信號出現(xiàn)的位置來11 / 35確定缺陷距探測面的距離，實現(xiàn)缺陷定位；通過回波幅度來判斷缺陷的當(dāng)量大小。渦流檢測優(yōu)缺點：渦流檢測時線圈不需與被測物直接接觸，可進(jìn)行高速檢測,易于實現(xiàn)自動化,但不適用于形狀復(fù)雜的零件,而且只能檢測導(dǎo)電材料的表面和近表面缺陷,檢測結(jié)果也易于受到材料本身及其他因素的干擾。漏磁通法漏磁通法檢測具有以下特點：測量原理簡單，結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn)，測量精度較高；檢測時無需耦合劑，可實現(xiàn)非接觸測量；不易漏檢；受環(huán)境溫度影響較小；信號反饋快，易于采集和處理．優(yōu)缺點：漏磁通法一般只限于管道表面和近表面的檢測，管壁太厚，抗干擾能力差，空間分辨力低。另外，小而深的管壁缺陷處的漏磁信號要比形狀平滑但很嚴(yán)重的缺陷處的信號大得多，所以，往往需要校驗，特別是當(dāng)管材中混有雜質(zhì)時，還會得到虛假數(shù)據(jù)。而漏磁通測量法具有原理簡單、結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)、傳感器適應(yīng)性強、可實現(xiàn)非接觸式測量等特點倍受關(guān)注。雖然該方法有諸多優(yōu)點，