【正文】 土壤具有離子導電特征，土壤物理化學性質(zhì)的不均勻性和金屬材質(zhì)的電化學不均勻性，為埋地管道的電化學腐蝕創(chuàng)造了條件[1]，管道埋入地下因其處在生物電解液環(huán)境中，加之鋼管涂層組分的不均勻、微孔、縫隙等缺陷，微生物侵蝕及植物根系對涂層的穿透等交融作用使防腐涂層極易損傷，腐蝕由涂層達到金屬基體。破壞金屬表面的保護膜。同時土壤中擴散速率不同的氧氣在金屬表面形成大電池腐蝕作用。腐蝕所產(chǎn)生的沉淀物能進一步加速金屬腐蝕的速度。另外在一些缺氧的土壤中含有硫酸鹽還原菌加快腐蝕進程，這些細菌的作用是參加電極反應將可溶硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫并與鐵作用，起到了陰極去極化的作用故而產(chǎn)生細菌腐蝕。此種反應因需具備缺氧條件，因此在沼澤或海泥區(qū)細菌腐蝕所占比例較大。土壤中常有雜散電流流過金屬。雜散電流是在地下流動的防護系統(tǒng)設(shè)計之外對金屬管道產(chǎn)生腐蝕破壞作用的電流，雜散電流腐蝕包括直流雜散電流腐蝕，交流雜散電流腐蝕和地電流腐蝕。直流雜散電流腐蝕原理與電解腐蝕類似；交流雜散電流是管道附近高壓電力線產(chǎn)生的二次感應交流電疊加在管道腐蝕電化學電池產(chǎn)生的腐蝕，其腐蝕量較小，但集中腐蝕性強。對于埋地管道陰極保護體系，當直流雜散電流的方向或其分量的方向與保護電流的方向相反時，雜散電流的作用是有害的；當雜散電流的方向或其分量的方向與保護電流的方向相同時，雜散電流的有害作用要小得多。2 埋地管道外腐蝕機理化學腐蝕是指金屬表面與非電介質(zhì)直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。其特點為在一定條件下，非電解質(zhì)中的氧化劑與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕過程中電子在金屬與氧化劑之間直接傳遞，沒有電流產(chǎn)生。通常金屬在常溫和干燥的空氣里并不腐蝕，但在高溫下就容易被氧化，生成一層氧化膜（,），同時還會發(fā)生脫碳現(xiàn)象。 電化學腐蝕電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質(zhì)發(fā)生電化學作用而產(chǎn)生破壞，其特點在于電化學腐蝕歷程是兩個相對獨立且同時進行的過程。管道腐蝕中電化學腐蝕是最普遍最常見的腐蝕。原電池腐蝕指金屬在具有離子導電性的環(huán)境介質(zhì)（電解質(zhì)溶液）中形成原電池而發(fā)生的腐蝕。因為在金屬表面上分布著很多雜質(zhì)，當它與電解質(zhì)溶液接觸時，每一顆雜質(zhì)對金屬本身來說都可能成為陰極或陽極，所以整個表面就必然會有很多微小的陰極和陽極同時存在，置于電解質(zhì)溶液中的金屬表面上可能存在著無數(shù)個這樣的腐蝕原電池作用區(qū)。金屬表面各個部位點的電極電位都可能存在著或大或小的差異，它們彼此都可能構(gòu)成原電池中的陰極和陽極。同一部位點可能與某電位相對較低的鄰近部位點形成原電池作為該電池中的陰極。也可能同時與另一點電位相對較高的鄰近部位點形成原電池而作為該原電池中的陽極。新舊管線連接、不同金屬成分連接、產(chǎn)生微電池（由于在施工過程中受碰撞、表面劃痕和刮痕等影響，使埋地管線的防腐層破損而露出金屬表面與外界環(huán)境）、金屬物理狀態(tài)不均勻、金屬表面有差異、有氧濃度差時都可形成原電池腐蝕. 電解池腐蝕指外界的雜散電流使處在電解質(zhì)溶液中的金屬發(fā)生電解而形成的腐蝕。當管道鋪設(shè)在電氣鐵路、電廠附近時，就會發(fā)生雜散電流腐蝕。多數(shù)情況下，大地被作為電流的回路。在尋求電阻最小的回路時，電流常常偏離其直接通道，而以地下管道等其它構(gòu)筑物作為旁路。由于電流“偏離”了預定通道，所以稱作“雜散電流”。這種電流流到管道上的部位為陰極從而受到保護；相反，電流離開管道的那個部位變?yōu)楦g電池的陽極遭到腐蝕。其干擾范圍大，腐蝕速度快，且受多種因素的影響，防護難度較大。當土壤中含有硫酸鹽時在缺氧條件下硫酸鹽還原菌(SRB)就會迅速活動起來，它們將硫酸鹽還原成為硫化物，利用反應的能量進行生存和繁殖。硫化物與鋼管表面形成的氫膜相互作用，消耗了氫膜而使更多的鐵從鋼管溶解下來。細菌本身并不侵蝕鋼管，但隨著它們的生長繁殖，消耗了有機質(zhì)，最終構(gòu)成管道嚴重腐蝕的化學環(huán)境而腐蝕管道。細菌腐蝕受到土壤含水量、PH值、有機質(zhì)的類型和不可缺少的化學鹽類以及管道周圍的土壤溫度等諸多因素的影響，當土壤pH值在5～9，溫度在25～30℃時最有利于細菌的繁殖。～，細菌活動最激烈，當pH值在9以上時，硫酸鹽還原菌的活動受到抑制[2]。并且SRB對碳鋼的腐蝕影響與其數(shù)量有關(guān)[3]。試樣表面生成的生物膜致密時，對腐蝕有一定的阻礙作用。、細胞外的聚合物質(zhì)（EPS）和水所組成的生物膜，通過這個生物膜的形成發(fā)生了金屬的微生物集群現(xiàn)象[4]。生物沉積可以徹底的緩和構(gòu)造金屬的腐蝕行為。但是，生物膜也方便了金屬/溶液接觸面處化學物種交換擴散邊界的形成。采取合適的監(jiān)控策略來補充現(xiàn)場和室內(nèi)微生物技術(shù)是正確理解在腐蝕反應中微生物活動和生物膜角色及采取有效控制和預防措施所必須的。地鐵作為城市重要的交通工具正在迅速發(fā)展，地鐵多采用直流電力牽引系統(tǒng)和走行軌回流的方式。地鐵運行時由走行軌漏泄到道床及其周圍土壤介質(zhì)中的電流稱為地鐵迷流，腐蝕埋置入地下的各種油氣金屬管道。由地鐵雜散電流引起的金屬結(jié)構(gòu)腐蝕本質(zhì)上是電化學腐蝕，即電極電位低的金屬被氧化，失去電子而變成金屬離子，同時電極電位高的金屬（或非金屬離子）得到電子被還原。只是腐蝕過程的強度不再單純地由電化學反應本身和微觀與宏觀的腐蝕原電池電流所決定，而是由外界雜散電流的大小來決定。它與電解過程有基本相同的機理，只是地鐵迷流遠遠大于腐蝕原電池電流。迷流腐蝕屬于局部腐蝕，極易使埋地管線產(chǎn)生穿孔。另外地磁引起的電流（GIC）也會對埋地油氣管線造成腐蝕，GIC產(chǎn)生的原理非常簡單即磁場的瞬間變化產(chǎn)生電場。因此地磁擾動經(jīng)常伴隨著地電場。在工藝系統(tǒng)中GIC是復雜的空間氣象鏈的地面終點而且未可全知。所以構(gòu)建GIC的理論模型是一個非常艱巨的任務(wù)，當有地磁干擾時很可能產(chǎn)生誤差極大甚至錯誤的管/地電位控制測量結(jié)果，因此GIC被看作是未來電流腐蝕問題的一個新挑戰(zhàn)。3 管道防腐措施 涂層保護涂層保護是管道防腐最基本也是必須采取的措施。目前，國內(nèi)外用于埋地管道的外防腐層材料主要有六種，即：石油瀝青、聚乙烯膠帶、聚乙烯夾克、熔結(jié)環(huán)氧粉末、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青。我國長輸管道防腐層多采用石油瀝青加玻璃布結(jié)構(gòu)。從近些年運行情況看，效果良好，由于受環(huán)境保護的制約，石油瀝青防腐層在北美和歐洲已被淘汰[5]。80年代開始試用多種涂層，同時對涂敷工藝也作了相應研究和改進。到目前為止從我國各大油氣田集輸管道和長輸管道建設(shè)來看，外防腐層仍以石油瀝青為主；煤焦油瓷漆自90年代起在西部長輸管道建設(shè)中得到大規(guī)模的使用；PE膠帶曾在克獨輸油管線和四川天然氣管道上得到一定規(guī)模的應用，并作為異型管件的外防護層；擠出PE涂層主要用于油田集輸管道和保溫管線的外防護層；而FBE涂層在近年的大型管道建設(shè)中已開始得到普遍應用，最近幾年國內(nèi)在重大管道建設(shè)中主要選用了三層聚乙烯和熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層[6]。研究表明：埋地鋼質(zhì)管道橡膠硫化外防腐技術(shù)可以替代現(xiàn)有瀝青防腐，可彌補螺紋聚乙烯膠帶防腐性能的不足[7]。復合鍍層是利用金屬電沉積方法將一種或數(shù)種不溶性的固體微粒均勻地夾雜在金屬鍍層當中而形成的特殊鍍層[8]。復合電鍍工藝及其應用已經(jīng)取得了巨大發(fā)展。王健雄等研究發(fā)現(xiàn),通過復合電沉積方法制得的碳納米管鎳基復合鍍層在20%%NaCl溶液中的耐蝕性明顯優(yōu)于同條件下制備的純鎳層。另外100%固體聚氨酯防腐涂料（PU）又稱液體聚氨酯防腐涂料或無溶劑聚氨酯防腐涂料。是目前國際上鋼制管道外防腐層修復的主要材料[9]。表1 常見六種外防腐層性能的相對比較 電化學保護從熱力學理論獲得的電位PH圖可知：當PH為7時鐵處于活化腐蝕狀態(tài)，使其電位上升（陽極保護）或下降（陰極保護）都能起到保護作用。由于埋地油氣管線很少采用陽極保護法，故再此不做扼要。 陰極保護防護層的主要作用是使發(fā)生電化學活性材料相互隔離。但防護層總是有缺陷，尤其難解決的是防護層上存在的小孔可以導致快速腐蝕。因此，需要使用陰極保護(CP)。由電化學腐蝕原理可知，腐蝕電池的陰極不發(fā)生腐蝕，只有陽極才發(fā)生腐蝕,因此，只要把需要保護的金屬變成陰極，就可以防止金屬腐蝕的發(fā)生。陰極保護是防止地下油氣管線發(fā)生電化學腐蝕的有效方法，可由以下兩種方法來實現(xiàn)管道陰極保護： 犧牲陽極法選擇一種其電極電位比被保護金屬更負的活潑金屬(合金)，把它與置入電解質(zhì)環(huán)境中的被保護金屬從外部實現(xiàn)電連接，這種負電位的活潑金屬在所構(gòu)成的電化學電池中作為陽極而優(yōu)先腐蝕溶解，釋放出的電流使被保護金屬陰極極化到所需要的電位范圍，從而抑制腐蝕，實現(xiàn)保護。常用的犧牲陽極材料有鎂基合金、鋁基合金、鋅基合金三大類。在土壤環(huán)境中，鎂合金陽極開路電位高，適合在土壤電阻率高的地區(qū)工作。鋅合金陽極自腐蝕小，電流效率高，壽命長，適合在土壤電阻率低的環(huán)境中使用；鋁陽極雖然單位發(fā)電量高于鎂和鋅，但在土壤環(huán)境中性能難以穩(wěn)定，陽極效率低，因而很少使用。將被保護管道與外加的直流電源的負極相連，把另一輔助陽極接到電源的正極，外加電流在管道和輔助陽極間建立較大的電位差。優(yōu)點是可給較大的保護電流，保護距離長，便于調(diào)節(jié)電流和電壓，使用范圍廣。主要適用于長輸管道以及當雜散電流產(chǎn)生的管地電位變化超過犧牲陽極的保護能力時。外加電流陽極可選用石墨、高硅鑄鐵、鑄鐵、碳鋼、磁性氧化鐵、鉛銀合金或廢鋼材。在選擇犧牲陽極法還是外加電流法時，要考慮干擾問題，附近是否有工業(yè)電源、土壤電阻率、施工可行性和經(jīng)濟性等因素。表2 兩種陰極保護法的優(yōu)缺點對比 雜散電流排流保護當有雜散電流存在時，通過排流可以實現(xiàn)對管道陰極保護，這時雜散電流就成了陰極保護的電流源。但排流保護是受到雜散電流所限制的。通常的排流方式有直接排流、極性排流、強制排流、接地排流四種形式，排流保護類型的選擇，主要依據(jù)排流保護調(diào)查測定的結(jié)果、管地電位、管軌電位的大小和分布、管道與鐵路的相關(guān)狀態(tài)，結(jié)合四種排流法的性能、適用范圍和優(yōu)缺點，綜合確定。往往一條管道或一個管道系統(tǒng)可能選擇一種或多種排流法混合使用。[10]模擬研究了影響陰極保護管線附近的未受保護的管線/套管的直流SCC的不同因素，有四個干擾的情況，即陽極、陰極、結(jié)合和誘發(fā)。得到以下結(jié)論：受保護的和未受保護的建購物的電流密度峰值與陽極的外加電流密度呈正比。未受保護的管道或套管上反向的雜散電流的流出點不會因為陽極外加電流密度的改變而改變。土壤導電性和鋼管的極性限制了電流的擴大，此電流是由外加電流陰極保護系統(tǒng)和沿未受保護建購物的雜散電流，有陰極保護建購物附近的套管可從頂部或底部開始腐蝕。陽極離被保護建購物越近，保護的和雜散的電流密度越高。 科學合理選材影響金屬腐蝕的因素包括金屬材料本身和外界環(huán)境兩個方面。就金屬本身來說，金屬越活潑就越容易失去電子而被腐蝕。研究表明：%～%的范圍或含適量的鋁、鈦、鉻、稀土金屬元素等的碳鋼，可減弱或消除鋼對堿脆的敏感性。Mori等研究的結(jié)果表明，含C≤%，Si≤%，Mn≤%，P≤%，S≤%，%～%，%～%%～%的馬氏體不銹鋼，有較好的屈服強度，可延遲裂紋產(chǎn)生。Nakamura,Shigeru等對高韌性的無縫鋼管進行了研究，%～%,%～%，%～%，P≤%，S≤%，%～%，%～%，和N≤%時，具有極好防腐特性。熱處理效果好適于寒區(qū)條件下使用。4 結(jié)論及建議隨著世界范圍內(nèi)埋地油氣管道建設(shè)高潮的來臨，防腐技術(shù)在國際上得到了高度重視，合理的腐蝕防護應從設(shè)計開始，因此要針對腐蝕原因全面具體分析，制定科學有效的防腐方案，削弱管道腐蝕，延長檢修周期。其次，如何解決防腐層缺陷問題，如何使保護電流均勻分布達到最佳的防護效果等問題還有待于近一步的深入研究。參考文獻[1]楊筱蘅，輸油管道設(shè)計與管理[M]中國石油大學出版社。2006年5月第一版。[2]郝敏，2005，14(4)：3739.[3]劉玉秀，戰(zhàn)廣深，牛永強，(SRB)，2002，16(1)：2021.[4]HectorA. 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