张伟岗、胡瑞鑫、刘柯、李伟杰、冯文超
国家管网西气东输 河南省郑州市 450000
摘要：钢质管道的腐蚀涉及到很多领域，特别是输送石油、天然气、煤气等易燃易爆流体的管道，尽管在此类工业管道设计初期就考虑了腐蚀的因素，增加安全余量。但管道的腐蚀对日常的生产运行仍然存在较大威胁。
关键词：钢质管道 腐蚀危害 腐蚀控制
一、管道腐蚀的定义及分类
广义的腐蚀定义：材料在环境作用下引起的功能失效。
目前广泛接受的材料腐蚀的定义：材料腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学或物理作用的破坏现象。
所谓腐蚀，就是物质在周围介质的作用下，生成其它物质而损失掉的过程。从能量的角度来看，腐蚀是能量转换过程。
管道的腐蚀按照腐蚀机理分为两类，一种是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏叫做化学腐蚀。腐蚀的过程是一种纯氧化还原过程，即腐蚀介质（氧化剂）直接同金属表面（还原剂）相互作用形成腐蚀产物，金属被氧化、腐蚀，介质被还原。化学腐蚀又可以分为气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。
另一种是依靠腐蚀原电池的作用而进行的腐蚀过程叫做电化学腐蚀。它是金属腐蚀中最为普通的一种形式。电化学反应特点：介质为离子导电的电解质；金属/电解质界面反应过程因电荷转移而引起的电化学过程，必须包括电子和离子在界面上的转移；界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的氧化和还原过程，金属/电解质界面上伴随电荷转移发生的化学反应称为电极反应；电化学腐蚀过程伴随电子流动，即电流发生[1]。
阳极反应：Fe → Fe2++2e
阴极反应：2H++2e → H2
总反应：Fe+2H+→ Fe2++ H2
二、管道腐蚀原理
1.化学腐蚀对管道的腐蚀
管道的化学腐蚀一般来讲是指非电介质对管道的金属表面产生的具有破坏性质的化学作用，这些对管道产生腐蚀的非电介质经过化学作用之后会产生大量腐蚀管道的腐蚀产物，这是管道的金属表面与氧化剂经过化学反应之后所产生的原子反应。一般情况下，金属性质的物体在恒温条件下或者是无水无氧的状态下是不容易产生腐蚀反应的，可是水管道的金属特性在特定环境下（水分丰富的环境下）就会有所不同，金属物体在高温的情况下会很容易被氧化，在金属物体表面产生一层致密的氧化膜，造成金属物质脱碳的情况。
2.电化学物质对管道的腐蚀
管道的电化学腐蚀一般来讲是指离子物质导电的介质对管道的金属表面产生的破坏效应的电化学作用，这种电化学物质腐蚀因素在管道的腐蚀中是比较常见的，电化学腐蚀过程实质上是两个独立并且一同进行的过程[2]。
3.细菌对管道的腐蚀
当土壤中的硫酸盐类物质处于缺氧的条件下，硫酸还原菌就会利用管道上附着的有机物质和管道附近的细菌生物膜内含有的氢元素，从而进一步将管道上附着的有机物质和管道附近的细菌生物膜内含有的氢元素还原成硫化物，硫酸还原菌在这个反应过程中获取生存的力量并且它的产物会使得对管道的腐蚀不断进行。
三、管道保护措施
1管道的涂层保护
管道的涂层保护是管道规划设计部门必须采取也是保护最基本的措施，规划设计部经常使用的防腐蚀涂层材料有沥青、煤焦油瓷漆等其他防腐涂层材料。对于管道的涂层用料来讲，规划设计部门使用频次最高的还是沥青加玻璃布的涂层构造。沥青加玻璃布的防腐蚀构造在管道防腐蚀方面的一直以来的效果还是较为良好的，但是规划建设部门在防腐蚀不同的时期和不同的环境，采用的防腐蚀材料也不尽相同。
最近几年，我国管道防腐蚀材料整体上采用的是熔结环氧粉末涂层或者是三层聚乙烯。现代科学研究表明： 现在最新的管道防腐技术是钢制管道橡胶硫外化防腐技术，这项技术能够弥补其他材料在管道防腐蚀方面的不足。
2.管道的阴极保护法
电化学物质对管道的保护总体上运用的是阴极保护法，上面提到的涂层防护层对管道的防腐蚀的作用来讲略有缺陷，其不能解决涂层防护层上的小孔导致的管道的快速腐蚀。基于此，规划设计部门采取的是阴极保护法。管道设计部门需把需要保护的管道上的金属物质都换成阴极，有效防止管道的腐蚀。
外加电流阴极保护是使用外部电源使被保护阴极极化到非腐蚀区抑制腐蚀，为了保护电流馈入点（通电点）管地电位的稳定，抵抗交流干扰对阴极保护电流输出量的影响，埋地管道阴极保护外加电流源，外加电流阴极保护广泛用于埋地钢质管道和储罐外底板以及舰船、码头、钢桩的阴极保护[3]。
为了提高阴极保护的效率，使阴极保护电流都用于被保护对象的防腐层破损点和不至于产生阴极保护屏蔽，在下列地方必须采取电隔离措施： 工艺场站的进、出口； 管道与管道所有权分界处； 支管道与主管道的分支处； 有接地和无接地管道、设备连接处； 有阴极保护与无阴极保护管道分界处； 不同阴极保护方法管道分界处； 异种金属连接处； 工作管与钢套管之间； 工作管与基墩、桥架之间。
3管道合理科学的选材
管道本身的金属物质构成也与腐蚀的程度有关，除去管道腐蚀产生的外界环境，管道规划设计部门还需要考虑管道本身金属材料的选择。最新研究表明高强度钢在管道上防腐蚀上有明显的优势，能够减少管道壁厚和材料费用。
4牺牲阳极保护
4.1原理
牺牲阳极保护是利用不同的金属在同一电解质中电极电位不同，采用比钢电极电位更负，价格比较便宜的有色金属及其合金，在同一电解质溶解过程中向钢铁提供阴极极化电流，保护钢铁不至于被电解质腐蚀。牺牲阳极法主要用于储罐内壁和具有优良防腐涂层的短小管道。
4.2牺牲阳极保护的应用
(1）埋地钢制管道阴极保护按德国规范DIN30676规定，仅用于阴极保护电流密度<10 A，长度仅几公里的埋地管道；埋设点土壤电阻率≥15 .m时，原则上采用镁、镁合金牺牲阳极，埋设点土壤电阻率〈15 .m时，可以采用锌和锌合金牺牲阳极，土壤中氯离子含量高的地区也应使用锌和锌合金牺牲阳极。
(2）临时阴极保护长输油气管道建设期内，外加电流阴极保护投产之前，土壤电阻率〈20 .m地段的管道下沟回填之后应采用带状牺牲阳极实施临时阴极保护，为保证阴极保护不会出现过保护，宜选用带状锌阳极。
(3）降低交直流干扰当埋地钢质管道通过直流杂散电流干扰区，或与≥110KV时交流输电线平行接近敷设时，管道上可能出现不能允许的直流或交流干扰电压，此时可以采用带状锌阳极来降低干扰。
结束语
钢质管道腐蚀的控制直接关系到管道的安全运行和使用寿命。做好管道防腐可以减少企业的经济损失，降低资源和能源的消耗，在一定程度上推动新技术新工艺的开发和应用。钢质管道防腐是全球性的技术难题之一，是科学技术与工程设计广泛关注的热点，钢质管道防腐的研究具有很大的技术经济意义。
参考文献
[1]戴阳，孙永祥.某成品油外输管道腐蚀失效案例的原因分析[J].油气田地面工程，2021,40(1):96-102.
[2]蒋涛，刘宝海，贾明德， 等.基于腐蚀速率预测的管道安全运行技术研究[J].石油石化节能，2021,11(1):47-49.
[3]潘林生.长输管道工艺站场埋地管线腐蚀原因及防护对策探讨[J].化工管理，2020,(15):187-188.