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、產生腐蝕的主要原因以及防治腐蝕的幾種常見方法。

關鍵詞：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境作用下引起的金屬材料的破壞和變質。當然金屬腐蝕的定義還有其他的描述形式，但本質都是一樣的。所謂的環境是指金屬材料接觸的工作環境，不僅大氣、土壤、海水、酸、堿、鹽等各種電解質溶液是腐蝕環境，非電解質溶液，甚至苯、醚等非極性的有機溶劑也可能成為腐蝕的介質；不僅化學和電化學作用能引起腐蝕，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濟損失、造成資源和能源的浪費，而且還可能會造成對環境的污染、引發意想不到的災難事故。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

金屬管道在不同的工作環境下，由于所接觸的腐蝕介質不同，產生的腐蝕形態也不盡相同。金屬按其腐蝕的形態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，當有應力存在時腐蝕和應力協同作用，將引起應力腐蝕、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，結果使金屬構件截面尺寸減小，直至完全破壞。純金屬及組分均勻的合金在均勻的環境介質中表現出全面腐蝕。如鋼鐵設備在水溶液和普通大氣中所發生的腐蝕。全面腐蝕的電化學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出現向深處發展的腐蝕小孔，而其余地區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。由于鋼鐵管道內外表面會出現不同程度的凸起和洼坑，不易形成連續緊密的氧化膜，在膜的缺陷處容易產生小孔腐蝕。當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生孔蝕。孔蝕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。通常孔蝕小而深，孔徑只有幾十微米，小于其深度，其具有不同形態形式，分布也不均勻。孔蝕還能引發應力腐蝕、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，使縫隙內介質處于滯留狀態，引起縫內金屬加速腐蝕的現象稱為縫隙腐蝕。在管道與管道的連接處或者有裂縫的管道上容易產生縫隙腐蝕。在剛開始時，縫隙內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，使縫隙內氧被迅速消耗掉，外界的氧不能進來補充，是氧化還原反應不能進行，從而形成氧濃差電池。此時縫隙內陽極溶解仍在進行，而陰極反應已經轉移到縫隙周圍的表面金屬進行，由于大陰極小陽極，加速了縫隙內金屬的溶解 ，二次腐蝕產物逐漸在縫口產生，產物積累到一定程度，縫隙被覆蓋，空隙內介質的擴散受到限制，導致該處介質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域發展，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生明顯變化，卻使晶粒間的結合力大大減弱，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，導致晶界與晶內電極電位發生變化，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。由于介質中存在某些微生物而使金屬腐蝕加快的現象稱為微生物腐蝕，也稱細菌腐蝕。細菌能產生具有腐蝕性的代謝產物，如硫酸、有機酸和硫化物等，加快管道的腐蝕；某些代謝產物能改變溶液的PH值、溶解氧濃度、鹽濃度等，從而改變環境介質條件；微生物能破壞非金屬保護層或緩蝕劑的穩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

流體介質與金屬之間的相對運動，引起金屬局部區域加速腐蝕破壞的現象稱作磨損腐蝕，簡稱磨蝕。工作在水體等流體中的管道系統特別是彎頭、三通、閥門等常發生磨蝕破壞。較高的流速是造成磨損腐蝕的主要因素，當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運來陰極反應物，從而減小陰極的極化，加速腐蝕。

3 腐蝕產生的原因

（1）內部因素。鋼鐵本身的成分、組織、結晶方向、殘余應力、表面轉化膜等的不均勻性，會使金屬內部產生不同電位的區域，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、二氧化碳等介質與金屬反應而造成腐蝕的現象叫大氣腐蝕。鐵在空氣中生銹是常見的大氣腐蝕現象，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溶解到其中，形成電解質溶液，使鋼鐵表面發生電化學腐蝕。

b） 土壤腐蝕。土壤是有多相物質組成的混合物，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成原電池。由于組成管道的鐵并不是純鐵，，含有一定的雜質、在管道連接處會有焊縫等，是金屬本身的性質有較大差異，當其與土壤接觸時，會形成微腐蝕電池，加快管道腐蝕。當管道鋪設地域所含電解質車別很大時會構成腐蝕宏電池，也能加快腐蝕的進行。

c） 細菌腐蝕。微生物能在很多環境中生存，在一定條件下能對鋼鐵管道產生腐蝕。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，而硫化物與介質中的碳酸等物質作用產生硫化氫，進而與鐵反應生成硫化亞鐵，加速了鋼鐵的腐蝕，同時還阻止陰極上吸氫反應所生成氫原子的復合，促進氫向金屬內部滲入，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、鍍一層化學性質穩定、耐腐蝕、能形成一層不易被破壞的表面覆蓋層，將管道與環境介質隔離，使管道不能直接與腐蝕性物質接觸而發生化學反應，從而防止腐蝕。常用的方法有：電鍍、化學鍍、化學轉化膜、滲鍍、包鍍、熱噴涂、襯里防護技術等。常用的襯里技術有：a） 水泥砂漿襯里。水泥砂漿與管道內壁結合性極好，而且其比金屬的管道內壁更光滑，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）環氧樹脂涂襯法。環氧樹脂具有耐磨性、柔軟性、緊密性，其與硬化劑混合后形成反應性樹脂，可以形成快速、強勁。耐久的涂膜。c）內軟管法。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。

改善管道所處環境介質的成分、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等。

參考文獻

[1]關寶印 鋼質管道的腐蝕與控制技術（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，1986年第2期

[4]佟潮陽 淺談供水管道腐蝕的預防措施 工程論壇，2005年第7期

[5]黃廷林（主編） ?水工藝設備基礎? 中國建筑工業出版社