地下管道防腐蝕技術(shù)

孫永泰

（遼寧省遼中縣水利化工設(shè)備廠 遼寧遼中）

一、前言

常用的防腐蝕技術(shù)分電化學(xué)法和物理法兩種。電化學(xué)法能停止或減緩腐蝕反應(yīng)的進行；物理法通過表面絕緣可把需保護的表面與腐蝕介質(zhì)隔開。現(xiàn)有電化學(xué)法和物理法均可單獨應(yīng)用，但把2種防腐蝕方法結(jié)合起來效果將更理想。裸管可采用陰極保護，但保護電流大，運行費用高，對附近金屬設(shè)施干擾嚴(yán)重，這種干擾從技術(shù)上很難或根本得不到有效控制。

二、物理防護法

物理防腐蝕方法分有機材料涂層和無機材料涂層2種，有機材料涂層又分2種，薄涂層和厚涂層。

各種廣泛使用的涂料和包扎薄帶屬于薄涂層，厚度為100～500 μm；熱敷瀝青質(zhì)膜，聚乙烯（ PE）涂層，厚度＞1 mm，屬厚涂層。涂層是隔開腐蝕介質(zhì)，但絕對的隔開是不可能的，因為一切有機物質(zhì)都具有一定的吸水性和透氣性，時間長了易老化。在造成涂層破損的機械影響中，以擠壓和碰撞損壞為主，如運輸、裝卸、擺管、下溝、回填、石頭撞擊等損傷。耐擠壓性能試驗可知，塑料涂層比瀝青涂層大的多，在高溫下聚乙烯優(yōu)于瀝青。從撞擊損傷面看，高壓聚乙烯只出現(xiàn)較小損傷而瀝青損傷大。從理化性質(zhì)看(包括吸水性、水汽和氧的擴散)，聚乙烯吸水性最低，保持高電阻值。瀝青電阻值降低可能由于涂層中有薄弱點，使電介質(zhì)進入。如果瀝青層能達到104 Ω·m2絕緣電阻值，則不致削弱瀝青涂層的功效。同玻璃纖維作骨料的石油瀝青防腐層相比，薄聚乙烯（PE膠帶）在現(xiàn)場纏繞可減少機械損傷，若在車間纏繞，在運輸中難免損壞。同時，在碎石和巖石區(qū)，瀝青涂層管需要墊砂子。

物理防護與電化學(xué)保護聯(lián)合，陰極保護電流可集中在覆蓋層孔隙和受到破壞的區(qū)域，使其免遭腐蝕，而覆蓋層的作用主要是降低保護電流。

三、電化學(xué)法

陰極保護是從電化學(xué)腐蝕原理出發(fā)，從根本上杜絕腐蝕的發(fā)生，使被保護體成為陰極

而停止腐蝕。實現(xiàn)保護的方式分犧牲陽極法和外加電流法2種。一般采用4個原則。①工程規(guī)模大宜采用外加電流，工程規(guī)模小宜采用犧牲陽極。②防腐蝕層質(zhì)量優(yōu)良宜用犧牲陽極，也可用外加電流。③高電阻率土壤不宜采用犧牲陽極。④相鄰地下構(gòu)筑物密集時，不宜采用外加電流，這樣容易造成干擾，但是對于區(qū)域管網(wǎng)共同納入保護時，可以采用外加電流。

一種令人滿意、經(jīng)濟、有效的防腐蝕方法是涂一種適宜的優(yōu)質(zhì)涂層加陰極保護。陰極保護費用與電流需要量成正比。管線有良好涂層實施，陰極保護費用很低，僅為裸管保護費用的4%，占管線總投資的1%。例如，美國一個陰極保護站一般可以保護50 km，最長144 km。國內(nèi)“八三”輸氣管一個陰極站保護77 km。影響保護長度主要靠絕緣層質(zhì)量，質(zhì)量越好，保護距離越長。沈海輸氣管（Φ529 mm×7 mm）全長 88 km，設(shè)三個站，一個站不足30 km。其中原因是多方面的，如防腐層質(zhì)量差，穿跨支架、支墩時絕緣膠皮被破壞，破損處腐蝕將加劇。

試驗數(shù)據(jù)表明，破損率僅為5%，所需保護電流需要增加100倍。對新管道系統(tǒng)，腐蝕控制所需投資少，涂層與陰.極聯(lián)合保護會取得良好的技術(shù)和經(jīng)濟效果。

四、涂層對腐蝕及陰極保護的影響

在同一地點，有涂層與沒有涂層的管線相比較，有涂層的管線在長期使用中泄漏次數(shù)較少。然而，有涂層的管線在較短的時間內(nèi)可能會發(fā)生它的第一次泄漏，原因是由于涂層存在著數(shù)量較少的小孔，腐蝕集中發(fā)生在一個或幾個很小的缺陷處所至。例如，新鋼相對舊鋼來說是陽極，假定舊管因多次泄漏被割去，換上新的管線，并加上涂層，由于涂層質(zhì)量不太好，存在不可避免的漏洞，于是產(chǎn)生下述的電池作用，沒有被覆蓋上涂層的裸露處成為小陽極，處于新管兩邊的舊管線成為大陰極，這個電池的電動勢很大，而且全部腐蝕集中在那些不可避免的漏洞小面積上。因此，那些地方很快遭到破壞。

由于有涂層的保護，總的腐蝕量可能有所減少，但是局部的腐蝕穿孔速度將增加，因此第一個泄漏點將很快出現(xiàn)。

在雜散電流影響區(qū)，為了增加電阻，對有雜散電流流入作為陰極區(qū)的那部分管線施加良好的涂層是極端重要的。如果該處涂層質(zhì)量好，就減少了流入的雜散電流，因此也就減少了在別的地方流出的電流量，可減少腐蝕。

使用涂層能大大減少所需要的陰極保護電流。質(zhì)量極好的涂層，可以減少99%的電流；對質(zhì)量很差、并已有破損的涂層，只能減少50%。

五、確定“熱點”實施保護

大量腐蝕證實，管道一旦發(fā)生泄漏，將來的泄漏率將成倍增加，不斷加快并持續(xù)發(fā)生。如本廠供水管網(wǎng)，1984年投入運行，1987年出現(xiàn)泄漏，1994年為幾十處，1995年達127處，這一年占1987～1994年8年中泄漏總數(shù)的74%，呈級數(shù)倍率增長。1997年投入陰級保護后，下降為105點，1998年為49點，2001年上半年至今為零，呈明顯下降趨勢。

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，泄漏點的統(tǒng)計往往不準(zhǔn)確，例如，有不少煤氣管已處于微小穿孔狀況，但仍在粘質(zhì)土壤中使用多年，是這種粘土致密得足以阻止低壓煤氣的外泄，造成泄漏數(shù)字不可靠。將泄漏記錄編制成“熱點”位置圖，可為今后有效準(zhǔn)確實施陰極保護提供依據(jù)。

對裸管或防護層嚴(yán)重?fù)p壞的管子施加陰極保護耗電量太大而不經(jīng)濟。國外提出“熱點”保護方案，所謂熱點，是指有腐蝕潛在危險的泄點。從經(jīng)濟上考慮，熱點實施保護大約只需完全保護投資的15%就可防止90%泄漏事故的發(fā)生。確定熱點一般有2種方法。

（1）土壤電阻率測量法。確定腐蝕性的土壤環(huán)境。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電阻率分布突然下降的圖形，即明顯變化部位，表明該部位需要進一步調(diào)查，并采取保護措施。

（2）管地電位測量法。確定可能發(fā)生腐蝕的陽極區(qū)。腐蝕發(fā)生在電流離開管子的陽極區(qū)，又在管子的陰極區(qū)返回。在陽極管地電位讀數(shù)是負(fù)，兩側(cè)讀數(shù)較正。發(fā)現(xiàn)有問題的地段，再多取幾個讀數(shù)就可確定陽極區(qū)，最終找到腐蝕點的位置。

采取確定“熱點”位置，分地段實施電化學(xué)保護的辦法就能延長干線使用壽命，從而取得事半功倍的效果。

熱點保護通常采用的方法有：犧牲陽極法、外加電流法、排流保護法和防護層覆蓋法。在泄露部位安裝犧牲陽極，不管以后采取什么別的補救措施，均可確保腐蝕“熱點”部位處于保護狀態(tài)。