液氮液氧運輸金屬材料管道防腐蝕措施研究

軒志勇

（北京特種工程設計研究院，北京 100028）

金屬材料在日常的生活和現代發展生產中應用廣泛。給人們的生活帶來了很大的便利，但是由于時間的作用，在金屬與空氣、水、或化學等接觸的時候，也產生了金屬腐蝕，長期下來，不僅縮短了金屬材料的使用壽命，也有部分會對人們的身體造成極大影響，因此在使用這些金屬材料的同時，研究出如何抵御金屬腐蝕的措施，是延長金屬材料使用壽命和降低材料成本的重要一項工作項目。

1 液氮液氧金屬管道腐蝕原因

腐蝕是引起金屬管道破壞的主要原因，導致金屬材料發生腐蝕的環境主要有兩大類，第一類，是自然環境，比如大氣和海洋等較弱的腐蝕環境。另一種是工業環境，比如強腐蝕性工業氣體等。在日常自然環境的腐蝕中，腐蝕類型屬于電化學腐蝕，效果較弱，腐蝕的速度較慢，但是潛在危害較大。而液氮液氧運輸金屬材料是在工業氣體的環境下被腐蝕的，屬于化學腐蝕，效果較為強烈，破壞性較強。金屬管道的腐蝕與其所處的環境和輸送介質有關。比如，四川天然氣輸氣管網南干線，輸送的天然氣含液氮和液氧，含水量在70%以上，該集數管線主要是以垢下腐蝕為主，液氮以及液氧是引起管道腐蝕的主要因素。另外，還與金屬材料管道本身的材質和制造因素在運行中的使用應力有關，為了有效提高金屬材料管道的使用壽命，提出液氮液氧運輸金屬材料管道防腐蝕性措施，對其進行優化處理，有效提升液氮液氧運輸金屬材料管道的腐蝕性[1]。

2 改善管道金屬材料

金屬在發生腐蝕后，會降低金屬材料的強度和塑性等力學性能，不但會破壞金屬構件的幾何形狀，還會增加零件之間的磨損。為了解決該現象，提出改善金屬本質的方案，解決液氮液氧運輸金屬材料管道腐蝕的問題。

首先，根據用途的不同選擇不同的材料組成耐蝕合金，提高液氮液氧運輸金屬材料管道的腐蝕性，有效減緩金屬腐蝕的速度。在金屬材料管道的表面覆蓋各種保護層，將被保護層和腐蝕性介質隔開，該方法是防治金屬材料管道腐蝕的有效方法。在工業中通常會使用保護層改善金屬本質，一種是非金屬保護層，另一種是金屬保護層，這兩類屬于化學方法和物理方法[2]。

其次，金屬的磷化處理是先將鋼鐵制品去油后，放入特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡，即在金屬的表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜。增加金屬材料管道的吸附能力，提高其腐蝕性。金屬保護層是先將金屬鍍在被保護的另一種金屬制品表面上的一個保護層。隨著科學的進步和發展，新的技術不斷更新，其中電化學保護是一種重點了解的一種方法[3]。是以研究金屬腐蝕為目的，價格廉價，可以有效減緩金屬的腐蝕性。由于金屬電化學腐蝕的機理比較復雜，形式多種多樣，影響因素千差萬別，所以在實踐的過程中，通常會將其作為重要的防護措施。該方法是根據金屬材料的選材和結構設計的，也是需要重點了解的方法。

3 金屬材料的防腐蝕措施

3.1 犧牲陽極法

在被保護金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負于被保護金屬體的電位，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極。此方法在船舶、管道防腐蝕應用中應用極多。

3.2 改變金屬管道材料

在金屬材料管道的材料中可添加合金元素，提高其耐蝕性，把被腐蝕金屬和金屬涂層影響介質隔絕，可以防止或減緩金屬的腐蝕。如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強防腐蝕的能力。

3.3 非金屬保護涂層和金屬保護涂層

比如塑料噴漆噴在金屬材料表面，使外觀光滑，外表看起來更美觀，隔絕了金屬與空氣結合，形成非金屬保護層。而另外的金屬保護層，是用另外的一層防腐蝕金屬涂層在金屬管道表面，達到防腐蝕作用。

3.4 應用電化學方法

改善環境對減少液氮液氧運輸金屬材料管道的腐蝕性有重要的作用，比如，降低腐蝕介質的濃度，除去介質中的氧，控制環境溫度減少金屬材料管道的腐蝕性。第一種，在實踐的過程中，加強對金屬材料的溫度控制，或者控制金屬材料腐蝕介質中的氧，都可以很好的改善金屬材料的使用環境，一定程度上預防金屬材料腐蝕的發生。第二種，在金屬材料表面熱噴涂玻璃涂層，該方法具有獨特的抗腐蝕效果，可以有效增強其耐磨性和穩定性。在進行涂層處理前，要根據金屬材料的性能匹配合理的熱膨脹系數，達到熱噴涂效果[4]。

目前，管道剩余壽命評估技術比較落后，同管線檢測技術一樣，要對管道剩余壽命進行評估，有針對性的采取修復技術達到最小的投資，取得最好的效果。國內的管道修復技術比較落后，和其他所有涂層管道不一樣，所以在焊接的過程中，需要考慮無機非金屬涂層管道內補口的問題。

對于有機涂層，除了要在焊縫附近涂層中一些低熔點組分揮發燒損外，還要防止裸露在外面的金屬介質遭到腐蝕。為了解決金屬材料管道腐蝕嚴重的問題，采用電化學法，增強管道使用壽命，達到預期的水平。電化學腐蝕是在金屬材料處于介質中時，根據金屬材料表面化學性質不均勻的特點，構成腐蝕電池，陽極會發生氧化反應，金屬釋放電子溶解，成為離子態進入電解質溶解。陰極會發生還原反應，氧化劑獲得電子被還原，在電解質溶液的傳遞中形成電子流。具體實踐過程如下所示；

圖1 實踐過程

圖1 是電化學實踐過程，電化學一般常用的材料有鋅或者合金，常用于保護海輪外殼。采用犧牲陽極法進行陰極保護，保護效果的好壞與犧牲陽極材料本身的性能有直接關系。材料具備條件；第一，電位負，極化小。第二，溶解性好。第三，價格廉價。該方法是將保護金屬與電位負極相互連接，構成電流回路，改變金屬發生陰極極化，這樣被保護金屬在與電源相連接時，可以直接將被保護金屬的電極降到最低，形成腐蝕電池，使金屬發生陰極極化。以上為電化學腐蝕過程，伴隨微生物的參與，對防止金屬材料腐蝕發生具有重要的作用，該方法對提高液氮液氧運輸金屬材料管道腐蝕性具有重要的作用[5]。

4 結語

隨著科技發展，防腐蝕措施也在不斷進步完善，通過對液氮液氧金屬材料腐蝕機理的分析和探討，提出改善金屬本質和金屬環境等措施，在選材的應用上和環境的選擇上，都要以預防金屬材料腐蝕的發生為主，把金屬防腐蝕措施應用到更多的生活和現代化建設中，降低材料應用成本、降低能源浪費，減少事故發生的概率[6,7]。