城市燃气埋地钢管防腐方法

王彦勇

（哈尔滨中庆燃气有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150076）

1 钢管的腐蚀原因与特点

埋地钢管的腐蚀形式分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种，多以局部腐蚀为主，其危害性也最大。

而造成埋地钢管腐蚀的原因通常包括四大类，微电池腐蚀、宏电池腐蚀、微生物腐蚀、杂散电流腐蚀。

微电池腐蚀的成因在于钢管微观金相结构的不均匀，由距离很近的阳极和阴极形成的微电池作用所引起的管道腐蚀。由于造成微电池腐蚀的阳极与阴极的距离非常近，因此微电池腐蚀的速度仅取决于阳极和阴极的电极过程。其造成的腐蚀十分均匀，因此又被称为均匀腐蚀。因为对于微电池腐蚀只需在设计时增加足够的钢管壁厚就可以解决，所以微电池腐蚀的危害是较小的。

宏电池腐蚀的成因，则是因为管线所处的周围环境不同，管线周围物理化学参数变化较大，导致管段两端存在明显的电位差异，形成宏电池作用而引起的管道腐蚀。宏电池腐蚀造成的腐蚀形态是在阳极区生成局部麻坑、是形成管线腐蚀穿孔泄漏的主要原因。影响宏电池腐蚀速度的因素除了电极过程之外，还有土壤的电阻率。土壤电阻率越大，宏电池腐蚀的速度越慢。由于宏电池腐蚀造成的是局部腐蚀，其结果往往是管道穿孔，所以其危害性最大，是钢管防腐的重点。

杂散电流腐蚀是由于管网周围有外来电流把管线作为回流通路，致使管线局部电流流出形成的局部坑蚀。这种腐蚀在实际中出现的几率不大。

微生物腐蚀：是由土壤中的部分菌类（如：硫酸盐还原菌、硫氧化菌、铁菌）参与腐蚀的过程，比如还原型硫化物可被硫氧化菌氧化至硫酸盐，从而对钢管造成腐蚀。

除微电池腐蚀外，其余三类腐蚀都可以通过防腐涂层的方法对管道外壁加以保护，从而阻断钢管与外部环境间的电接触，使得这三类腐蚀得到有效的控制。此外在相同的情况下，施工质量对管道防腐效果的影响是很大的。在施工过程中三通、焊口、法兰、盲板、接头等部位是防腐施工的难点，这些部位极易出现防腐质量问题。如果防腐处理不好，就会在局部形成严重的腐蚀。除锈也是钢管施工中一个关键节点，如果钢管除锈不彻底，防腐材料就不能与钢管紧密粘结在一起，很容易形成原电池，从而产生电化学腐蚀。

2 钢管的防腐方法

通过对埋地钢管腐蚀原因的分析，我们会发现造成埋地钢管腐蚀的主要原因是电化学腐蚀，该腐蚀分为阳极过程、阴极过程、电流流动三个过程，这三个过程既相互独立又彼此联系，其中一个过程被阻断，另两个过程也就不会发生，腐蚀电池就会停止和减慢。这给我们采取防腐对策提供了理论依据。针对埋地钢管电化学腐蚀的三个过程，钢管的防腐应从阻断其中某一过程入手。因此埋地钢管的防腐一般采用以下两种方法：

①增加埋地钢管的管材和土壤之间的过渡电阻，减小腐蚀电流。如在管道外壁加防腐涂层，可增大回路电阻，减少腐蚀电流；目前埋地燃气管道常用的外防腐涂层主要有石油沥青防腐、煤焦油瓷漆防腐、环氯煤沥青防腐、熔结环氯粉末防腐、聚乙烯胶带防腐和三层PE复合结构防腐等六类。三层聚乙烯复合结构涂层在国际上使用已超过30年，在国内使用也已超过8年，近几年，我单位采用三层PE防腐技术，三层聚乙烯复合结构涂层较其他防腐工艺而言耐机械破坏能力更强，从而使得施工时能有效减少施工保护成本及补伤成本，且减少成本的同时并不会增加，焊接复杂度，故并不会对施工单位增加额外的负担。虽然管道外壁加防腐涂层方法简单、防腐效果明显，但是防腐涂层一旦遭受外力破损，裸露部分会加速腐蚀，从而在局部造成腐蚀穿孔。因此防腐涂层法只能治标而不能治本，只有在采用防腐涂层法的同时结合电保护法才能取得标本兼治的效果，经济而有效。欧美等发达国家的实践已经充分证明，在采用防腐涂层防腐的同时必须采用电保护。

②采用电保护法。电保护法分为外加电源保护法（阴极保护）、牺牲阳极保护法和排流保护法。

通过外加直流电源，可以使钢管相对于外部环境形成负电位、从而达到阴极保护的效果，消除形成微电池腐蚀和宏电池腐蚀的阴阳极电位差，从根本上阻止阴阳极过程的进行。但在城市燃气系统中，燃气管道周围往往伴有电力通讯管线和供水、供热管网。如果采用阴极保护法，外加直流电源会对电力通讯管线和供水、供热管网造成很大影响。从而出现自身受益、它家受害的局面。而采用比钢管还原性较强的金属作为保护极与钢管相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的钢管作为正极就可以避免被腐蚀的牺牲阳极保护法则不会出现此类情况。因此，我公司采用的就是牺牲阳极保护法，在城市燃气的输气干管采用防腐涂层与牺牲阳极相结合的防腐方法，进一步提高了防腐效果。对于其它压力较低的非主干管道，则一般直接采用防腐涂层法。

在牺牲阳极保护法应用中，一般采用镁合金作为牺牲阳极对管道进行保护。由于阴极保护系统通过牺牲阳极镁合金，能对钢管提供足够量的电子，使钢管界面呈负电性和达到足够负的电极电位，从而抑阻氧化反应；此时还原反应所需电子完全从牺牲阳极镁合金获得。由此实现了阴极保护，停止了金属的腐蚀过程。由于在输出电流过程中牺牲阳极镁合金会逐步被消耗，因此镁合金牺牲阳极的设计使用年限需要与管道的使用年限相一致，从而确保牺牲阳极保护的效果和持久性，减少日后的维护强度和成本。但需要注意的是，在土壤电阻率过高和钢管穿越水域、沼泽等特殊地域时，就不适宜采用牺牲阳极保护法对钢管进行防腐保护。

钢管是在城市燃气管网中应用最广的管材，在整个燃气领域钢管发挥着不可替代的重要作用。但是，在使用过程中我们在看到钢管优点同时也必须意识到由于钢管的特性和实际施工和维护管理过程中一些无法克服的原因，造成了燃气钢管使用寿命较短，导致了泄漏、爆炸等事故的发生，严重影响城市建设发展和市民正常生活，妨碍社会稳定，甚至威胁人民生命和财产的安全。因此通过对管网腐蚀情况调查和腐蚀样片分析，掌握管网腐蚀现状和规律，同时增加管道内壁和外壁的各项目腐蚀监测。根据被保护钢管的用途、工作压力和所处环境的不同，综合全面地考虑防腐方法。我们要在已取得埋地钢管防腐有效应用经验的基础上，力争克服问题和不足。向专家和同行学习，建立防腐保护管理信息系统，使防腐保护工作从单一的管理维护、腐蚀控制职能向腐蚀监测和隐患预报职能提升。从而确保燃气管网的安全稳定运行，减少燃气事故的发生。为广大人民群众创造更美好的生活环境。

[1]马向南.城市燃气埋地管道泄漏事故应急资源调度的研究，2010-03-15.

[2]林树青.基于风险的埋地管道事故预防关键技术研究，2010-09-18.