城市燃气户外立管腐蚀分析及选材研究

蒋永 李俊颖

（中国石油西南油气田公司销售分公司，四川 成都 610000）

城市燃气户外立管腐蚀分析及选材研究

蒋永 李俊颖

（中国石油西南油气田公司销售分公司，四川 成都 610000）

针对城市燃气户外立管日趋严重的腐蚀现状，通过对某燃气公司户外立管腐蚀的调查，阐述了影响地上管线腐蚀的主要原因，通过采集立管出地面附近的土壤对埋地管线和监测空气质量对露空立管进行腐蚀机理分析，并进行了土壤腐蚀环境和大气腐蚀环境的模拟实验，实验表明在立管出土部分埋地管线选材上宜选用3PE无缝20号钢管；而在露空立管选材上可使用000Cr17的薄壁不锈钢管。

城市燃气 户外立管 埋地管线 露空立管 腐蚀环境

0 引言

城市燃气立管用钢主要采用镀锌钢，在含水量上升、H2S和CO2酸性气体存在、氧浓差电池的腐蚀、土壤腐蚀、杂散电流腐蚀的综合影响下，燃气管道腐蚀现象十分突出［1］。笔者以某城市燃气公司的燃气户外立管腐蚀为例，探讨了户外立管的腐蚀机理及管线选材问题。

1 影响地上管线腐蚀的原因

1.1 钢管材质影响

材料本身化学成分局部不均匀性［2］，导致其在外界因素的影响下，易形成微电池，在表面产生局部腐蚀。当管材短时间暴露在大气中即会产生整体的面腐蚀，时间一长，因其化学成分的局部不均匀导致腐蚀速度不一致，即会在面腐蚀的基础上加速产生局部的腐蚀凹坑。

1.2 施工工艺影响

对于无缝管的防腐，其关键的工序为除锈和防腐层的涂敷［3］，而该两道工序均为现场施工，现场人工作业时，因施工工艺的限制，施工质量难达到质量标准的要求，导致铁锈未能彻底清除干净、涂敷不均匀未能达到防腐保护效果等缺陷。

1.3 施工环境影响

燃气管道安装是与土建等同步进行、交叉作业，现场作业环境恶劣。施工中，除锈防腐安装后的管道其表面防腐层易遭局部或整体性的机械损伤和化学损伤（如墙体酸洗时损伤表面油漆），而后的返修因现场条件的限制很难达到质量要求。

1.4 地理环境影响

一方面某燃气公司经营所在地地处工业集中区，空气潮湿、盐碱度相对较高，腐蚀性强，同时室外温度高，加速了管道的腐蚀；另一方面地上管腐蚀发生在钢管穿墙、穿楼板和出地面等需要安装套管的部位。因实际施工中，因间隙较小，空隙填充难以完全密实，外封口层在温度胀缩作用下，逐渐产生龟裂，裂纹与疏松的封堵材料形成毛细通道，外界雨水被吸附于套管空间内，难以挥发干燥，使套管内的钢管长期处于被水浸泡状态，同时被水浸泡钢管的部位处于贫氧状态，构成氧浓差电池的阳极，而完全暴露在空气中的管道，构成氧浓差电池的阴极，形成氧浓差电池。

2 腐蚀机理分析

为掌握管线的腐蚀环境与腐蚀机理，在立管出

地面附近釆集一定数量的土壤样品和腐蚀产物样品进行实验室分析，得到腐蚀介质的含量，对埋地管道的腐蚀环境和腐蚀机理进行初步分析。此外，对该地区的空气质量进行监测，得到大气的湿度以及所含的主要有害成分（二氧化硫、二氧化氮以及悬浮颗粒物）的含量，从而对露空立管的腐蚀环境和腐蚀机理进行初步分析。

2.1 土壤分析

土壤分析主要进行土壤含水量、土壤酸碱度、土壤盐分、硫酸根离子、氯离子、碳酸氢根离子共6项土壤理化指标的测定与计算。测定结果见表1。由表1可见，该土壤样品pH值为8.37，呈弱碱性，不含碳酸根离子。

2.2 大气环境质量分析

大气环境质量分析主要进行了四项指标的检测，即二氧化硫、二氧化碳、总悬浮颗粒物及大气湿度，发现当地大气中，二氧化硫含量偏高，达到0.021 mg/m3，超过了国家一级污染标准；二氧化氮含量也较高，总悬浮颗粒物达到了0.148 mg/m3，超过了国家一级污染标准。整体上，大气质量属于A类大气。加之当地湿度较大，一般年平均相对湿度接近75%，属于偏潮湿性大气环境。由于大气中腐蚀性物质的存在加速了钢结构的腐蚀速率，在相同湿度条件下，腐蚀性物质含量越高，腐蚀速度越大。如果有吸湿性沉积物（如氛化物等）存在时，即使环境大气的湿度很低，也会发生腐蚀。因此认定燃气管线的大气腐蚀较强。

表1 土壤理化分析实验结果表

2.3 腐蚀产物分析

通过对埋地出土部分立管和露空立管的腐蚀产物进行检测得出腐蚀产物成分，具体见表2。

表2 腐蚀产物含量表

1）出土部分立管腐蚀机理分析。从腐蚀产物样品的检测结果来看，立管出土部分埋地管段的腐蚀产物主要为Fe3+，占89%；其余大部分为Fe2.77+。主要原因为：①浓差电池的影响。对于氧浓差电池来说［4］，由于管线中下部的氧浓度相对于中上部低，造成管线的底表面是阳极而管线的其余表面是阴极，土壤则为电解质，金属管线本身成为联结电路。②点蚀（也称孔蚀）的影响。点蚀是一种隐蔽性强，破坏性大的局部腐蚀。点蚀有一个点蚀电位（击穿电位），它的高低反映金属表面钝化膜被击穿的难易程度。当腐蚀电位达到或超过点蚀电位就可能击穿表面膜导致点蚀核的产生。管材表面氧化膜发生局部溶解就形成点蚀源，在点蚀发生的初始阶段，因阳极溶解下来的金属离子发生水解而生成H+，因此蚀孔中溶液pH值下降，具有强酸性。这样又加速了金属的溶解，从而造成了蚀孔的扩大与加深。随着腐蚀的不断进行，在蚀孔上形成了腐蚀产物，致使蚀孔内外的物质迁移难以进行，导致蚀孔金属盐进一步浓缩，因水解而使pH值进一步降低，点蚀发展为自催化。③杂散电流的影响。环境介质中的杂散电流可以通过防腐层某处缺陷进入金属结构物，再从结构物防腐层另一处缺陷的部位流出，进入环境介质，这样就构成了一种电解腐蚀电池。杂散电流流入金属该结构物处为该电池的阴极，电流流出

的位置为该电池的阳极，并在阳极区发生激烈的电解腐蚀，腐蚀强度高；腐蚀集中于局部位置，对埋地管道一般是集中于防腐层缺陷处，影响范围很广，破坏位置和破坏强度具有随机性、动态性。

2）露空立管腐蚀机理分析。从腐蚀产物样品的检测结果来看，贴壁立管管段的腐蚀产物主要为Fe2.67+，占69%；其余大部分为Fe3+。影响大气腐蚀的因素有湿度、有害成分（二氧化硫、二氧化氮和总悬浮颗粒物）等。具体分为：①湿度的影响。空气中的水蒸气很容易在金属表面以液体的形式凝结，空气的湿度越大，凝结趋势越明显，金属表面形成的电解液膜存在的时间越长，腐蚀速度也相应增加。研究表明，钢铁、铜、镍、锌等金属的临界湿度约为50%～70%。当相对湿度接近75%时，已经超过了临界湿度，钢材表面水膜完整，电化学腐蚀过程顺利进行，从而导致立管管段严重腐蚀。②有害成分的影响。二氧化硫、二氧化氮等气体溶于金属表面的水膜后，形成了连续电解液薄层，由于氧的去极化作用，导致金属表面的电化学腐蚀。悬浮颗粒物附在金属表面，某些可溶性盐颗粒（如铵盐）溶入水膜，提高了水膜的电导，促进腐蚀作用；某些有吸附能力较强的颗粒（如碳粒），加速了二氧化硫和水蒸气的吸附；其他不溶也没有吸附能力的颗粒（如砂粒），在金属表面吸附后形成缝隙，凝聚水分，形成氧浓差电池的局部腐蚀条件，加速腐蚀进行。

3 腐蚀环境模拟实验

针对常用的几种常用材料进行土壤腐蚀环境和大气腐蚀环境模拟实验，将管材浸泡在模拟大气腐蚀介质的气体中10 h，测量其在55℃下的失重，再计算平均腐蚀速率，获得管材的平均腐蚀速率，结果见表3和表4。

表3 土壤溶液腐蚀浸泡实验结果表

表4 大气溶液腐蚀浸泡结果表

从上述两表可知：各种燃气管线在当地土壤条件下的适应性由好到差依次为铝塑复合管、3PE无缝20号钢管、环氧涂层20号钢管、热镀锌20号钢管；各种燃气管线在当地大气条件下的适应性由好到差依次为铝塑复合管、000Crl7不镑钢管、3PE无缝20号钢管、热镀锌20号钢管。

4 结论

1）在立管出土部分埋地管线选材上，对于新建管线，虽然铝塑复合管防腐性能好，但强度不高，因此3PE无缝20号钢管较好，其次为环氧防腐涂料的20号钢管。对于原有旧的埋地管线，经测试腐蚀程度较小的建议可以采用在其表面使用防腐涂层；腐蚀程度较大的，剩余壁厚较小的则应及时更换。

2）在露空立管选材上，虽然铝塑复合管的防腐蚀性能最强，但因GB50028-2006标准规定禁止在室外使用，同时在考虑价格因素的情况下，可使用000Cr17的薄壁不锈钢管。对于旧立管管线，经测试腐蚀程度较小的建议可以在表面使用防腐涂层，而腐蚀程度较大、剩余壁厚较小的则应及时更换。

［1］孙芃.户内燃气立管的腐蚀与防护［J］.腐蚀与防护，2013（1）：88-90.

［2］魏宝明.金属腐蚀理论与应用［M］.北京：化学工业出版社，1984：212.

［3］林安，周苗银.功能性防腐涂料及应用［M］.北京：化学工业出版社，2004：143.

［4］郭生武，袁鹏斌.油田腐蚀形态导论［M］.北京：石油工业出版社，2005：56-60.

（编辑：蒋龙）

B

2095-1132（2014）06-0047-03

10.3969/j.issn.2095-1132.2014.06.014

修订回稿日期：2014-11-02

蒋永（1979-），工程师，从事油气储运工作。E-mail：25458214@qq.com。