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          城市燃氣鋼質管道的防腐和陰極保護

          要:鋼管的防腐工作對于城市燃氣管道能否長期運行而言至關重要。本文首先分析了燃氣鋼管受電化學腐蝕相關的一些種類和概念,然后從絕緣層防腐法、外加電源以及犧牲陽極等保護法介紹了抑制燃氣鋼管的受腐蝕的方法。

          關鍵詞:城市燃氣鋼管 防腐蝕 陰極保護

          1燃氣鋼管的電化學腐蝕

          1.1電化學腐蝕的方式

          城市燃氣鋼管多埋與地下,其腐蝕多伴隨接觸土壤產生,因此,需要對土壤腐蝕環境有一定的掌握。作為一種混合物,土壤的組成包括了固、液、氣三態物質,土壤中的膠體周圍存在一些陰離子電荷,如若有水分滲入土壤,那么土壤便相當于一些多相電解質,且其擁有一定的腐蝕性,當接觸到金屬鋼管時,會有電化學反應產生,進而腐蝕鋼管。

          土壤里電化學反應對于城市燃氣鋼管的腐蝕分兩類,分別是宏電池和微電池腐蝕。宏電池腐蝕主要發生在兩種土壤分界處,當有金屬鋼管同時分布在兩種土壤中時,在土壤分界處極易產生程度較大的腐蝕現象,并且這種電池性腐蝕的陰陽極區較為明顯,諸如氧濃差、鹽濃差等腐蝕均屬此類。微電池腐蝕主要發生在金屬表面,其產生原因主要分為兩種,其一是因土壤中的物質結構差異性較大造成的,其二是由鋼管自身結構差異性較大造成的。

          1.2電化學腐蝕的機理

          金屬鋼管接觸到兩種不一樣類型的土壤,在兩種界面會產生不一致的電位,致使金屬上存在兩種電位差,且土壤是導電物質,極易為腐蝕宏電池提供回路。因此,金屬發生宏電池腐蝕時因為金屬上面存在電位差造成的。因土壤結構存在差異性,同時與之接觸的不同物質還存在特定的結構和形態,因此,宏電池腐蝕發生面較廣、復雜性較高。根據我國社科院的實驗表明,對于金屬物件,宏電池對其腐蝕性很強,一般為微電池腐蝕強度的10倍,并且因宏電池腐蝕多發生在土壤結構相異處,多屬局部區域的腐蝕,極易產生燃氣鋼管穿孔。與宏電池腐蝕相比,微電池類型腐蝕強度較小,且分布較為均勻,且陰、陽極區并不明顯,因此,它對城市燃氣鋼管的腐蝕性不強。

          1.3氧濃差電池

          當在結構存在差異的土壤中埋設城市燃氣鋼管時,因土壤密度不同會導致其通氣狀況不一致,接觸通氣性較好的這部分土壤的鋼管的電位相對較高,在所形成的氧濃差電池中充當陰極區,腐蝕較為緩慢,而接觸通氣性較差的那部分土壤的鋼管的電位相對較低,在所形成的氧濃差電池中充當陽極區,腐蝕速度

          較快。因此,對于城市燃氣鋼管而言,氧濃差電池是造成其腐蝕的一個重要因素。

          例如埋設在土壤密度較小的綠化帶下面的鋼管,由于周圍水分和溶氧量大,所以相當于鋼管埋在富氧物質環境中。而埋設在土壤密度較大的水泥路下面的鋼管,由于周圍環境干濕,所以相當于鋼管埋在貧氧物質環境中。在這兩種土壤的交界處的鋼管周圍便形成了氧濃差電池,缺氧表面作為所謂的陽極區,便會產生腐蝕。所形成的氧濃差電池是通過引起鋼管表層陰極和陽極的不同電流密度,從而使腐蝕產生自催化過程,降低了缺氧陽極附近土壤的PH值,即升高了氯離子濃度,致破壞了此部位鋼管的氧化膜。根據上述分析可知:氧濃差電池的形成對管道的安全造成了嚴重的隱患和威脅。

           

          2 燃氣鋼管的防腐

          2.1絕緣層防腐法

          此種方法的目的是抑制腐蝕電流,為此需增加燃氣鋼管和土壤間的等效電阻。目前,較為有效和主流的方法是用瀝青材料作為鋼管的絕緣層,其防腐效果良好。實施絕緣層防腐法,需確定鋼管的防腐絕緣等級,而絕緣等級受土壤的電阻率影響,因此,防腐的重點施工在于能否準確測量出土壤的電阻率。

          2.2外加電源陰極保護法

          城市燃氣鋼管被腐蝕多由其外壁的防腐絕緣層受損引起,而絕緣層保護無法從根本上預防物理損壞,因此,目前多利用電保護法和絕緣層保護相結合的方法。

          所謂電保護法,其原理是使金屬鋼管均等效為陰極區來抑制腐蝕,因此,電保護法又叫做陰極保護法,其通常分為兩種,分別是外加電源陰極保護法和犧牲陽極的陰極保護法。外加電源陰極保護法,需將電源負極和鋼管相連,正極和接地陽極相連,其保護電流由電源正極至輔助陽極,再由土壤至鋼管,最后回到電源負極。被保護金屬在大地電池中仍為陰極,其表面只發生還原反應,不會再發生金屬離子的氧化反應,使腐蝕受到抑制。

          值得注意的是外加電源這種保護方法中,存在最小和最大保護電位兩個概念。最小保護電位即鋼管所能受到陰極保護的最低電位,受土壤腐蝕性影響,在城市燃氣鋼管方面,最小電位多選取對地-0.85V。最大保護電位,一般選取-1.30V左右。

          2.3犧牲陽極的陰極保護法

          雖然外加電源對鋼管有很強的保護作用,但是鋼管鄰近的金屬和設備會因沒有保護電流的輸入,被等效為陽極而被破壞。為此,在城市燃氣鋼管保護中,經常采用犧牲陽極的陰極保護法,以達到對鋼管周圍其他金屬管線的保護作用。通常用比燃氣鋼管電極電位更為負的金屬同燃氣鋼管相連組成原電池,此時,陽極由電位相對燃氣鋼管較負的金屬等效,腐蝕變會被轉嫁承擔,陰極得到了有效保護。用作犧牲陽極的材料常用鎂、鋁、鋅等合金組成,這種組合方式,其電流的輸出,對燃氣鋼管的保護效果的較好。

           

          3 陰極保護相關方案與規范

          3.1城鎮燃氣陰極保護的相關規范

          《城鎮燃氣埋地鋼質管道腐蝕控制技術規程》中規定:

          (1)城鎮燃氣埋地鋼質管道必須采用防腐層進行外保護。

          (2)新建的高壓、次高壓、公稱直徑≥100mm的中壓管道和公稱直徑≥200mm的低壓管道必須采用防腐層輔以陰極保護的腐蝕控制系統。管道運行期間陰極保護不應間斷。

          (3)防腐管回填后必須對防腐層的完整性進行檢查。

          (4)新建管道的陰極保護設計、施工應與管道的設計、施工同時進行,并同時投入使用。

          3.2陰極保護方案確定原則

          在實施陰極保護時,應該遵循以下原則:

          (1)市內管網和短距離管道采用犧牲陽極。

          (2)長距離輸送管道采用外加電流。

          (3)城鎮燃氣管道外加電流盡量采用深井陽極系統,最好用恒電流控制。

          (4)避免對其它管道的干擾,新建管道與舊管道統一考慮。

          3.3陰極保護合格標準

          實施陰極保護的合格標準為:

          (1)保護電位為-850mV(相對于Cu/CuSO4飽和參比電極)或者更負。

          (2)陰極極化電位不得小于100mV。

          (3)當土壤中含有硫酸鹽還原菌,且硫酸根含量大于0.5%時,保護電位應達到-950mV(相對于Cu/飽和CuSO4)或更負。

          (4)最大保護電位的限制應根據覆蓋層環境確定,以不損壞覆蓋層的粘結力為準,一般可取-1.5V(相對于Cu/飽和CuSO4)。

          4 結束語

          目前,多數城市燃氣管道仍采用傳統的絕緣層防腐法對鋼管腐蝕進行抑制,這種方式不但可靠性差、而且一旦出現物理性損傷,直接容易出現穿孔腐蝕。相比之下,采用陰極保護法和絕緣層保護法相配合,能夠在最大程度上降低了管道的維護成本,提高防腐效果,進而達到改善供氣環境和延長管道壽命的目的,從而使燃氣管道能夠經濟可靠地運行。