蔣永 李俊穎

（中國石油西南油氣田公司銷售分公司，四川 成都 610000）

城市燃氣戶外立管腐蝕分析及選材研究

蔣永 李俊穎

（中國石油西南油氣田公司銷售分公司，四川 成都 610000）

針對城市燃氣戶外立管日趨嚴重的腐蝕現(xiàn)狀，通過對某燃氣公司戶外立管腐蝕的調(diào)查，闡述了影響地上管線腐蝕的主要原因，通過采集立管出地面附近的土壤對埋地管線和監(jiān)測空氣質(zhì)量對露空立管進行腐蝕機理分析，并進行了土壤腐蝕環(huán)境和大氣腐蝕環(huán)境的模擬實驗，實驗表明在立管出土部分埋地管線選材上宜選用3PE無縫20號鋼管；而在露空立管選材上可使用000Cr17的薄壁不銹鋼管。

城市燃氣 戶外立管 埋地管線 露空立管 腐蝕環(huán)境

0 引言

城市燃氣立管用鋼主要采用鍍鋅鋼，在含水量上升、H2S和CO2酸性氣體存在、氧濃差電池的腐蝕、土壤腐蝕、雜散電流腐蝕的綜合影響下，燃氣管道腐蝕現(xiàn)象十分突出［1］。筆者以某城市燃氣公司的燃氣戶外立管腐蝕為例，探討了戶外立管的腐蝕機理及管線選材問題。

1 影響地上管線腐蝕的原因

1.1 鋼管材質(zhì)影響

材料本身化學(xué)成分局部不均勻性［2］，導(dǎo)致其在外界因素的影響下，易形成微電池，在表面產(chǎn)生局部腐蝕。當管材短時間暴露在大氣中即會產(chǎn)生整體的面腐蝕，時間一長，因其化學(xué)成分的局部不均勻?qū)е赂g速度不一致，即會在面腐蝕的基礎(chǔ)上加速產(chǎn)生局部的腐蝕凹坑。

1.2 施工工藝影響

對于無縫管的防腐，其關(guān)鍵的工序為除銹和防腐層的涂敷［3］，而該兩道工序均為現(xiàn)場施工，現(xiàn)場人工作業(yè)時，因施工工藝的限制，施工質(zhì)量難達到質(zhì)量標準的要求，導(dǎo)致鐵銹未能徹底清除干凈、涂敷不均勻未能達到防腐保護效果等缺陷。

1.3 施工環(huán)境影響

燃氣管道安裝是與土建等同步進行、交叉作業(yè)，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣。施工中，除銹防腐安裝后的管道其表面防腐層易遭局部或整體性的機械損傷和化學(xué)損傷（如墻體酸洗時損傷表面油漆），而后的返修因現(xiàn)場條件的限制很難達到質(zhì)量要求。

1.4 地理環(huán)境影響

一方面某燃氣公司經(jīng)營所在地地處工業(yè)集中區(qū)，空氣潮濕、鹽堿度相對較高，腐蝕性強，同時室外溫度高，加速了管道的腐蝕；另一方面地上管腐蝕發(fā)生在鋼管穿墻、穿樓板和出地面等需要安裝套管的部位。因?qū)嶋H施工中，因間隙較小，空隙填充難以完全密實，外封口層在溫度脹縮作用下，逐漸產(chǎn)生龜裂，裂紋與疏松的封堵材料形成毛細通道，外界雨水被吸附于套管空間內(nèi)，難以揮發(fā)干燥，使套管內(nèi)的鋼管長期處于被水浸泡狀態(tài)，同時被水浸泡鋼管的部位處于貧氧狀態(tài)，構(gòu)成氧濃差電池的陽極，而完全暴露在空氣中的管道，構(gòu)成氧濃差電池的陰極，形成氧濃差電池。

2 腐蝕機理分析

為掌握管線的腐蝕環(huán)境與腐蝕機理，在立管出

地面附近釆集一定數(shù)量的土壤樣品和腐蝕產(chǎn)物樣品進行實驗室分析，得到腐蝕介質(zhì)的含量，對埋地管道的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理進行初步分析。此外，對該地區(qū)的空氣質(zhì)量進行監(jiān)測，得到大氣的濕度以及所含的主要有害成分（二氧化硫、二氧化氮以及懸浮顆粒物）的含量，從而對露空立管的腐蝕環(huán)境和腐蝕機理進行初步分析。

2.1 土壤分析

土壤分析主要進行土壤含水量、土壤酸堿度、土壤鹽分、硫酸根離子、氯離子、碳酸氫根離子共6項土壤理化指標的測定與計算。測定結(jié)果見表1。由表1可見，該土壤樣品pH值為8.37，呈弱堿性，不含碳酸根離子。

2.2 大氣環(huán)境質(zhì)量分析

大氣環(huán)境質(zhì)量分析主要進行了四項指標的檢測，即二氧化硫、二氧化碳、總懸浮顆粒物及大氣濕度，發(fā)現(xiàn)當?shù)卮髿庵校趸蚝科?，達到0.021 mg/m3，超過了國家一級污染標準；二氧化氮含量也較高，總懸浮顆粒物達到了0.148 mg/m3，超過了國家一級污染標準。整體上，大氣質(zhì)量屬于A類大氣。加之當?shù)貪穸容^大，一般年平均相對濕度接近75%，屬于偏潮濕性大氣環(huán)境。由于大氣中腐蝕性物質(zhì)的存在加速了鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕速率，在相同濕度條件下，腐蝕性物質(zhì)含量越高，腐蝕速度越大。如果有吸濕性沉積物（如氛化物等）存在時，即使環(huán)境大氣的濕度很低，也會發(fā)生腐蝕。因此認定燃氣管線的大氣腐蝕較強。

表1 土壤理化分析實驗結(jié)果表

2.3 腐蝕產(chǎn)物分析

通過對埋地出土部分立管和露空立管的腐蝕產(chǎn)物進行檢測得出腐蝕產(chǎn)物成分，具體見表2。

表2 腐蝕產(chǎn)物含量表

1）出土部分立管腐蝕機理分析。從腐蝕產(chǎn)物樣品的檢測結(jié)果來看，立管出土部分埋地管段的腐蝕產(chǎn)物主要為Fe3+，占89%；其余大部分為Fe2.77+。主要原因為：①濃差電池的影響。對于氧濃差電池來說［4］，由于管線中下部的氧濃度相對于中上部低，造成管線的底表面是陽極而管線的其余表面是陰極，土壤則為電解質(zhì)，金屬管線本身成為聯(lián)結(jié)電路。②點蝕（也稱孔蝕）的影響。點蝕是一種隱蔽性強，破壞性大的局部腐蝕。點蝕有一個點蝕電位（擊穿電位），它的高低反映金屬表面鈍化膜被擊穿的難易程度。當腐蝕電位達到或超過點蝕電位就可能擊穿表面膜導(dǎo)致點蝕核的產(chǎn)生。管材表面氧化膜發(fā)生局部溶解就形成點蝕源，在點蝕發(fā)生的初始階段，因陽極溶解下來的金屬離子發(fā)生水解而生成H+，因此蝕孔中溶液pH值下降，具有強酸性。這樣又加速了金屬的溶解，從而造成了蝕孔的擴大與加深。隨著腐蝕的不斷進行，在蝕孔上形成了腐蝕產(chǎn)物，致使蝕孔內(nèi)外的物質(zhì)遷移難以進行，導(dǎo)致蝕孔金屬鹽進一步濃縮，因水解而使pH值進一步降低，點蝕發(fā)展為自催化。③雜散電流的影響。環(huán)境介質(zhì)中的雜散電流可以通過防腐層某處缺陷進入金屬結(jié)構(gòu)物，再從結(jié)構(gòu)物防腐層另一處缺陷的部位流出，進入環(huán)境介質(zhì)，這樣就構(gòu)成了一種電解腐蝕電池。雜散電流流入金屬該結(jié)構(gòu)物處為該電池的陰極，電流流出

的位置為該電池的陽極，并在陽極區(qū)發(fā)生激烈的電解腐蝕，腐蝕強度高；腐蝕集中于局部位置，對埋地管道一般是集中于防腐層缺陷處，影響范圍很廣，破壞位置和破壞強度具有隨機性、動態(tài)性。

2）露空立管腐蝕機理分析。從腐蝕產(chǎn)物樣品的檢測結(jié)果來看，貼壁立管管段的腐蝕產(chǎn)物主要為Fe2.67+，占69%；其余大部分為Fe3+。影響大氣腐蝕的因素有濕度、有害成分（二氧化硫、二氧化氮和總懸浮顆粒物）等。具體分為：①濕度的影響?？諝庵械乃魵夂苋菀自诮饘俦砻嬉砸后w的形式凝結(jié)，空氣的濕度越大，凝結(jié)趨勢越明顯，金屬表面形成的電解液膜存在的時間越長，腐蝕速度也相應(yīng)增加。研究表明，鋼鐵、銅、鎳、鋅等金屬的臨界濕度約為50%～70%。當相對濕度接近75%時，已經(jīng)超過了臨界濕度，鋼材表面水膜完整，電化學(xué)腐蝕過程順利進行，從而導(dǎo)致立管管段嚴重腐蝕。②有害成分的影響。二氧化硫、二氧化氮等氣體溶于金屬表面的水膜后，形成了連續(xù)電解液薄層，由于氧的去極化作用，導(dǎo)致金屬表面的電化學(xué)腐蝕。懸浮顆粒物附在金屬表面，某些可溶性鹽顆粒（如銨鹽）溶入水膜，提高了水膜的電導(dǎo)，促進腐蝕作用；某些有吸附能力較強的顆粒（如碳粒），加速了二氧化硫和水蒸氣的吸附；其他不溶也沒有吸附能力的顆粒（如砂粒），在金屬表面吸附后形成縫隙，凝聚水分，形成氧濃差電池的局部腐蝕條件，加速腐蝕進行。

3 腐蝕環(huán)境模擬實驗

針對常用的幾種常用材料進行土壤腐蝕環(huán)境和大氣腐蝕環(huán)境模擬實驗，將管材浸泡在模擬大氣腐蝕介質(zhì)的氣體中10 h，測量其在55℃下的失重，再計算平均腐蝕速率，獲得管材的平均腐蝕速率，結(jié)果見表3和表4。

表3 土壤溶液腐蝕浸泡實驗結(jié)果表

表4 大氣溶液腐蝕浸泡結(jié)果表

從上述兩表可知：各種燃氣管線在當?shù)赝寥罈l件下的適應(yīng)性由好到差依次為鋁塑復(fù)合管、3PE無縫20號鋼管、環(huán)氧涂層20號鋼管、熱鍍鋅20號鋼管；各種燃氣管線在當?shù)卮髿鈼l件下的適應(yīng)性由好到差依次為鋁塑復(fù)合管、000Crl7不鎊鋼管、3PE無縫20號鋼管、熱鍍鋅20號鋼管。

4 結(jié)論

1）在立管出土部分埋地管線選材上，對于新建管線，雖然鋁塑復(fù)合管防腐性能好，但強度不高，因此3PE無縫20號鋼管較好，其次為環(huán)氧防腐涂料的20號鋼管。對于原有舊的埋地管線，經(jīng)測試腐蝕程度較小的建議可以采用在其表面使用防腐涂層；腐蝕程度較大的，剩余壁厚較小的則應(yīng)及時更換。

2）在露空立管選材上，雖然鋁塑復(fù)合管的防腐蝕性能最強，但因GB50028-2006標準規(guī)定禁止在室外使用，同時在考慮價格因素的情況下，可使用000Cr17的薄壁不銹鋼管。對于舊立管管線，經(jīng)測試腐蝕程度較小的建議可以在表面使用防腐涂層，而腐蝕程度較大、剩余壁厚較小的則應(yīng)及時更換。

［1］孫芃.戶內(nèi)燃氣立管的腐蝕與防護［J］.腐蝕與防護，2013（1）：88-90.

［2］魏寶明.金屬腐蝕理論與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984：212.

［3］林安，周苗銀.功能性防腐涂料及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：143.

［4］郭生武，袁鵬斌.油田腐蝕形態(tài)導(dǎo)論［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2005：56-60.

（編輯：蔣龍）

B

2095-1132（2014）06-0047-03

10.3969/j.issn.2095-1132.2014.06.014

修訂回稿日期：2014-11-02

蔣永（1979-），工程師，從事油氣儲運工作。E-mail：25458214@qq.com。