燃气管道腐蚀的原因新版.docx
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燃气管道腐蚀的原因新版
燃气管道腐蚀的原因（新版）
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（安全管理）
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燃气管道腐蚀的原因（新版）
备注说明：
安全管理是生产管理的重要组成部分，安全与生产在实施过程，两者存在着密切的联系，存在着进行共同管理的基础。
一、电化学腐蚀
燃气钢管的管壁与作为电解质的土壤或水相接触，产生电化学反应，使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀，即为电化学腐蚀。
电化学腐蚀既可腐蚀内壁，也可以腐蚀外壁。
通常埋地钢管的外壁腐蚀是以电化学腐蚀为主的。
（一）基本原理
任何金属浸没在电解液中都会向溶液释放正离子。
当某种金属浸没在该种金属盐的标准溶液中时，即得到该金属的标准溶液电位，其值与假定等于零的标准氢电极的电位之间的电位差即为标准电极电位。
各种金属按其标准电极电位的顺序排列成电化学次序，如表10-4所示。
若将电极电位不同的两种金属（锌和铜）浸入水和硫酸组成的电解质中，既成原电池。
如图10-2所示。
用外部电池将两极连通时，电子就会从锌电极流向铜电极，即由负电位流向正电位，电流方向则从阴极（铜）流向极（锌）。
阳极锌离子Zn++
不断离开金属，与电解质中硫酸根离子SO--
4
结合；在阴极聚集的电子与氢离子H+
结合，在阴极表面释出氢气。
这个过程的结果是阴极（铜）被极化，阳极（锌）被腐蚀。
表10-4常用金属标准电极电位
锂
Li+
-3.03V
镍
Ni++
-0.23V
钾
K+
-2.925V
锡
Sn++
-0.14V
钠
Na+
-2.713V
铅
Pb++
-0.126V
镁
Mg++
-2.371V
氢
H+
铝
Al+++
-1.66V
铜
Cu++
+0.337V
锌
Zn++
-0.762V
汞
Hg++
+0.792V
铬
Cr++
-0.74V
银
Ag+
+0.7994V
铁
Fe++
-0.44V
铂
Pt++
+1.2V
镉
Cd++
-0.402V
金
Au+++
+1.45V
埋地钢管由于金属本身结构的不均匀，表面粗糙度不同，以及作为电解质的土壤物理化学性质不均匀，含氧量不同，pH值不同等因素，因而产生电化学反应，使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀。
图10-3说明组成电解质的土壤性质不同，会引起电化学腐蚀。
图10-2原电池工作原理
图10-3土壤不均匀性引起的腐蚀
由于砾石和砂子透气性好。
而粘土透气性差，埋在不同地段的钢管将产生电位差，管道在阳极区受到腐蚀。
燃气钢管的电化学腐蚀过程可以看成由3个环节组成。
如图10-4所示。
1．在阳极区，铁溶解，变成铁离子进入电解质（土壤）中。
其化学反应式如下：
Fe→Fe++
+2e（阳极反应）
2．电子由电位较低的阳极区沿管道流到电位较高的阴极区。
故腐蚀电流从高电位流向低电位，即从阴极区沿钢管流向阳极区，再流入电解质（土壤），流回阴极区。
同时，阳离子与阴离子也在电解质中相应地移动；阳离向阴极区移动，阴离子向阳极区移动。
3.在阴极区，电子流至阴极区后，被电解质（土壤）中能吸收电子的物质（离子或分子）所接受。
其电化学反应式如下：
这3个环节是相联系的，如果其中一个环节停止进行，则整个腐蚀过程也就停止了。
当阳极反应与阴极反应等速进行时，腐蚀电流就不断地从阳极区流经电解质（土壤）进入阴极区，在阳极区产生Fe（OH）2
。
Fe++
+2OH-→Fe（OH）2
Fe（OH）2
被氧化，就形成铁锈。
其反应式：
此外，两种不同材料的管道相连，也会引起电化学腐蚀。
图10-5所示为铜管与钢管相连产生的腐蚀情况。
图10-4燃气钢管电化学腐蚀过程示意图
图10-5铜管与钢管相连引起的腐蚀
埋地地壤中的铜管与钢管，都将向电解质（土壤）释放正离子，但由于金属的电化学性质不同，由表10-1可见，铜的标准电极电位值比铁的大，故在电解质（土壤）中，铁将产生比铜更多的负电荷，电子由铁电极流向铜电极，因而作为阳极的钢管不断被腐蚀，而铜管作为阴极而被极化。
同样，当镀锌钢管与钢管相连，也会引起电化学腐蚀。
图10-6所示为镀锌钢管与钢管相连产生的腐蚀情况。
图10-6镀锌钢管与钢管相连引起的腐蚀
埋在土壤中的镀锌钢管与钢管，由于锌的标准电极电位比铁低，因此在电解质（土壤）中，镀锌钢管产生比铁更多的负电荷，电子由镀锌钢管流向钢管，故作为阳极的镀锌钢管将不断被腐蚀。
（二）影响腐蚀速度的因素
土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙为被气和水所充满。
土壤中的水含有一定的盐，使土壤具有离子导电性，成为电解质。
土壤的物理化学性质不均匀性，会影响到土壤对金属的腐蚀性，加上金属材质的电化学不均匀性，这就构成了腐蚀电池的条件。
在这些腐蚀电池里，电位较高的阴极区电位为Eo
c
，较低的阳极区电位为EO
A
。
当电流通过时，在阴极表面和阳极表面各自产生一个阴极极化电阻（RC
）和阳极极化电阻（RA
），再加上土壤电阻（Rs
）就组成了回路总电阻。
根据电极过程动力学概念，反映腐蚀速度的腐蚀电流（I）为：
因此，凡是能影响土壤中电极电位、土壤电阻和极化电阻的各种土壤理化性质，都有可能直接或间接地影响土壤的腐蚀性。
具体来说，有土壤酸碱度，氧化还原电位，土壤电阻率，土壤含水量（或湿度），土壤含盐量和盐的种类，土壤质地松紧度和透气性，土壤粘土矿物，土壤有机质等因素。
其中，对土壤腐蚀性影响较大的有4种因素：
1．土壤电阻率土壤电阻率直接受土壤颗粒大小、含水量、含盐量的影响，多数情况下可以反映出土壤的腐蚀性。
土壤电阻率越低，则电化学腐蚀速度越高；反之，土壤电阻率越高，则腐蚀速度越慢。
通常可按土壤电阻率确定土壤等级。
表10-5为土壤腐蚀等级划分参考表。
表10-5土壤腐蚀等级划分参考表
土壤腐蚀等极
低
中
较高
高
特高
土壤电阻率/Ω·m
美国（二极法）
>50
49.99～20
19.99～10
9.99～7
100
100～20
20～10
10～5
6
法国规定；土壤电阻率ρ100Ω·m为低腐蚀性土壤。
2.土壤中的氧土壤中的氧存在于土壤的毛细管和缝隙内，少量溶于地下水中。
土壤的含氧量与土壤的湿度和结构都有密切关系。
干燥的砂土中含氧多，潮湿的砂土中含氧少，潮湿密实的粘土中含氧更少。
土壤湿度和结构不同，其含氧量可相差几万倍，这些都会形成氧浓差电池腐蚀。
3.土壤的pH值多数土壤显中性．pH值在6～7．5间。
我国北方土壤略偏碱性；南方土壤略偏酸性。
从土壤类型看，碱性砂质粘土和盐碱土pH值多在7.5～9．5间；腐植土和沼泽土pH值在3～6之间。
～般酸性土壤的腐蚀性强。
4.土壤中的微生物土壤中的微生物对金属腐蚀有很大影响，主要为厌氧的硫酸盐还原菌和好氧的硫杆菌、铁细菌等，其中以硫酸盐还原菌危害最大。
对沼泽地带，硫酸盐类型的土壤要特别注意微生物的作用。
5.对土壤腐蚀性的综合评价目前国际上较权威的综合评价腐蚀性的标准，见表10-6。
表10-6美国ANSIA21．5关于土壤腐蚀性的评价①
项目
测定值
评分
土壤电阻率，Ω·cm（采用单极法在管道埋深处测得或用水饱和的土壤箱中测得）
2000
10
8
5
2
1
pH值
0～2
2～4
4～6.5
6.5～7.5
7.5～8.5
>8.5
5
3
0②
3
氧化还原电位
>+100mV
+50～+100mV
0～+50mV
400
无细菌腐蚀
喜氧微生物在酸性土壤中较为活跃。
当pH值≤2时，繁殖十分旺盛，更加剧土壤的腐蚀性。
为了防止管道的细菌腐蚀，必须设法提高管道金属表面的pH值，使之≥9。
一般可以在埋地钢管外涂绝缘防腐层，也可以用阴极保护法，使管道成为阴极，予以保护。
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