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埋地管道腐蚀的种类以及介绍

金属腐蚀分化学腐蚀(特指非电化学腐蚀)和电化学腐蚀。其中,后者发生占绝大多数。电化学反应是化学反应的一个分支,电化学反应必须有作为电极的金属、作为反应环境的电解质以及导电回路的存在。埋地管道的腐蚀绝大多数都是由电化学反应造成的。

埋地管道腐蚀的种类有很多,包括原电池腐蚀、浓差电池腐蚀、点蚀、坑蚀等等。这里,我们着重讨论比较常见的三种腐蚀形式,原电池腐蚀、浓差电池腐蚀以及微生物腐蚀。

1. 原电池腐蚀

原电池是电化学反应最基本的形式,经常被用在介绍电化学反应的场合。

当两极通过导线相连,由于两种金属的性质不同,锌比铜要活泼,便产生了电势差,作为原电池正极的锌将失去电子,负极的铜会得到电子。这样的结果就是,锌极的腐蚀加剧,铜极的腐蚀减缓甚至停滞。

在电势序列当中离得越远的两种金属产生的电势差越大,造成的腐蚀也越强烈,所以,电势序列中相距较远的两种金属不宜连接在一起。事实上,原电池更像是一把双刃剑,工程中经常运用这个原理去减缓钢管的腐蚀。

实际操作中,有几点要注意,一个是更换管道时,当管线的由于腐蚀损坏而更换某段时,如果不加注意,新管段往往很快就会失效。因为新管段为阳极,往往较短,而旧管段为阴极,往往较长,一小段新管需要为数倍于自身的旧管段供电,其腐蚀速度将远远大于其本身埋地的腐蚀速度。还有一个是管道的焊缝,钢管的本体金属和焊缝金属成分不一样,两者的电位差有的可达0.275V,因此,埋入地下后电位低的焊口临近部位很容易遭受腐蚀。所以,在以上的情况下更应该认真做好防腐工作。

2. 浓差电池腐蚀

浓差电池在埋地管道腐蚀中相当常见,分金属离子浓度差电池、氧浓度差电池等。

浓差电池本质上也是因为作为两极的金属电势差异引起的,金属离子浓差电池是因为两极所在电解质的金属离子的浓度不同,而氧浓差电池,顾名思义,也就是因为两极所在的电解质溶液的氧浓度不同引起的。

其中,氧浓差电池在埋地管道腐蚀中最常见。这个跟不同的土壤性质有很大的关系。管道的不同部位氧的浓度不同,在贫氧的部位管道的自然电位(非平衡电位)低,是腐蚀原电池的阳极,其阳极溶解速度明显大于其余表面的阳极溶解速度,故遭受腐蚀。管道通过不同性质土壤交接处,粘土段贫氧,易发生腐蚀,特别是在两种土壤的交接处或埋地管道靠近出土端的部位腐蚀最严重。

在实际操作中,埋地管道往往处于不同的夯实层中,土壤的孔隙也就不同,氧的容纳量自然就有差异,而这就为氧浓差电池的形成提供了条件。

3. 微生物腐蚀

微生物腐蚀基本上为细菌腐蚀,其本质上也是一种电化学腐蚀,所不同的是介质因腐蚀微生物的繁殖和新陈代谢而改变了与之接触的材料界面的某些理化性质

参与细菌腐蚀的细菌种类有很多,其中危害最大的是硫酸盐还原菌(SRB)。硫酸盐还原菌是一种以有机物为营养、在厌氧条件下使硫酸盐还原成硫化物的细菌。SRB属厌氧菌,需要在无氧条件下生长,实际上在局部无氧的环境中也能迅速繁殖。

Von Wogozen Kuhr等人在1974年提出了经典的去极化理论,认为埋地铸铁管的点蚀是由于SBR的活动通过氢化酶将金属表面去氧,总反应式如下:4Fe + SO42- + 4H2O ==3FeOH2 + FeS + 2OH-

 

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