金屬腐蝕分化學(xué)腐蝕(特指非電化學(xué)腐蝕)和電化學(xué)腐蝕。其中,后者發(fā)生占絕大多數(shù)。電化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)分支,電化學(xué)反應(yīng)必須有作為電極的金屬、作為反應(yīng)環(huán)境的電解質(zhì)以及導(dǎo)電回路的存在。埋地管道的腐蝕絕大多數(shù)都是由電化學(xué)反應(yīng)造成的。
埋地管道腐蝕的種類(lèi)有很多,包括原電池腐蝕、濃差電池腐蝕、點(diǎn)蝕、坑蝕等等。這里,我們著重討論比較常見(jiàn)的三種腐蝕形式,原電池腐蝕、濃差電池腐蝕以及微生物腐蝕。
1. 原電池腐蝕
原電池是電化學(xué)反應(yīng)最基本的形式,經(jīng)常被用在介紹電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)合。
當(dāng)兩極通過(guò)導(dǎo)線相連,由于兩種金屬的性質(zhì)不同,鋅比銅要活潑,便產(chǎn)生了電勢(shì)差,作為原電池正極的鋅將失去電子,負(fù)極的銅會(huì)得到電子。這樣的結(jié)果就是,鋅極的腐蝕加劇,銅極的腐蝕減緩甚至停滯。
在電勢(shì)序列當(dāng)中離得越遠(yuǎn)的兩種金屬產(chǎn)生的電勢(shì)差越大,造成的腐蝕也越強(qiáng)烈,所以,電勢(shì)序列中相距較遠(yuǎn)的兩種金屬不宜連接在一起。事實(shí)上,原電池更像是一把雙刃劍,工程中經(jīng)常運(yùn)用這個(gè)原理去減緩鋼管的腐蝕。
實(shí)際操作中,有幾點(diǎn)要注意,一個(gè)是更換管道時(shí),當(dāng)管線的由于腐蝕損壞而更換某段時(shí),如果不加注意,新管段往往很快就會(huì)失效。因?yàn)樾鹿芏螢殛?yáng)極,往往較短,而舊管段為陰極,往往較長(zhǎng),一小段新管需要為數(shù)倍于自身的舊管段供電,其腐蝕速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其本身埋地的腐蝕速度。還有一個(gè)是管道的焊縫,鋼管的本體金屬和焊縫金屬成分不一樣,兩者的電位差有的可達(dá)0.275V,因此,埋入地下后電位低的焊口臨近部位很容易遭受腐蝕。所以,在以上的情況下更應(yīng)該認(rèn)真做好防腐工作。
2. 濃差電池腐蝕
濃差電池在埋地管道腐蝕中相當(dāng)常見(jiàn),分金屬離子濃度差電池、氧濃度差電池等。
濃差電池本質(zhì)上也是因?yàn)樽鳛閮蓸O的金屬電勢(shì)差異引起的,金屬離子濃差電池是因?yàn)閮蓸O所在電解質(zhì)的金屬離子的濃度不同,而氧濃差電池,顧名思義,也就是因?yàn)閮蓸O所在的電解質(zhì)溶液的氧濃度不同引起的。
其中,氧濃差電池在埋地管道腐蝕中最常見(jiàn)。這個(gè)跟不同的土壤性質(zhì)有很大的關(guān)系。管道的不同部位氧的濃度不同,在貧氧的部位管道的自然電位(非平衡電位)低,是腐蝕原電池的陽(yáng)極,其陽(yáng)極溶解速度明顯大于其余表面的陽(yáng)極溶解速度,故遭受腐蝕。管道通過(guò)不同性質(zhì)土壤交接處,粘土段貧氧,易發(fā)生腐蝕,特別是在兩種土壤的交接處或埋地管道靠近出土端的部位腐蝕最嚴(yán)重。
在實(shí)際操作中,埋地管道往往處于不同的夯實(shí)層中,土壤的孔隙也就不同,氧的容納量自然就有差異,而這就為氧濃差電池的形成提供了條件。
3. 微生物腐蝕
微生物腐蝕基本上為細(xì)菌腐蝕,其本質(zhì)上也是一種電化學(xué)腐蝕,所不同的是介質(zhì)因腐蝕微生物的繁殖和新陳代謝而改變了與之接觸的材料界面的某些理化性質(zhì)。
參與細(xì)菌腐蝕的細(xì)菌種類(lèi)有很多,其中危害最大的是硫酸鹽還原菌(SRB)。硫酸鹽還原菌是一種以有機(jī)物為營(yíng)養(yǎng)、在厭氧條件下使硫酸鹽還原成硫化物的細(xì)菌。SRB屬厭氧菌,需要在無(wú)氧條件下生長(zhǎng),實(shí)際上在局部無(wú)氧的環(huán)境中也能迅速繁殖。
Von Wogozen Kuhr等人在1974年提出了經(jīng)典的去極化理論,認(rèn)為埋地鑄鐵管的點(diǎn)蝕是由于SBR的活動(dòng)通過(guò)氫化酶將金屬表面去氧,總反應(yīng)式如下:4Fe + SO42- + 4H2O ==3Fe(OH)2 + FeS + 2OH-
|