浅谈地下长城-埋地重要管道的腐蚀防护 - 图文 

埋地钢制管道的腐蚀防护 电化学防腐蚀阴极保护措施

河南邦信防腐材料有限公司

2017年3月整理

一、前 言

我们美好的现代生活与埋在地下的各种管网息息相关，尽管它们常常被人们忽视，但不可置疑的是它们提供我们生活所必须的天然气、油、水等基础物质，所以在国家建设过程中，常常能见到在城市、乡间和荒野有各种管道的挖埋施工，图1。全国性代表工程有西气东输一期和二期高压长输天然气管线、中国-周边国家的高压长输油气管线，地方性代表工程如各大城市周边的高压天然气管网和大型输水管网。

管道多种多样，有金属的也有塑料的，但最重要的（如大尺寸、高压管线）、数量最多的管道通常都是钢制造的。众所周知，钢在土壤环境中不可避免要发生腐蚀，如果发生腐蚀导致的气、油、水等物质泄漏，就可能危及人身和财产安全。腐蚀防护就是为埋地重要管线的安全可靠性提供保障，犹如地下万里长城，保卫者我们的现代生活。本文浅谈埋地重要钢管的土壤腐蚀防护技术（两道屏障）和它面临的挑战。

图1. 美好的现代生活与埋地管网的建设和运行息息相关

二、外防护涂层是防止土壤腐蚀的第一道屏障

外防护涂层是埋地钢管第一道也是最重要的屏障，主要是有机涂层和金属涂层（或说镀层）两大类。迄今为止以有机涂层的应用最普遍，它又可分为环氧树脂、改性酚醛环氧、沥青、煤焦油等各种涂层。

美国腐蚀工程师协会标准NACE Standard RP0169-96《Standard Recommended Practice Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems》（埋地或水下金属管线系统的外部腐蚀控制）要求管道外防护涂层应具有以下主要性能： 有效的电绝缘性和隔水屏障性；

涂敷于管道的方法不会对管道性能产生不利影响；

涂敷于管道上的涂层缺陷最少，与管道表面有良好的附着力； 能防止针孔随时间发展，能抵抗装卸、储存和安装时的损伤； 能有效地保持绝缘电阻随时间恒定不变；

抗剥离性能好，抗化学介质破坏能力强，补伤容易； 物理性能保持能力强，对环境无毒；

在地面储存和长距离运输过程中不发生变化和降解。可归纳成电性能、机械性能、老化性能(化学性能)和经济性4个方面。

人们普遍认为不存在最佳覆盖层问题，应根据具体情况，如管道的状况、环境条件、施工方式、气候因素和经济条件来选择经济合理的覆盖层。

早期的管道外防护涂层主要是沥青型， 上世纪30年代已得到很普及应用，以美国为代表的西方国家主要采用煤焦油沥青，而前苏联和德国等多采用石油沥青。60年代北美开发了环氧树脂涂层并不断改进，熔结环氧粉末涂层（Fusion bonded epoxy即FBE）技术在70 年代后期得到广泛使用。欧洲从1965年就开始使用挤压聚乙烯两层结构涂层, 挤压聚乙烯是欧洲最受欢迎的埋

地管道外防护涂层。由于熔结环氧和挤压聚乙烯两层结构各有长短，80 年代中期推出了挤压聚烯烃三层结构涂层，该结构包括3PE（熔结环氧、胶粘剂、挤塑聚乙烯三层结构）和3PP（熔结环氧、胶粘剂、挤塑聚丙烯三层结构）。目前熔结环氧粉末涂层和3PE是用于重要管线最常用的涂层，图2给出这两种涂层的工艺流程及笔者参观相关工厂拍摄的实况照片。

图2. 熔结环氧粉末涂层和3PE涂层的工艺流程及工厂实况照片

下面以笔者亲身经历的青草沙引水工程管线为例做进一步介绍，工程是上海刚完成不久的重点工程之一，它包括青草沙水库工程及取水泵闸工程、长江原水过江管工程、陆域输水管线及增压泵站工程三大主体工程，全市市民饮用水水质得到普遍改善。其输水管线采用直径大于2米，壁厚18~34毫米的钢质管道，铺设按照长距离顶管的施工方法进行，工程难度大，设计寿命要求高，它的外防护涂层选用高性能熔结环氧粉末涂层，现场环向对接焊缝焊后涂层补口采用无溶剂液体环氧涂料，上海材料研究所负责了该工程涂层性能检测，这是确保涂层工程质量的关键环节。检测项目分两部分，第一部分是检测环氧粉末原料，有外观、不挥发物含量、粒径分布（2项）、固化时间 、胶

化时间、磁性物含量、密度检测共8项。第二部分是检测在钢管上制成的熔结环氧粉末涂层，有12项：外观 、抗冲击性(-30℃) 、抗弯曲性(3°,-30℃) 、耐磨性(落砂法) 、附着力(撬剥法) 、粘结强度 、阴极剥离(2

天) 、断面孔隙率 、界面孔隙率 、耐化学性能(15d,60℃,蒸馏水和或3.5％NaCl)、电气强度 和体积电阻率。

三、阴极保护是防土壤腐蚀的第二道屏障

涂层不可能绝对完美无缺，在制造过程、施工过程和长期使用中都可能发生各种各样的破损，导致钢管与土壤环境接触而发生腐蚀。因此有必要建立防土壤腐蚀的第二道屏障，这就是阴极保护，其基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。国际标准ISO 15589-1规定了该电位是-850mV或更负(相对饱和硫酸铜参比电极CSE，当存在硫酸盐还原菌的环境，被保护结构物的电位负移至-950mV(CSE)或更负，但为了防止涂层的损伤，电位应该不负于 -1200 mV(CSE)，以避免氢产生和/或金属表面高pH的有害效应。

根据提供阴极电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，如图3，前者是将一种电位更负的金属（如镁、铝、锌等）与被保护的金属结构物电性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向被保护物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交流电转变成低压直流电，通过辅助阳极将保护电流传递给被保护的金属结构物，从而使腐蚀得到抑制。不论是牺牲阳极法还是外加电流法，其有效合理的设计应用都可以获得良好的保护效果。