土壤当中的腐蚀

土壤当中的腐蚀（油管）——胥亚琨

什么是土壤腐蚀？简单的说埋在土壤中的金属及其构件的腐蚀。研究土壤腐蚀的意义？土壤腐蚀是一种很严重的腐蚀形式，对于先进国家来说，地下的油、气、水管线长达数百万千米以上，每年因腐蚀损坏而替换的各种管子费用就有几亿美元之多。因此研究土壤腐蚀的规律，防止土壤中金属的腐蚀有很重要的意义。基本内容土壤电解质的基本特点土壤腐蚀的电极过程土壤腐蚀的形式影响土壤腐蚀的土壤参量土壤腐蚀的一般解决措施金属油管在土壤中的腐蚀及措施一.土壤电解质的特性

1.多相性：土壤由土粒、水、空气组成，土粒中又包含着多种无机矿物质以及有机物质；2.多孔性：在土壤的颗粒间形成大量毛细管微孔或孔隙，孔隙中充满了空气和水；3.不均匀性：土粒、气孔、水分、结构紧密程度差异，不同性质的土壤交替更换等；4.相对固定性：

土壤的固体部分不动，气相和液相有限运动。

二.土壤腐蚀的电极过程

（1）阳极过程

在潮湿土壤中的阳极过程类似于在溶液中阳极过程腐蚀；在干燥且透气性良好的土壤中，阳极过程接近于大气腐蚀的阳极过程。

二.土壤腐蚀的电极过程（2）阴极过程：吸氧反应，即氧去极化反应。

氧的传输特点为氧由气相和液相两条途径输送①随土壤中气相或液相的定向流动而传输，定向流动的程度取决于土壤表面层温度的周期波动。②随土壤的气相和液相进行扩散（主要途径）扩散速度主要取决于土层的深度、厚度和湿度。

二.土壤腐蚀的电极过程（3）土壤腐蚀的控制特征

a大多数土壤为潮湿土壤，腐蚀的特点：腐蚀控制特征为阴极控制（阴极极化为电化学极化控制）b疏松干燥土壤，表现为阳极控制，类似于大气腐蚀c长距离宏观腐蚀电池作用下，土壤的电阻成为腐蚀控制因素，腐蚀控制特征为：阴极－电阻混合控制☆土壤腐蚀的电化学过程总结阳极过程：Fe+nH2O→Fe2+.nH2O+2e-阴极过程：O2+H2O+4e-→4OH-当腐蚀决定于腐蚀微电池或距离不太长的宏观腐蚀电池时，腐蚀主要为阴极控制；在疏松干燥的土壤中随氧渗透率的增加，腐蚀转化为阳极控制在酸性很强的土壤中，才发生氢的去极化，2H+2e-→H2在某些情况下，还有微生物参与的阴极还原过程。

三.土壤中的腐蚀形式1.腐蚀宏电池引起的土壤腐蚀①长距离腐蚀宏电池②土壤局部不均匀性引起的腐蚀宏电池③埋设深度不同及边缘效应引起的腐蚀宏电池④金属所处状态的差异引起的腐蚀宏电池2.杂散电流引起的土壤腐蚀3.微生物引起的土壤腐蚀1.腐蚀宏电池

①长距离腐蚀宏电池：发生于埋设于地下的长距离金属构件。

成因：原因是管线通过的土壤的组成，结构不同。氧的渗透性不同而造成氧浓差电池，另外土壤含有硫化物、有机酸或工业污水，使土壤性质发生改变管道在不同结构的土壤中形成的氧浓差电池②局部不均匀性所引起的腐蚀宏电池

埋设部位土壤中石块等夹杂物的透气性如果比土壤本体透气性差，该部位为宏观腐蚀电池的阳极；与土壤本体接触处，氧可通过土壤本体传输，该处的金属为阴极

③埋设深度不同及边缘效应表现：埋设更深的构件腐蚀更严重；对于直径大的油管，下半部分比上半部分腐蚀更严重。原因：较深的部位－阳极

较浅的部位－阴极同理，氧更容易到达电极边缘，因此边缘腐蚀轻微，这是边缘效应。④金属所处状态的差异

异金属接触、温差、应力及金属表面状态的不同。1旧管道（阴极），2新管道（阳极）2.杂散电流引起的土壤腐蚀由原定的正常电路漏失而流入它处的电流，造成的腐蚀。主要来源是应用直流电大功率电气装置，如电气化铁道、电解及电镀槽、电焊机、电化学保护装置等。了解：交流电也会引起杂散电流腐蚀，但破坏要弱得多。频率为60Hz交流电的作用约为直流电的1％。I：路轨（阳极）土壤管线（阴极）；II：管线（阳极）土壤路轨（阴极）。

在缺氧的土壤条件下，如密实、潮湿的黏土深处，金属腐蚀似乎难以进行，但是有利于某些微生物的生长。细菌生命活动间接地对金属腐蚀的电化学过程产生影响。如硫酸盐还原菌促进阴极去极化，生成的硫化氢也有促进腐蚀的作用。

3.微生物引起的土壤腐蚀☆土壤腐蚀形式总结氧浓度差电池

土壤的透气性好坏直接与土壤的孔隙度松紧度，土质结构有着密切关系。紧密的土壤中氧气的传递速度较慢，疏松的土壤中氧气的传递速度较快。在含氧量不同的土壤中，很容易形成氧浓差电池而引起腐蚀。盐浓度差电池

土壤中的盐分除了对土壤腐蚀介质的导电过程起作用外，还参与电化学反应，从而影响土壤的腐蚀性。它是电解液的主要成份。含盐量越高，电阻率越低，腐蚀性就越强。氯离子对土壤腐蚀有促进作用，所以在海边潮汐区或接近盐场的土壤，腐蚀更为严重。但碱土金属钙、镁等的离子在非酸性土壤中能形成难溶的氧化物和碳酸盐，在金属表面上形成保护层，能减轻腐蚀。富含钙镁离子的石灰质土壤，就是一个典型例子。☆土壤腐蚀形式总结异金属接触电池杂散电流腐蚀氧浓差电池盐浓差电池温差电池新旧管线构成的腐蚀微生物腐蚀土壤腐蚀最主要的两种形式四.土壤腐蚀的影响因素材料因素的影响：

铸铁、碳钢，低合金钢的腐蚀速度，无明显差别。

土壤性质的影响

孔隙度（透气性）、含水量、电阻率、氧化还原电位、pH值和含盐量。

土壤含水量既影响土壤导电性又影响含氧量;氧的含量对金属的土壤腐蚀有很大影响;土壤愈干燥，含盐量愈少，土壤电阻率愈大，随电阻率的增大，土壤腐蚀性减小;pH值愈低，土壤腐蚀性愈强。土壤的电阻率与腐蚀性的关系五.防止土壤腐蚀的措施

覆盖层保护：焦油沥青、环氧煤沥青质、聚乙烯塑料胶带防腐层及泡沫塑料防腐层阴极保护：覆盖层和阴极保护法结合改变土壤环境：石灰石碎块、加强排水以降低水位

六.金属油管土壤腐蚀及措施埋地钢铁管道的保护（1）改善金属本质

根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强防腐蚀能力。（2）形成保护层

在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法，物理方法和电化学方法实现的（3）改善腐蚀环境

改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质（称缓蚀剂）来减少和防止金属腐蚀。（4）电化学保护法

电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法（1）减小土壤的腐蚀性加强排水，降低地下水位，保持土壤干燥。在酸性土壤地段，可以在钢管周围填充石灰石碎块，在埋置管道时用腐蚀性较小的土壤回填;（2）覆盖层保护氧煤焦沥青涂层耐蚀性很好，但毒性大。塑料粘结带的防护性能优于石油沥青，且适宜长距离管道的现场机械化施工，但费用较高。实际操作常用的手段

（3）重点区域保护；（4）阴极保护和涂料联合地下管道的阴极保护可采用牺牲阳极保护法，也可以采用外加电流保护法；外加电流法阴极保护系统对其他地下管道(以及其他设施)的干扰——杂散电流腐蚀。(c)电流通过绝缘法兰外的土壤或管道内的电解液流通(a)未保护管道近阳极并与被保护管道交叉阴极保护系统产生的杂散电流对其他设备的干拢腐蚀。(b)两条交叉的管道分别靠近阳极和被保护设备＋电源－阳极未保护管道被保护管道

绝缘法兰未保护管段被保护管段

＋电源－被保护贮罐阳极未保护管道直流电源要加强绝缘或者采取排流措施，不使电流流入土壤;改善管道绝缘质量；将受干扰的管道与被保护管道连接起来，共同保护；在多管道地区，最好采用多个阳极站，每个站的保护电流较小；