管道的腐蚀与防护方法
一、碱线腐蚀与防护
1．概况
大庆石化总厂炼油厂输转车间81单元碱管道用于向生产装置提供浓度30%～40%的碱液，管道材质为碳钢，连接采用焊接方式，工作压力为0.6～0.7Mpa,工作方式为间歇式。冬季操作时需用0.3Mpa压力的蒸气伴热，由于碱液温度高，造成管道焊口开裂，碱液经常泄漏，生产很被动。同时泄漏出的碱液腐蚀其它管道，每年维修费用很大，这种现象94年前一直没有得到解决。2．腐蚀原因分析
普通碳钢在碱液中会形成一层以 Fe
３O
４
或Fe
２
O
３
为主要成分的表面膜，同
时由于晶界上有碳化物和氮化物析出，使晶界上的表面膜不稳定，易溶解。在外应力的作用下产生了晶界裂纹，使新暴露出来的铁产生FeO
2
－的选择性溶解，形成应力腐蚀。
碳钢在NaOH溶液浓度5%以上的全部浓度范围都可能产生碱脆，而以30%左右的浓度最危险，发生碱脆的最低温度为50℃，在沸点附近的高温区最易发生。见图一。
管道使用过程中，夏季或管道不加热时，浓度在30～40%的碱液不发生碱脆；而在冬季，管道加热时，温度超过50℃，碱浓度仍为30～40%时则发生碱脆，因为实际碱管道在加热的情况下往往都高于50℃。
另外，碱性溶液只有在非常富集的情况下，才会通过如下反应溶解铁：
3Fe+7NaOH→Na
3FeO
3
·2Na
2
FeO
2
+7H
Na
3FeO
3
·2Na
2
·2Na
2
FeO
2
+4H
2
O→7NaOＨ+Fe
3
O
4
+H
7H+H→4H
2
3Fe+4H
2O→Fe
3
O
4
+4H
2
该管道每10日左右送一次碱，容易在焊口处沉积碱液。管道一般为单面焊，内壁常有未焊透处，存有间隙。随时间延长，碱液浓缩，造成碱液在焊口处富集，使焊口处首先腐蚀，而且使焊道不存在金属钝化膜，常露出新鲜的金属表面。根据电化学腐蚀原理，该处的金属表面常处于阳极处，处于腐蚀状态。
原管道的接头为焊接，焊口附近的金相组织比基体的金相组织晶粒大，加之焊接组织不均匀性及焊接后存在较多的缺陷，这样焊道与基体金属的表面机械性能及化学成分存在较大的差异。
该管道在50℃以上的情况下使用和停用交替进行时，由于碱液的富集及较高温度的双重作用，很快发生应力腐蚀开裂，使管道泄漏在冬季频繁发生。
3.材料选择依据
通过对几种防腐方法比较，认为“天津大学国家教委形状记忆材料工程研究中心”提供的“Fe基形状记忆合金管接头”效果最佳。因为形状记忆合金的效应是指材料经变形后（通常在Ms 温度以下或Ms附近），当加热到超过一定温度时能恢复原来的形状。这种具有形状记忆效应的材料称为记忆材料。
利用铁基形状记忆合金连接管道的原理如图2所示。在室温下，使管接头扩孔形变，形变后管接头内径大于被连接管子的外径，因此可使被连接管较容易插入到管接头中间，然后加热管接头到一定温度（Af以上），管接头欲恢复其原来小口径形状收缩而抱紧管子。达到连接管子的目的。
采用铁基形状记忆合金管接头连接管道，可以避免管道连接因焊接而引起的金相组织变化和管道焊口的应力腐蚀开裂。
4．应用效果
该管道于1995年7月投入使用，到2004年10月为止，年多没有发现渗漏现象，说明采用该种方法完全可以解决管道应力腐蚀问题，而且比较经济。
二、管道外壁的腐蚀与防护方法
1.概况：
原先某厂地下管道多数使用沥青玻璃布的加强级防腐，使用几年防腐效果不好。逐年出现腐蚀穿孔，给生产带来一定的困难。因为沥青本身做防腐层附着力差、不耐微生物的腐蚀、易被植物根茎穿透、易老化、催裂。目前大庆地区的一些地下管道采用该方法，使用6-7年，防腐层受到土壤严重的腐蚀，管道外壁大部分有点蚀坑，有的点蚀很严重，个别的地方腐蚀穿孔，每次管道穿孔动用了大量的人力、物力等，严重时给生产造成威胁。
2.腐蚀原因分析
2．1防腐绝缘层效果不好
石油沥青是较原始的方法，这种涂层物理性能差。如涂层的强度不好，极易造成划痕、附着力不好、易受细菌腐蚀。并且施工麻烦，劳动条件差，施工后的防腐厚度很难均匀，随时间延长防护层易脆裂等。这样就造成管道的金属表面与土壤直接接触。
2．2土壤的电化学腐蚀过程
大庆地区的水位较高，有的深挖2米左右就出水，所以该管道有相当一大部分浸泡在非常潮湿的土壤中。根据该地区的有关土质资料介绍：该地区的土质一般呈中性或碱性。因为金属在土壤的腐蚀与电解液中腐蚀本质是一样的。
3.材料选择依据
3.1原某公司埋地钢质管道外壁防腐绝缘层，主要采用沥青或改性沥青、环氧煤沥青做为防腐基料，另加玻璃纤维进行加强。这些材料有的耐蚀性差，有的耐蚀性较好，但是其要害在于它们的施工条件苛刻，易造成施工质量不稳定，质量不符合要求，尤其是补口和损伤部位不易处理好，给工程留下隐患。而埋地管道大多数是在这些部位腐蚀严重。所以说原采用的材料有一定的缺陷。
通过筛选。选用了一种“新型多功能防腐防水材料（简称TO-树脂）。应用在钢质地下管道外壁防腐，这是一种很好的材料，因为该材料施工方便、性能优越、质量可靠，其物理机械性能、防腐、防水、耐老化等各项化学性能用于该条件下是可以满足要求的。
3.2.TO树脂做为地下管道外防腐材料性能优越，是由于它本身分子结构决定的。因为该防腐材料，是在粘合剂的基础上，从化学分子结构设计起，先合成带活性官能团的液体聚合物，再加入带反应基团橡胶和复合型固化剂及各种功能活性添加剂，令其在金属表面进行化学反应，常温固化成网状结构高分子材料。在其网格中既有树脂链段，又有橡胶链段，最终固化成的膜介于树脂、橡胶材料之间，因此其综合性能优异，它既是涂料，又是粘合剂和绝缘材料这是我国所有防腐材料都不具备的。
4.防腐效果
1993年5月采用TO数脂施工。经过5年多使用开挖检查，可以看出：“防腐层的玻璃钢无任何变化，玻璃钢表面仍保持原有的光泽、无老化。用锤子轻轻敲击玻璃钢表面没有空鼓声，说明与金属表面结合牢固。
该材料与传统的石油沥青比较，石油沥青与TO树脂同时做成特加强级防腐。根据有关劳动定额采用沥青上述施工费用（8600平方米）需用43.4万元，采用TO树脂防腐费用为76.86万元。虽然采用TO树脂防腐（特加强级）比沥青防腐费用提高了0.77倍，即增加了33.46万元的费用。但是按照沥青防腐层使用寿命8年，TO树脂防腐使用30年（科研部门提供的数据）计。所以采用TO树脂可以提高使用寿命2-3倍，一次性节约防腐费用85万元左右（不包括换管线的费用），效益是可观的。更重要的意义在于采用该材料防腐（在有效期内），可以延长管道的使用寿命，可以避免因管线腐蚀造成水泄漏，影响生产。
