管线的氧浓差电池现象管线 期 PipelineTechniqueandEquipment 2012No.3 11 贾恒磊，赵春平，汪 1 浩，姜 12 姝，费雪松 (1(中国石油管道公司沈阳技术分公司，辽宁沈阳110031;2(中国石油管道公司，河北廊坊065000) 摘要:氧浓差电池是造成许多管道腐蚀的重要原因。当管道经过2种不同的环境时，由于周围氧含氧浓度低的部位形成管道的阳极而发生腐蚀。文中通气浓度发生差异而导致管道形成氧浓差电池， 过对两处腐蚀部分进行分析，阐述了氧浓差...
管线 期 PipelineTechniqueandEquipment 2012No.3 11 贾恒磊，赵春平，汪 1 浩，姜 12 姝，费雪松 (1(中国石油管道公司沈阳技术分公司，辽宁沈阳110031;2(中国石油管道公司，河北廊坊065000) 摘要:氧浓差电池是造成许多管道腐蚀的重要原因。当管道经过2种不同的环境时，由于周围氧含氧浓度低的部位形成管道的阳极而发生腐蚀。文中通气浓度发生差异而导致管道形成氧浓差电池， 过对两处腐蚀部分进行分析，阐述了氧浓差电池形成的机理，并根据腐蚀成因提出了防护
。关键词:氧浓差电池;局部腐蚀;阳极中图分类号:TE80 引言 按照腐蚀破坏形态的不同，管线钢腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐——————————————————————————————————————————————— 蚀两大类。全面腐蚀通常又称为均即腐蚀发生在整个管线的
面，导致管体材匀腐蚀， 料的全面减薄。局部腐蚀是指腐蚀破坏集中在金属材料表面的特定位置，而其余大部分区域腐蚀比较轻甚至不发生腐蚀。它是由电化学因素的不均匀性微， 形成局部腐蚀原电池导致的金属表面局部集中腐蚀其阳极区和阴极区一般是截然分开的，通常阳破坏， 极区面积比阴极区面积小得多 ,1, 文献标识码:A文章编号:1004,9614(2012)03,0051,02 2种土壤的交接黏土段贫氧，易发生腐蚀，交接处时， 处或埋地管道靠近出土端的部位腐蚀最严重。油气井套管往往与仅处于表面之下的表面管网相连接，这深处的套管形成阳极，表面管可以形成氧浓差电池， 线接触氧比较多，形成阴极。土壤再次成为电解质，管道和套管共同构成了连通的回路。利用特殊的绝缘接头或装置将管线与套管绝缘可以控制这种电池的作用。 通常所说的水线腐蚀也是由氧浓差电池造成的 ,4, 。与全面腐蚀相比， ，钢桩半浸入水中，靠近水线的下部区最容易腐 局部腐蚀的破坏性和危害性更强，造成的失效事故往难以预测，——————————————————————————————————————————————— 对于局部腐蚀的防护也比较往没有先兆，困难。 管线中常见的局部腐蚀现象是氧浓差电池造成的。金属与含氧量不同的溶液相接触而形成腐蚀电池，又称差异充气电池或供氧差异腐蚀电池。它是造也是一种普遍存在成金属局部腐蚀的重要因素之一，的、危害性很大的腐蚀形式 ,2,3, 蚀。这是因为在水线处的金属铁直接接触空气、水层，含氧量高，而水线下面的金属铁表面处的氧浓度低，这样就形成了氧浓差电池，由此导致水线下部铁的加速腐蚀。这种水线腐蚀也是生产上最普遍的一种局部腐蚀。此外，氧浓差电池还是引起缝隙腐蚀、沉淀物腐蚀、盐滴腐蚀和丝状腐蚀的主要原因。11.1 结果分析与评价分析对象 分析对象来自天津大港库区坨注2管道的部分架空管线，该管线位于盐碱湿地地区，海洋的多变气候和盐碱性的土壤环境对库区管道构成严重的腐蚀威胁。文中选取了该段架空管线处腐蚀较严重的位置进行分析，分别位于管道出入地处和架空管道被土覆盖的位置。1.2 管道外检测结果 该管线所使用的防腐层为环氧煤沥青外加玻璃丝布防腐层，在地面检测过程中发现该段架空管线PCM电流衰减较快，证明该处防腐层存在严重破损情况。1.3 开挖结果 ——————————————————————————————————————————————— 该管道2处测试点的现场照片见图1和图2。开挖发现，该管道所使用的环氧煤沥青玻璃丝布防腐层大面积破损，外层玻璃丝布腐烂失效，并且电 。氧浓差电池经常发 这是因为管道的外部环境比较复生在埋地管线上， 在不同的环境中氧浓度含量不同，因此当管道经杂， 过2种不同的环境时，就会在这2个部位形成氧浓度形成腐蚀电极的阳差。缺氧部位管道的自然电位低， 极(易受腐蚀);在氧浓度比较充足的部位，管道的自然电位较高，形成腐蚀电池的阴极，因此管道的不同部位之间就会形成原电池。 例如，管道通常处于沟底未被扰乱的土壤上，管道的侧面周围和顶部是相对松散的回填土，它们被重由于回填土对表面扩散下来的氧通透新放回沟中时， 性更好，而且路径较短，所以形成了浓差电池。阳极而阴极是其他的表面，电解质是土壤，是管道的底面， 连接回路是管道金属本身。管道通过不同性质土壤 收稿日期:2012,04,16 收修改稿日期:2012,04,24 52PipelineTechniqueandEquipment 上端。 May.2012 该处防腐层由于失效而发生大面积的剥离，剥离这样就形成了一——————————————————————————————————————————————— 个闭塞的防腐层覆盖在金属管道上， 的电池。闭塞区的几何条件造成溶液的停滞，使物质的迁移困难，结果使闭塞区内金属离子浓度增加，大量的金属离子聚集导致金属离子发生水解而使内部外部Cl向溶液pH值下降。为了保持溶液的电中性， , 内迁移，酸性的环境和Cl的迁入加速了管道发生点 , 蚀和缝隙腐蚀的可能性。上述过程反复进行，互相促进，整个腐蚀过程具有自催化特性，从而加速了阳极区的金属腐蚀。 图2所示的管道为架空管道被土覆盖处，该处防露出了金属本体，处发生了腐层已经部分脱落， 大面积的腐蚀现象。而未被土覆盖的管道防腐层完并且没有腐蚀现象。该现象同样也说明该处管道好， 与氧浓差电池有关。并且由于被土覆盖的面积较小， 火花检漏不合格。由于该管线沿途土壤含水量高，土一旦防腐层破损，水分、各种盐类从破损壤电阻率低， 处进入防腐层内部，将会导致外防腐层损坏面积呈几何级增长。1.4 水样化验结果 开挖点水样由中国科学院金属研究所进行化验，结果如下:pH值为6.99;氯离子含量为2731mg/L;硫腐酸根含量为1123mg/L;含——————————————————————————————————————————————— 盐总量为53110mg/L，“强”。化验结果表明:该处土壤含蚀等级综合评价为 盐量较高，土壤腐蚀性较强。1.5 结果分析 图1所示管道为架空管道出入地位置，该处管道防腐层已经完全开裂，管体严重腐蚀，但地上部分管并且腐蚀程度较轻，说明该处形成了道防腐层完好，明显的宏观电池现象。 其原因主要是该处管线出入地位置含氧量相对较低，导致该处自然电位较低，地上部分由于氧气充自然电位相对较高。因此出入地部分与地上管道足， 之间由于存在电位差而形成了腐蚀电池。缺氧区域(入地管道)成为腐蚀电池的阳极，管道发生氧化反应(Fe?Fe2++2e);氧气充足区域(地上管道)形成腐蚀 电池的阴极，管道发生还原反应(O2+2H2O+4e?4OH)，从而导致了出入地部分发生了腐蚀。地上部分作为腐蚀电池的阴极，在一定程度上抑制了管道的腐蚀。因为浓度梯度差越大的地方电位差越大，出入地管线浓度差最大的位置位于出入地管线的界面处，因此，腐蚀发生最为严重的位置位于出入地管段的最 , 即阳极面积小，造成了“小阳极、大阴极”的现象，从而加速了该处腐蚀的发生。2 防护措施 ——————————————————————————————————————————————— (1)对管道出入地端要严格控制防腐层的
质量。 (2)可以增加牺牲阳极，对出入土部位进行阴极保护。 (3)清除架空管道上方的占压物体。3 结束语 (1)这两处位置都是由于形成了氧浓差电池而发生了腐蚀现象。 (2)腐蚀环境和“小阳极、大阴极”现象加速了腐蚀的发展。 (3)对于易形成浓差电池的位置，如管道穿过不管道出入地位置及各种界面的交界处，同的土质处、 要严格控制防腐层的施工质量，并对该区域的管道加强阴极保护监测。 参考文献: 1,曹楚南(腐蚀电化学原理(2版(北京:化学工业出版社，, 2003( ,2,YOOHI，YANGSJ(Open-CircuitPotentialofanOxygen ConcentrationCellInvolvingaTernaryOxide(JournalofThe2001，148(6):A642,A645(ElectrochemicalSociety， ,3,NAKAJIMAY，MORIYAT(Onthetrialutilizationofan oxygenconcentrationcellinanopen-coildecarburizationfur-nace(SolidStateIonics，1981，3,4:605,608( ,4,刘道新(材料的腐蚀与防护(西安:西北工业大学出版 2005(社， ——————————————————————————————————————————————— ———————————————————————————————————————————————
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