简论蒸汽埋地蒸汽管道腐蚀制约

摘要： 本文根据我公司十余年来为南通数家供热单位制作安装的埋地蒸汽管道的经验和总结，就埋地土壤介质对金属管道腐蚀、表面处理、防腐蚀涂料和牺牲阳极联合防腐对钢套钢地埋管道腐蚀控制的实践作了表述及探讨。
关键词： 钢套钢 金属管道保护技术

一、“钢套钢”地埋蒸汽管道的优点

1.1蒸汽直埋敷设管节能、环保、美观

1.1.1我国是一个人均能源匮乏、能源利用率较低的国家。2009年我国消费31亿吨标准煤，电力行业耗煤约占其中的一半，其中发电占90%，供热占10%.煤炭燃烧时，排放大量二氧化碳、二氧化硫和烟尘。实行集中供热采用埋地敷设热力管道，可大大节约能源，减少环境污染。根据工程实践，蒸汽管道直埋敷设可节省能耗10～15%，甚至更多。
1.1.2埋地敷设蒸汽管道是城市现代化基础设施之一。它既提供稳定可靠、高品位的能源，又改善人们生活质量和生存环境，减少城市污染，减少占地、有效利用城市有限空间，具有显著的社会和经济效益。

1.2埋地蒸汽保温管的结构

从里到外为芯管、保温层、外护钢套管。取代了原来的“塑套钢”和“玻璃钢套钢”的结构型式。后两种埋地管结构有一个致命的缺点，即套管接头处不好处理，接头处的强度和严密性得不到保证。特别是在高水位地区，如果外护管局部密封不严，地下水渗到保温层中，就会产生“开锅”冒泡现象。2000年全国直埋蒸汽管道技术研讨会上，大力提倡推广“钢套钢”保温结构及内固定形式。

1.3“钢套钢”保温结构可提高工程质量、缩短工期、降低造价

1.3.1 “钢套钢”保温结构的外护管采用螺旋焊接钢管，连接采用焊接，钢套管是完全一体地连接在一体，没有任何泄漏点，且外套钢管局部过热也不影响使用。
1.3.2“钢套钢”保温结构结合内固定、芯管补偿管段、芯管滚轮式滑动及其它管件，可将管道分段在工厂预制，因而取消了钢筋混凝土支墩。
1.3.3预制好的管段运到施工现场进行焊接即可完成，既节省了占地，又大大缩短工期，特别是对施工条件受限止的地区施工，具有极大的便利，同时使施工造价得到降低。

二、钢质外护管及防腐涂层

钢质外护管，采用传统金属焊接工艺，只要认真重视，管道质量是可以保证的，特别是外护管焊接采用无损检查或气密性试验，能够保证管道接口的密闭性。目前显现出最重要的问题是外护钢管的防腐蚀控制。

2.1埋于地下的金属管道的腐蚀过程主要有以下三个方面：

2.1.1电化学溶解腐蚀过程。土壤中有水分和能进行离子导电的盐类存在，使土壤具有电解质溶液的特征，对金属管道造成电化学溶解腐蚀。
2.

1.2由于外界漏电的影响，土壤中有杂散电流通过，发生杂散电流腐蚀。

2.

1.3土壤中有细菌作用而发生生物腐蚀。

2.2对防腐涂层的要求：
2.2.1由于埋地管道防腐涂层维修不易，为保证管道使用寿命，防腐涂层的防腐年限要长，目前一般设计要求在25年左右。
2.2.2选用的涂料品种应具有良好的防锈性，抗渗透性，防潮性，考虑到管道可能穿越受污染的土壤或河流，涂层还应具有良好的耐化学药品性。
2.2.3根据C104-2005《城镇供热直埋蒸汽管道技术规范》要求，埋地蒸汽钢套管外表面温度应小于50 ℃，节点处外表面温度应小于60 ℃的要求，所以，防腐涂层还应有一定的耐温性能。

2.4考虑到安装和搬运需要，涂层应具有较好的耐磨损性，耐擦伤和碰撞。

2.3表面处理

2.3.1钢管构件表面除锈处理是保证涂层工程质量的基础，钢管构件表面除锈质量、涂膜厚度、涂料种类和涂装工艺都是影响涂膜使用寿命的因素，见表1
表1各种因素对涂膜寿命的影响

由上表可见，钢管构件表面处理的质量是决定涂层寿命的主要因素。
2.3.2施工前对外套钢管表面必须严格进行处理，做到表面无锈蚀、油污。目前一般采用喷砂处理，达到GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级标准》Sa2.5级，钢铁表面形成的粗糙度，一般应控制在40－80微米间。

2.3.3表面处理达标后，应在规定的时间和工艺条件下及时施涂，以防管道表面生锈。

2.4环氧煤沥青涂料的应用

环氧煤沥青系列防腐涂料主要是由环氧树脂、煤焦沥青、颜填料、溶剂和固化剂等组成，分甲、乙双组份包装。甲组份为底漆与面漆，乙组份为底漆与面漆的固化剂。 性能和特点：环氧煤沥青系列防腐涂料综合了环氧树脂的机械强度高，粘结力强，耐化学介质侵蚀的优异特性和煤焦沥青耐水、抗植物根、抗霉菌等优点。涂层具有优良的防锈性和耐化学介质腐蚀性，良好的物理机械性能，附着力强，漆膜坚韧、耐磨，在埋地管道外壁的防腐施工中经过绕了玻璃布固化后形成玻璃钢结构层，具有优异的绝缘性，抗水渗透性、抗微生物侵蚀、耐杂散电流、耐热、耐温度骤变等优良性能，涂层可在＋4℃～＋110℃之间使用，根据涂膜耐热测定方法（GB1735-79）测定结果在110℃，104天，防腐涂层完好无变化。

三、钢质外护管的阴极保护技术

采用阴极保护技术延缓钢铁构筑物的腐蚀主要有两种方法：牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。
牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属,如铝、锌或镁。阳极材料不断消耗,释放出的电流供给被保护金属构筑物而使阴极极化，从而实现保护。
外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。
表2两种保护方法优缺点的比较

3.2应用阴极保护的基本条件

3.

2.1介质条件：

阴极保护时，腐蚀介质必须是导电的，而且被保护的金属表面周围，要有足够的量。阴极保护适用于中性盐溶液、海水、土壤、江湖水、碱溶液、污水、弱酸性溶液等介质。对于气体和不导电的介质是不能采用阴极保护的，因为在这种条件下不能形成连续电路。同时，被保护金属周围的电介质必须是大量的，因为只有这样，保护电流才有可能通过电解液层均匀分布到设备、管道表面的各部分，从而使管道、设备得到完全保护。若电介质液层较薄或太薄，管道、设备只能得到部分保护或根本得不到保护。因此，阴极保护只能适用于导电介质，並且是大量的能建立连续电路的导电介质。
3.

2.2金属材料：

凡是在腐蚀介质中能够进行阴极极化的金属材料，都可以采用阴极保护。一般常用的金属结构材料，如碳钢、铸铁、不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金、铅等。在进行阴极保护时，阴极可能发生氢离子放电，从而造成溶液中氢氧根离子浓度增加。由于金属不耐碱，所以会造成腐蚀。这就是金属应用阴极保护有局限性的原因。但金属在酸性介质中是可以用阴极保护的，如铅在稀硫酸中是完全可行的，铝合金在海水中阴极保护是可行的。
3.

2.3被保护设备的结构形状

被保护设备的结构形状一般不宜复杂，因为结构复杂，就会造成阴极保护所需要的阳极系统复杂化，某些结构复杂的设备甚至根本不能采用阴极保护。由于结构复杂的设备在靠近阳极的部位优先得到保护电流，而远离阳极的部位，便得不到充分的保护电流，因此，设备的某些部位可能发生腐蚀。
“钢套钢”埋地蒸汽管道满足上述3条基本条件。

四、阴极保护和涂料防腐的联合保护

根据以上分析，对钢套钢地埋蒸汽管道的腐蚀控制方法为：
外套钢管采用特加强级环氧煤沥青玻璃钢防腐与牺牲阳极保护同时进行，称之为联合保护。联合保护使腐蚀控制手段相互补充，这是因为涂料防腐在生产、运输与施工中无法保证不受损坏。另外，涂层本身的缺陷，如微孔、老化等，不可能完全将保护的金属与腐蚀环境、介质隔离。由于没有绝对完好的覆盖层，往往不能得到满意的保护效果。采取涂料和牺牲阳极保护联合防腐，利用阴极极化的电化学手段，保证了被保护金属体的电化学均匀性，控制了腐蚀电池的产生，弥补了覆盖层防腐的不足。这样，涂料防腐有牺牲阳极保护作辅助，而牺牲阳极保护的有效性又依赖于覆盖层的绝缘性能和保护电流密度。延长了使用寿命，大大提高了防腐使用周期。
具体方法为外套钢管件在车间预制，除锈达到Sa2.5级标准后，采用环氧煤沥青玻璃钢分层进行特加强级防腐，在外套钢管件地埋蒸汽管件现场安装时，套管焊缝处在焊缝检验合格后再加

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焊柔性带状镁阳极，对接头进行补口和进行补伤，同时安装经计算和预备好的牺牲阳极及其附件，并及时进行测试，达到设计要求的保护电位。

五、结束语

管道的防腐方案和防腐质量是确保管道工程质量和管道安全可靠运行的关键因素之一。埋地管道采用外防腐涂层与阴极保护联合防腐是延长管道运行寿命、减少管道运行故障的有效手段。世界各国都十分重视人类的生存环境，地上的建筑、海陆空交通工具，油、气、水输送管道，各类工业装备设施，无论选用耐腐材料，还是采用防腐蚀措施，都是在确保安全耐蚀的同时，追求与自然的和谐，为人类创造一个安全、舒适、美丽的生存空间。因此腐蚀控制在推进我国经济“节约发展、清洁发展、安全发展、可持续发展”的进程中，有着不可替代的重要作用。