当前位置 工程之家 材料工程 正文 下一篇:

土壤腐蚀的类型

1.微观腐蚀电池

由于土壤透气性不同,使氧的渗透速度不同。土壤介质的不均匀性影响着金属各部分的电位,这是促使形成氧浓差电池的主要因素(图6.6)。

图6.6 管道在结构不同的土壤中所形成的氧浓差电池

对于比较短小的金属构件来说,可以认为周围土壤的结构、水分、盐分、含氧量等是均匀的,这时发生和金属组织不均匀性有关的微电池腐蚀,表现为全面腐蚀的特征。

2.宏观腐蚀电池

在土壤腐蚀的情况下,除了因金属组织不均匀性引起的腐蚀微电池外,还可能存在由于土壤介质的不均匀性引起的宏观腐蚀电池,在土壤中往往起到更大的作用。

土壤结构不同,各部分氧渗透率不同,含盐量不同或埋设深度不同、地下水位不同等原因,可引起氧浓差电池和盐浓差电池等宏观腐蚀电池。这类宏观电池造成局部腐蚀,在阳极部位产生较深的腐蚀孔,使金属构件遭受严重破坏。在土壤中起作用的腐蚀宏电池有下列类型。

(1)氧浓差电池是指由于不同部位土壤的氧含量的差异导致氧含量低的部位电位较负成为阳极,氧含量高的部位电位较正成为阴极的腐蚀电池。管道在结构不同的土壤中所形成的氧浓差电池如图6.6所示。处在砂土中的金属部分,由于氧容易渗入,电位高成为阴极;而埋在密实、潮湿黏土中的金属部分,由于氧的渗透性差,这里的管段作为阳极而被腐蚀。同样,埋设较深的构件部位,由于氧到达困难,便成为阳极,发生比较严重的腐蚀,甚至在直径较大的水平的输送管道上,也能看到管道的下部比上部腐蚀更严重;土壤中石块等夹杂物的透气性比土壤本体差,使得该区域金属成为阳极遭受腐蚀;另外,石油化工厂的大型储罐底部若直接与土壤接触,则由于氧更容易到达电极的边缘(即边缘效应),底部的中央相对于边缘处成为阳极发生腐蚀,而边缘部分腐蚀要轻微得多。

(2)盐浓差电池是指由于土壤介质的含盐量不同而造成的,盐浓度高的部位电极电位较负,成为阳极加速腐蚀。

(3)油井和气井的套管以及压缩站的管道中可能形成温差电池。对于油井和气井的套管,位于地下深层的温度较高成为阳极,而位于地表附近的套管温度较低成为阴极。当压缩站的热气进入管道后,把热量传给土壤,温度下降,故靠近压缩站的管道是阳极,远离压缩站的管道是阴极。

(4)当新旧管线连在一起时,由于旧管线表面有腐蚀产物层,使电极电位比新管线正,成为阴极,加速新管线的腐蚀。

(5)对于大型的、长距离埋设的金属构件和管道,通过组成、结构不同的土壤时形成长距离宏电池。在从一种土壤进入另一种土壤处形成电池。一种情况是因为土壤中氧的渗透性不同而造成氧浓差电池;另一种情况是由于土壤性质的变化,如土壤中含有硫化物、有机酸或工业污水,同样会形成宏观腐蚀电池。长距离腐蚀宏电池可产生相当可观的腐蚀电流(也称长线电流),土壤的电导率越高,长线电流也越大。

3.杂散电流引起的土壤腐蚀

所谓杂散电流是指由原定的正常电路漏失而流入他处的电流。地下埋设的金属构件在杂散电流作用下发生的腐蚀称为杂散电流腐蚀。杂散电流是一种漏电现象。杂散电流腐蚀是外电流引起的宏观腐蚀电池,这种局部腐蚀可集中于阳极区的外绝缘涂层的破损处。主要来源是应用直流电的大功率电气装置,如电力机车、电焊机、电解和电镀槽、电化学保护装置等。地下埋设的金属构筑物、管道、贮槽、电缆等都容易因这种杂散电流引起腐蚀。此外,工厂中直流导线绝缘不良也可引起“自身”杂散电流的出现,成为管道、贮槽、器械及其他设备腐蚀的原因。

有轨电车引起地下管道发生杂散电流腐蚀如图6.7所示。在正常情况下电流流程为:自电源正极通过架空线再沿机车通过铁轨回到电源负极。但当路轨与土壤间绝缘不良时,就会有一部分电流从路轨漏到地下,进入地下管道某处,再从管道的另一处流出,回到路轨。在这种情况下,相当于产生了两个串联的宏观电池:

图6.7 土壤中杂散电流腐蚀示意图

地面铁轨(阳极)|土壤(电解质)|地下管道(阴极)

地下管道(阳极)|土壤(电解质)|地面铁轨(阴极)

杂散电流从土壤进入管道的一端称为阴极区,此区主要造成地面上铁轨作为腐蚀电池的阳极,而引起腐蚀,发现这种腐蚀更新铁轨并不困难,一般对管道没有什么影响,只有当管道电位太负,导致大量析氢,可能破坏防腐绝缘层。杂散电流从管道流出的一端称为阳极区,此处地下管道相当于阳极,而且位置固定不变(不像阴极区随电车位置而改变),所以会发生十分严重的腐蚀。这种地下管道的腐蚀很难被发现,修复也麻烦。

杂散电流造成的腐蚀损失相当严重。腐蚀破坏程度与杂散电流的电流强度成正比。电流强度越大,腐蚀就越严重。计算表明:1A电流持续一年就相当于9kg的铁发生电化学溶解而被腐蚀掉。杂散电流干扰比较严重的区域,若是8~9mm厚的钢管,只要2~3个月就会腐蚀穿孔。杂散电流还能引起电缆铅皮的晶间腐蚀。

腐蚀事故表明,交流电也会引起杂散电流腐蚀。交流杂散电流是指工频杂散电流,主要来源于交流电气化铁道和高压输电线路等。这种杂散电流腐蚀破坏作用要小得多。如频率为60Hz的交流电,其作用约为直流电的1%。

4.土壤中的微生物腐蚀

在缺氧的土壤中,如密实、潮湿的黏土处,金属腐蚀过程似乎难以进行,但这种土壤条件却有利于某些微生物的生长。常常发现,因硫酸盐还原菌(厌氧菌)和硫杆菌(有排硫杆菌和氧化硫杆菌两种,最宜存在的温度为25~30℃)的活动而引起金属的强烈腐蚀。这两种细菌能将硫酸盐还原产生S 2- ,其中仅小部分消耗在微生物自身的新陈代谢上,大部分可作为阴极去极化剂,促进腐蚀反应。土壤中水分、养料、温度和pH与这些微生物的生长密切相关,如硫酸盐还原菌易在中性(pH=7.5)条件下繁殖,当pH<3.5或pH>9时,就很难繁殖和生长。

这些细菌有可能引起土壤物理化学性质的不均匀性,从而造成氧浓差电池腐蚀。细菌在生命活动中产生硫化氢、二氧化碳和酸,对金属进行腐蚀。细菌还可能参与腐蚀的电化学过程,在缺氧的中性介质中,因氢过电位高,阴极氢离子的还原困难。阴极上只有一层吸附氢。氢吸附在铁表面,在有硫酸盐还原菌参与时,能消耗氢原子,使去极化反应顺利进行。在硫酸盐被还原的同时,Fe被腐蚀生成了FeS和Fe(OH) 二次腐蚀产物。

在土壤中由于污物发酵结果产生硫代硫酸盐,有利于排泄杆菌的繁殖,生成硫,而氧化硫杆菌将硫又氧化成硫酸,造成地下金属构件的严重腐蚀。

版权声明:本篇文章(包括图片)来自网络,由程序自动采集,著作权(版权)归原作者所有,如有侵权联系我们删除,联系方式(QQ:452038415)。http://www.apmygs.com/825.html
返回顶部