地埋长输工业蒸汽管道疏水管道阀门腐蚀原因及治理

地埋长输工业蒸汽管道疏水管道阀门腐蚀原因及治理

赵士杰  柴国江  冯开元  孙洁 

（河北华电石家庄裕华热电有限公司）

摘要：城市工业蒸汽输送管道多采用地埋方式敷设，考虑到地下环境有雨水管道、污水管道、电缆及天然气管道等局部因素，采用部分架空敷设避开施工障碍，地埋工业蒸汽管道的疏水管道及阀门的腐蚀是长距离蒸汽输送管道安全运行的最大隐患。

关键词：地埋  腐蚀  二硫化钼

1.引言

某公司栾城工业蒸汽管线长约20公里，主要为栾城区医药企业和食品企业提供生产用蒸汽。其中，地埋管线长约15公里，架空管长约5公里，沿途安装地下疏水组83个、架空疏水组24个。

工业蒸汽管网于2021年11月14日投运以来，经过1年多时间运行，日常巡检发现疏水井环境潮湿，疏水井内温度较高，造成疏水组管道（保温）、阀门有腐蚀现象。

2.现状腐蚀原因分析

2022年，管网运维部发现疏水组管道及阀门有腐蚀现场后，制定了定期加油防腐制度，每季度在疏水阀门门体及压兰、手轮抹黄油（一般黄油），大约一周时间后检查发现阀门上黄油蒸发或受热流失，加普通黄油防腐效果不理想。

经过研判和分析后，考虑工业蒸汽疏水温度高、井内环境潮湿、温度较高，改用#3二硫化钼高温黄油后，可以保持3-6个月，有很好防腐蚀效果，但是保温内管道存在腐蚀现象。

2.1地埋疏水管道腐蚀分析

该公司工业蒸汽管道地埋疏水井采用砖砌加水泥抹面工艺，顶部用预制盖板封闭，在渗水井和阀门井分别安装两个独立井盖。

2.1.1疏水井环境温度高。

该公司工业蒸汽管道疏水井自动疏水阀开启后，疏水管道保温效果差，造成疏水井内部温度较高。

2.1.2疏水井环境潮湿。

一是自动疏水阀排出汽水混合物到渗水井，热蒸汽通过盖板或穿墙管的缝隙进入到阀门井，造成阀门井湿度增大。二是田地里砖砌疏水井在浇地后塌陷变形进水。三是雨季受到极端天气大雨或连续降雨后，地势低洼处疏水井雨水渗入井内，造成疏水井内积水。

由于地埋疏水井处于高温、潮湿环境，为井内管道、阀门的锈蚀提供了极大有利条件。

2.2管道腐蚀机理

长距离、大口径、地埋金属管道，由于土壤的腐蚀作用，造成管道穿孔、跑冒滴漏事故时有发生。由于工作环境和运行工况条件不同，管道腐蚀破坏的类型和特征各异。管道外壁因环境介质的腐蚀作用，常发生不均匀的全面腐蚀，如锈蚀、大面积坑蚀、溃疡腐蚀，导致管壁减薄，随腐蚀进行过程中，在一定条件下会产生点腐蚀（小孔腐蚀），进而穿孔泄漏；或在工作负载应力、热应力（供热管道、蒸汽管道）或结构应力、加工残余应力联合作用下发生应力腐蚀或腐蚀疲劳，进而导致管道断裂，流动物料与管壁的相对运动可导致腐蚀或冲蚀破坏等。腐蚀的种类主要有：

2.2.1电化腐蚀

金属管道材质主要成分一般是钢铁，钢铁接触到电解质溶液发生原电池反应，即铁原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀，这种腐蚀成为电化腐蚀。通常金属管道的腐蚀主要是电化腐蚀作用的结果。

在潮湿空气或土壤中，钢铁管道表面会吸附一层薄薄的水膜而促使管道腐蚀。由于外界酸碱环境差异，钢铁会发生吸氧或析氢腐蚀，一般以吸氧的电化学腐蚀为主。

当水膜基本为中性时，钢铁与吸附在管道表面的溶有氧气水膜构成原电池。

负极：Fe—2e=Fe2+（钢铁溶液）

正极：2H2O+O2+4e=4OH-（吸收氧气）

而当水膜为酸性时，钢铁与吸附在管道表面的溶有CO2的水膜构成原电池。

负极：Fe—2e=Fe2+（钢铁溶液）

正极：2H++2e=H2（析出氢气）

如果这种电化学或原电池作用代表腐蚀的全部过程的话，我们应该在管壁上看到一个个空泡。但在实际中，这些空泡经过一段时期后，变成大小不均的瘤状结构，硬壳内充满了Fe（OH）3和Fe2（OH）3的混合物。这是因为，金属表面由于氧化成二价的氢氧化铁会继续被氧化成三价铁，但它并不是永远贴附在管壁上，保持静止。而是随着土壤中不断有氧气侵入，通过破裂的膜向内一层层运动，把部分亚铁离子氧化成铁离子，经过一段时间，这些氧化铁浓度超过一定的比例，磁性氧化铁或其它亚铁化合物就会不断析出，并产生酸性物质，后者继续与金属作用，再产生新的亚铁盐，不断循环腐蚀结锈。

2.2.2化学腐蚀

金属管道的腐蚀除电化腐蚀外，还有金属跟接触到的物质（一般是非电解质）直接发生化学反应而引起的一种腐蚀，称作化学腐蚀。这一类腐蚀的化学反应较为简单，仅仅是铁等金属与氧化剂之间的氧化还原反应。从本质上讲，电化腐蚀和化学腐蚀都是铁等金属原子失去电子而被氧化的过程，但是电化腐蚀过程中有电流产生，而化学腐蚀过程中则没有。在一般情况下，这两种腐蚀往往同时发生，只是化学腐蚀没有电化腐蚀普遍，对管道外壁的腐蚀作用也不大，几乎可以忽略。

2.2.3微生物腐蚀

2.2.3.1形成差电池腐蚀金属管道

由于细菌在金属管壁表面形成菌落，消耗了周围环境中的样，加上细菌试题所吸附的无机盐，沉积物覆盖了局部表面，造成管壁表面氧浓度成梯度分布。这样就使管道表面形成的电位差，形成氧差腐蚀电池。另外由于原电池腐蚀，阳极区释放的亚铁离子能为铁细菌作能源，因而吸引了该菌在阳极区聚集。其结果一方面能加速亚铁氧化成高铁，促使阳极去极化过程，另一方面，菌在钢铁管壁面形成结瘤，又促使形成氧差腐蚀电池的过程。

2.2.3.2代谢物引起腐蚀

微生物的生命活动过程中生产的一些腐蚀的代谢产物，如硫酸还原菌的代谢产物不仅可促进阳极去极化作用，使腐蚀不断进行，而且它的电位比铁还低，又形成新的腐蚀电池。又如氧化硫酸杆菌在代谢过程中能产生10%-20%的硫酸，从而强烈腐蚀管道。此外一些差异菌和真菌（树脂技泡霉）还能产生有机酸、氨等，腐蚀金属管道。

3.地埋管道防腐措施

防止管道腐蚀的措施很多，但由于不同类型管道所处的环境及腐蚀的种类都有所差异，所以没有哪种方法在任何情况下都能适用，一劳永逸。因此，在防腐工作中，必须根据具体情况采取一种或几种措施配合使用。

3.1采用性能良好的防腐材料

目前国际上管线防腐使用最多的新型防腐材料有挤塑聚乙烯，熔给环氧粉末、三层PE等。其中三层PE是目前世界上较为先进的一种防腐层，其底层为溶解环氧粉末，中间为一层共聚粘结剂，外面缠绕一层挤塑聚乙烯。因此，它具有溶解环氧粉未知数和挤塑缠绕聚乙烯的双重优点，又能克服其不足，是一种各项性能优异的防腐层。通过选择上述优异防腐材料，进而提高防腐层质量，使其真正达到保护管道外壁免遭土壤介质的化学腐蚀、细菌腐蚀的目的。

3.2施加阴极保护电流

即采用外部施加直流电源取得阴极极化以防止金属腐蚀的方法。使被保护的管道接电源负极，电源正极接辅助电极。接通电源后，直流电源便向管道施以阴极极化电流，是金属表面阴极极化，当外加电流大于腐蚀电流时，受保护的管道表面就能保持一个足够的负电位，阻止管道的腐蚀。

3.3采用牺牲阳极

采用一种可以提供阴极保护电流的金属或合成（通常为锌、镁或铭-镁合金）与受保护管道相连，使管道阴极极化，阴极金属腐蚀消耗，从而实现防止金属管道腐蚀的效果。在实际应用中，一般用于钢管。

4.栾城热网工业蒸汽疏水井治理措施

4.1“三油两布”防腐法

4.1.1将疏水井管道、阀门保温拆除。

4.1.2用钢丝刷或角磨机清理管道上锈迹及泥土。

4.1.3在管道及阀门上加抹高温黄油，注意要涂抹均匀。

4.1.4使用DN50岩棉管重新包裹管道，用绑丝固定牢固。

4.1.5用玻璃丝缠绕带缠绕裹紧岩棉管，刷第一遍沥青漆。

4.1.6用玻璃丝缠绕带再缠绕包裹第二层，后刷第二遍沥青漆。

4.2“光管”抹油法

4.2.1将疏水井管道保温拆除。

4.2.2用钢丝刷或角磨机清理管道上锈迹及泥土。

4.2.3在管道及阀门上加抹高温黄油，注意要涂抹均匀。

5.实施后效果

2023年6月实施后，在汛期，观察低洼处疏水井仍有积水现象，或者冬季，疏水井内环境潮湿，实施“三油两布”防腐法的疏水井打开保温发现仍有腐蚀管道现象。

    而光管抹油防腐方法，在日常检查中就可以直观发现涂抹高温黄油的质量，一旦有少油现象可以及时补充抹油。