腐蚀一直是困扰人们的一门边缘学科。虽然与腐蚀相关的理论和方法都在不断的发展,但由于材料与环境的千差万别,在石油机械行业,特别是对于长输管线,因其输送距离比较长,所经历的自然地理条件差别巨大,其腐蚀问题一直未能很好的解决影响金属腐蚀的因素很多。土壤腐蚀绝大多数情况下都是由于埋在地下的不锈钢管件管道(构件)与土壤这种的电解质进行电化学过程所引起的。土壤是引起石油长输管线外(壁)腐蚀破坏的主要原因。
1、土壤的组成和性
土壤由固、液、气三相组成。固相毛隙孔中充满着液体和空气。液体粘附在固体颗粒周围,有些可以在微孔中流动。土壤的含氧量与土壤湿度和结构有密切关系,湿度不同和结构不同的土壤,含氧量相差可达几万倍。这正是造成氧浓差电池腐蚀的原因。土壤中还溶解有许多盐分,如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-、Cl-、SO42-、以及其它各种物质,使土壤成为电解质,其导电性与土壤的干湿程度及含盐量有关。土壤愈干燥,含盐量愈少,其电阻就愈大;反之,其电阻就愈小。与传统的电化学或腐蚀介质相比,土壤作为腐蚀介质有许多的性质。一是多方即险:土壤由固、液、气三相构成,具有电解性质的是其中的液体。但固相的多孔性和胶体性,以及与气相的混合,再加上液相中水分子与土壤粒子结合的多种形式,所以与其它大多单相腐蚀介质有着巨大的差别。二是不流动性:固相相对于埋在土壤中的金属管线来说,是不流动的,不存在机械的搅动和对流,而液相和气相只能通过毛细管间隙移动,流动性较差。所以固相间毛细管中的气液相成了土壤中物质与能量传递的主要途径,在土壤腐蚀过程中占有相当重要的地位。三是不均匀性:由于土壤介质的不流动性,形成团粒结构状况的不同,以及含水量的变化等,土壤的理化性质(特别是电学性质)无论在小范围还是大范围内都有较大的不均匀性。四是时间季节性:上壤的性质在不同的时间内是不一样。若以一年为一个周期,土壤的性质不仅在同一周期内不同的时间上有很大的不同,而且同一时间但不同的周期时也不重复。土壤作为腐蚀性介质所具有的这些性,必将影响其对不锈钢三通管道的电化学腐蚀过程的特征。
2、土壤腐蚀的过程
长输管线在土壤中的腐蚀是一种电化学腐蚀。且大多数属于氧去化腐蚀,只有在强酸性土壤中,才发生氢去化腐蚀。其电反应为:
阳反应:金属溶解并放出电子:
Fe→Fe2++2e
阴反应:介质中的离子吸收电子的还原过程:
2H++2e→H2↑(强酸性介质中)
O2+4H++4e→2H2O(酸性介质中)
O2+2H2O+4e→4OH-(中、碱性介质中)
在土壤腐蚀中,阴、阳过程受土壤结构及湿度的影响大。若土壤疏松、干燥,则阳过程不易进行,因为这时缺乏使金属成为水化离子的的水分,而氧的渗透和流动比较容易,即阴反应容易进行。整个腐蚀过程受阳控制;而在潮湿的粘性土壤中,氧的渗透和流动速度均较小,但水分充足,所以腐蚀过程主要受阴过程控制。对于埋地的不锈钢弯头管线,经过透气性不同的土壤而形成氧浓差腐蚀电池时,土壤的电阻成为主要的腐蚀控制因素,或阴一电阻混合控制。