張廣鑫

(潮州市特種設(shè)備檢驗所，廣東 潮州521011)

0 引言

城市燃?xì)庋杆侔l(fā)展是城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志， 城市燃?xì)獾陌l(fā)展，改善了城市環(huán)境，方便了人民生活，促進了城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和社會經(jīng)濟的發(fā)展。但是因為燃?xì)夤艿浪幁h(huán)境的復(fù)雜性，一旦發(fā)生失效，特別容易引發(fā)火災(zāi)爆炸等一系列傷亡事故，造成的經(jīng)濟損失和社會影響是不可估量的，因此，有關(guān)燃?xì)夤艿朗У膯栴}需要得到足夠的重視。本文就燃?xì)夤艿朗г蚣邦A(yù)防措施進行了分析，并結(jié)合了具體的工程實例，以期能為燃?xì)夤艿朗У慕鉀Q提供參考借鑒。

1 燃?xì)夤艿朗г蚍治?/h2>

1.1 管道背景介紹

樣品為某埋地燃?xì)夤艿溃?材料是按照GB/T3091—2008 執(zhí)行的Q235 的鍍鋅管，圖1 為管道內(nèi)外腐蝕宏觀照片。 由圖可以看出管道在經(jīng)過長時間的使用，管道內(nèi)外表面均發(fā)生腐蝕，管道外表面腐蝕減薄尤其嚴(yán)重，主要腐蝕類型有點蝕、局部腐蝕和均勻腐蝕。為研究這些管道失效原因，對管道腐蝕產(chǎn)物與金屬材料的性能進行研究分析。

圖1 埋地管道內(nèi)外表面腐蝕形貌宏觀照片

1.2 金相分析

圖2 燃?xì)夤艿涝诓煌堵氏碌慕鹣囡@微組織

1.3 力學(xué)性能分析

在部分燃?xì)夤艿郎辖厝≡嚇舆M行拉伸實驗。由于受燃?xì)夤艹叽绾托螤钕拗疲?力學(xué)性能取樣一般選取靠近腐蝕坑但又相對較厚管段，具有較好的代表性；取樣方向為管道軸向方向，以反映腐蝕區(qū)域材料強度。

1.4 腐蝕產(chǎn)物分析

對腐蝕產(chǎn)物進行EDS 成分分析，進一步研究管道腐蝕環(huán)境狀況。

表1 為管道腐蝕產(chǎn)物EDS 能譜成分分析結(jié)果， 表明管道內(nèi)表面腐蝕產(chǎn)物主要是Na2S 和ZnS(均為白色粉末狀)，表明該管道輸送燃?xì)庵泻蠬2S 或Na2S。 該管外表面腐蝕產(chǎn)物EDS 成分分析結(jié)果表明，管道外表面腐蝕產(chǎn)物主要由氯化物(如NaCl)、硫化物(如ZnS)和氧化物(如ZnO)組成。 管道外表面腐蝕產(chǎn)物中硫化物可能為管內(nèi)含硫介質(zhì)泄漏所致，也有可能為土壤污染所致。

表1 管道腐蝕產(chǎn)物EDS 能譜成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

對鍍鋅層的腐蝕原因進行分析， 主要是由于Zn 的標(biāo)準(zhǔn)電極電位比基體Fe 的標(biāo)準(zhǔn)電極電位負(fù)， 所以電鍍層和基體Fe 產(chǎn)生原電池時，電鍍Zn 起到犧牲陽極作用，防止基體金屬發(fā)生腐蝕。 在pH 值為中性的環(huán)境中，鍍層表面會生成一層耐腐蝕性的鈍化膜，但在潮濕的環(huán)境中，由于水分凝結(jié)于鍍鋅層表面，當(dāng)電鍍鋅層產(chǎn)生缺陷時，鋅層與基體金屬便形成了原電池，此時鍍鋅層為陽極，基層Fe 為陰極，在液膜中氧氣充分時其典型的電化學(xué)反應(yīng)為：

陽極反應(yīng)：Zn－2e→Zn2＋

陰極反應(yīng)：Zn＋12O2＋H20→Zn(OH)2

當(dāng)液膜中O2不足時，發(fā)生如下反應(yīng)：

陽極反應(yīng)：Zn－2e→Zn2＋

陰極反應(yīng)：2H＋＋2e－→H2

反應(yīng)后的Zn2＋再與水反應(yīng)：Zn2＋＋2H2O→Zn(OH)2＋2H＋

通過以上反應(yīng)生成的Zn(OH)2緩慢地發(fā)生脫水反應(yīng)，生成ZnO。ZnO 和介質(zhì)中的CO2發(fā)生反應(yīng)，生成堿式碳酸鋅，即為白色腐蝕產(chǎn)物。

電鍍Zn 層在理想的環(huán)境中腐蝕速度很慢， 但在Cl－和SO2 環(huán)境中腐蝕速度會加速，主要是因為生成的ZnCl 和ZnSO4 易溶于水，促進了腐蝕的產(chǎn)生。

從上面的鍍鋅層腐蝕機理可以看出，欲阻止鍍鋅層的破壞，主要有2 條途徑：首先要提高鍍鋅層質(zhì)量，避免因缺陷產(chǎn)生原電池；其次要注意介質(zhì)及土壤中S2－和Cl－的含量，減緩腐蝕的加速。

1.5 鍍鋅層厚度測量

通過對該管道內(nèi)外表面鍍鋅層厚度測量，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)外部平均鍍鋅層厚度均為44μm。根據(jù)GB/T3091—2008《低壓流體輸送焊接鋼管》的要求，燃?xì)廨斔陀缅冧\管系采用熱鍍鋅鋼管，鍍鋅層厚度不得低于70μm。 可見管道內(nèi)外表面鍍鋅層厚度低于標(biāo)準(zhǔn)值，由此可見壁厚減薄的原因是介質(zhì)及土壤中的Cl－和S2－加速了鍍鋅層的溶解。

2 預(yù)防措施

由以上分析可知：經(jīng)過多年的使用，管道材料的金相組織和力學(xué)性能基本完好，失效主要是由腐蝕引起。由宏觀照片可以看出，該管道主要的腐蝕類型有均勻腐蝕、局部腐蝕和點蝕。 有研究結(jié)果均表明：當(dāng)缺陷深度與管道厚度達(dá)到80%時，仍有部分強度余量；而且前2 種腐蝕的失效模式為破裂失效，所以在3 種主要的腐蝕類型里面潛在危害性最大的當(dāng)屬點蝕。 一方面點蝕的電流集中，腐蝕速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于均勻腐蝕和局部腐蝕，容易導(dǎo)致穿孔泄漏；另一方面泄漏的管內(nèi)腐蝕性介質(zhì)將會破壞管道外層的保護膜及穿孔區(qū)的未被保護的管道基材快速腐蝕，導(dǎo)致或加速管道的失效及事故的發(fā)生。

針對以上原因，建議從以下方面采取措施：

1）在設(shè)計的時候要充分考慮介質(zhì)和土壤對管道及防護層的影響，采取必要的預(yù)防措施，并且選擇合適的防腐層。 例如本案例中所分析的管道，如果設(shè)計的時候充分考慮到介質(zhì)中硫化物以及氯離子對管道腐蝕的影響， 一方面可以通過控制Cl－、S2－的含量來減緩鍍鋅層的腐蝕；另一方面可以通過采用有機防蝕涂料鋼管替代鍍鋅管，例如瀝青涂料鋼管、合成樹脂涂料鋼管、富鋅末涂料鋼管，將管道與土壤隔絕開來，阻止管道的電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，這種涂層能夠在含H2S、鹽層、高溫高壓等十分惡劣的情況下工作，目前在燃?xì)夤艿乐幸训玫搅藦V泛的應(yīng)用。

2）在制造安裝時要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，排除管道及防腐層表面缺陷，從源頭上控制腐蝕的形成。點蝕一般發(fā)生在表面有鈍化膜或者涂有防腐層的管道，如不銹鋼、鈦鋁合金等，因為表面覆蓋保護性的鈍化膜，所以腐蝕很少；但由于表面局部可能存在缺陷(劃痕、非金屬夾雜物等)，土壤中又存在破壞鈍化膜的活性離子(Cl－、Br－)，鈍化膜容易在局部破壞，很小的破口暴露的金屬成為電池陽極，周圍廣大面積的膜成為陰極，陽極電流高度集中，使腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展，形成點蝕孔。

3）采用陰極保護等保護系統(tǒng)，在使用中防止腐蝕的形成。 埋地鋼制管道防蝕技術(shù)主要是防腐層結(jié)合陰極保護聯(lián)合措施，這是被國內(nèi)外證實有效的。國外如美國制訂了相關(guān)的法規(guī)，強制推行陰極保護技術(shù)，并對舊管道限期追加陰極保護。 目前國內(nèi)這方面法規(guī)還不夠完善，人們認(rèn)識不足，導(dǎo)致推動比較困難。

4）要注意防腐層及陰極保護等防腐系統(tǒng)的維護檢測與維護。目前關(guān)于埋地管道的非開挖防腐層檢測及陰極保護系統(tǒng)檢測技術(shù)日漸成熟，例如管道電流測繪儀(PCM)、管道雜散電流測繪儀(SCM)等先進檢測設(shè)備的面世，可以及時的發(fā)現(xiàn)防腐層及陰極保護的問題點，將腐蝕扼殺在萌芽狀態(tài)，可極大的提高管道的使用壽命和安全性能。

5）對于老管網(wǎng)的使用，建議按照TSGD7004—2010 壓力管道定期檢驗規(guī)則(公用管道)進行全面檢驗及相關(guān)的合于使用評價，以確保管道的安全運行，防止事故的發(fā)生。

6）建議每年對當(dāng)?shù)夭煌墓艿来┰降貐^(qū)進行土壤和大氣檢測，并錄入管道地理信息系統(tǒng)， 為管道的剩余強度評價及壽命預(yù)測提供依據(jù)，并可為其他管道的設(shè)計提供依據(jù)。

3 結(jié)論

綜上所述，燃?xì)夤艿赖陌踩\行，關(guān)系人民生命財產(chǎn)安全，關(guān)系社會穩(wěn)定，確保其安全運行是新時期城市建設(shè)發(fā)展的需要。因此，我們要在加強基礎(chǔ)管理，提高技術(shù)水平基礎(chǔ)上，進一步探索有關(guān)燃?xì)夤艿朗ьA(yù)防和控制的新方法、新思路。 相信經(jīng)過政府、社會、燃?xì)庠O(shè)計、施工、生產(chǎn)、經(jīng)營單位各負(fù)其責(zé)，齊心協(xié)力，強化對城市燃?xì)獾陌踩芾?，一定能預(yù)防燃?xì)夤艿朗б约笆б鸬奈：?，使其更好地造福廣大城鎮(zhèn)居民。

［1］李強，王朝.海底管道失效原因分析及其對策[J].城市建設(shè)理論研究，2013（03）.

［2］張斌.論城市燃?xì)夤艿栏g原因分析及其防治措施[J].城市建設(shè)理論研究，2012（36）.