腐蝕一直是困擾人們的一門邊緣學科。雖然與腐蝕相關的理論和方法都在不斷的發展,但由于材料與環境的千差萬別,在石油機械行業,特別是對于長輸管線,因其輸送距離比較長,所經歷的自然地理條件差別巨大,其腐蝕問題一直未能很好的解決影響金屬腐蝕的因素很多。土壤腐蝕絕大多數情況下都是由于埋在地下的不銹鋼管件管道(構件)與土壤這種的電解質進行電化學過程所引起的。土壤是引起石油長輸管線外(壁)腐蝕破壞的主要原因。
1、土壤的組成和性
土壤由固、液、氣三相組成。固相毛隙孔中充滿著液體和空氣。液體粘附在固體顆粒周圍,有些可以在微孔中流動。土壤的含氧量與土壤濕度和結構有密切關系,濕度不同和結構不同的土壤,含氧量相差可達幾萬倍。這正是造成氧濃差電池腐蝕的原因。土壤中還溶解有許多鹽分,如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-、Cl-、SO42-、以及其它各種物質,使土壤成為電解質,其導電性與土壤的干濕程度及含鹽量有關。土壤愈干燥,含鹽量愈少,其電阻就愈大;反之,其電阻就愈小。與傳統的電化學或腐蝕介質相比,土壤作為腐蝕介質有許多的性質。一是多方即險:土壤由固、液、氣三相構成,具有電解性質的是其中的液體。但固相的多孔性和膠體性,以及與氣相的混合,再加上液相中水分子與土壤粒子結合的多種形式,所以與其它大多單相腐蝕介質有著巨大的差別。二是不流動性:固相相對于埋在土壤中的金屬管線來說,是不流動的,不存在機械的攪動和對流,而液相和氣相只能通過毛細管間隙移動,流動性較差。所以固相間毛細管中的氣液相成了土壤中物質與能量傳遞的主要途徑,在土壤腐蝕過程中占有相當重要的地位。三是不均勻性:由于土壤介質的不流動性,形成團粒結構狀況的不同,以及含水量的變化等,土壤的理化性質(特別是電學性質)無論在小范圍還是大范圍內都有較大的不均勻性。四是時間季節性:上壤的性質在不同的時間內是不一樣。若以一年為一個周期,土壤的性質不僅在同一周期內不同的時間上有很大的不同,而且同一時間但不同的周期時也不重復。土壤作為腐蝕性介質所具有的這些性,必將影響其對不銹鋼三通管道的電化學腐蝕過程的特征。
2、土壤腐蝕的過程
長輸管線在土壤中的腐蝕是一種電化學腐蝕。且大多數屬于氧去化腐蝕,只有在強酸性土壤中,才發生氫去化腐蝕。其電反應為:
陽反應:金屬溶解并放出電子:
Fe→Fe2++2e
陰反應:介質中的離子吸收電子的還原過程:
2H++2e→H2↑(強酸性介質中)
O2+4H++4e→2H2O(酸性介質中)
O2+2H2O+4e→4OH-(中、堿性介質中)
在土壤腐蝕中,陰、陽過程受土壤結構及濕度的影響大。若土壤疏松、干燥,則陽過程不易進行,因為這時缺乏使金屬成為水化離子的的水分,而氧的滲透和流動比較容易,即陰反應容易進行。整個腐蝕過程受陽控制;而在潮濕的粘性土壤中,氧的滲透和流動速度均較小,但水分充足,所以腐蝕過程主要受陰過程控制。對于埋地的不銹鋼彎頭管線,經過透氣性不同的土壤而形成氧濃差腐蝕電池時,土壤的電阻成為主要的腐蝕控制因素,或陰一電阻混合控制。