浅谈铸铁燃气管道的腐蚀

　　摘要：铸铁管是在燃气管线建设中使用时间长，且被广泛应用的材料。被认为具有很好的耐腐蚀性。通过钢质管道的腐蚀原理对铸铁管道的腐蚀进行分析，得出铸铁管道腐蚀的原因与过程。针对铸铁管网的腐蚀，采取对管道环境腐蚀环境的检测，制定管网管控措施，保证管网的安全运行。
　　
　　关键词：铸铁管道、腐蚀、生活污水、土壤环境、检测
　　
　　一、 铸铁管道的特点
　　铸铁是以铁和碳为主的合金，此外还含有硅、锰、硫、磷等元素。灰铸铁的组织是有片状石墨和钢的基体两部分组成的。石墨呈不连续的片状，或直或弯。钢基体则可分为铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种。铸铁管分为灰口铸铁管和球墨铸铁管。燃气用的铸铁管用灰口铸铁铸成，塑性好、切断、钻孔方便，抗腐蚀性好，使用寿命长。灰口铸铁管是最常见最主要的管材,使用的历史也比较长。在燃气发展初期，地下燃气管道多采用铸铁管。一直以来，铸铁燃气管的耐腐蚀性得到大家一致认可。
　　二、市政燃气输配管道管材的选用
　　输送城市燃气管道的管材很多,常用的管材有铸铁管、钢管和近年发展较快的聚乙烯(PE)燃气管。铸铁管应用很广泛，其特点是使用年限长、生产简便、成本低且有良好的耐腐蚀性。钢管包括无缝钢管和焊接钢管两类，一般大口径燃气管通常采用对接直焊缝钢管和螺旋焊缝钢管。燃气用聚乙烯管(PE管)是以聚乙烯燃气管材级专用树脂为基础,辅以必要的添加剂,经加热后通过挤出机连续挤出成型。PE管具有很好的抗腐蚀性，施工方便，维修量少,便于抢修等优点。近年来，PE管被广泛应用到市政中低压管网燃气建设中。同时随着国家天然气管线建设，各城市燃气结构和能源结构也正在逐步发生巨大变革，铸铁管道的利用在逐步减少。
　　三、 铸铁燃气管道在下水道中的腐蚀
　　1.燃气管道腐蚀的原因
　　腐蚀是金属在周围介质的化学、电化学作用下引起的一种破坏。金属腐蚀按其性质可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接和周围介质接触发生化学作用而引起的一种腐蚀，化学腐蚀不发生化学能向电能的转化。电化学腐蚀则是金属在电解质中所发生的与电流流动有关的一种腐蚀，也称为电解腐蚀。其他腐蚀还有杂散电流的腐蚀等等。
　　2、铸铁管道的腐蚀
　　铸铁的腐蚀通常为化学的或电化学的,其腐蚀状态可能是均匀的、局部的、应力的和晶界间的。在有明显晶界的合金铸铁中,由于特种碳化物和其他化合物沿晶界析出,固溶体内含的合金元素减少,沿着晶界极易发生微晶间腐蚀,使铸铁产生孔洞或降低强度。铸铁的腐蚀既与其化学成分、金相组织、表面特性等因素有关,还与浸蚀性介质的成分、活泼性及温度等因素有关。根据电化学腐蚀理论,理想的组织应是单一相和均匀的金相组织,因而纯铁、铁素体和奥氏体钢,在其他条件相同时,具有较高的耐腐蚀稳定性。但是预获得单一金相组织的铸铁是不可能的,只能考虑金相组织均匀化来提高耐腐蚀能力。金属在大自然中经常遭到的各种电化学腐蚀、如大气腐蚀、土壤腐蚀、污水腐蚀和海水腐蚀等。这些腐蚀有个共同特点，即主要是吸氧腐蚀（电化学腐蚀中，是氧分子接受电子），但它们又具有各自的规律，因此我们将铸铁管在土壤里的腐蚀形态分为，差异充气电化学腐蚀、杂散电流腐蚀和微生物腐蚀，其中电化学腐蚀是主要形态，统计结果显示：约有75%以上的腐蚀案例是由电化学腐蚀造成的。
　　3.污水的特征
　　生活污水是指城市机关、学校和居民在日常生活中产生的废水，包括厕所粪尿、洗衣洗澡水、厨房等家庭排水以及商业、医院和游乐场所的排水等。生活污水常具有如下特征:水质浑浊,色深,具有恶臭,呈微碱性,固体物质含量很低;含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有大量细菌、病原菌、病毒和寄生虫卵等微生物；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。主要污染物质为COD、BOD、NH3-N、SS、动植物油等，这些成分在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。各种水环境虽然千差万别,但都含有多种正负离子,如Ca2+、SO42-、Mg2+、Cl-等,因此,各种水环境实质上就是各种不同浓度的盐溶液。
　　4、铸铁管道在排污管道中的腐蚀
　　2010年我们在巡查某小区燃气管网的时候，通过检漏仪检测发现污水井中有泄露的天然气，对此，我们高度进行警觉，决定对此管道进行全方位开挖检查，开挖后发现管道已经被腐蚀穿孔，发生了天然气泄露。紧接着对其他类似的位置进行开挖，发现管道也已经发生了严重的腐蚀，局部已经穿孔。有关资料显示2006年4月在香港发生一起煤气事故，原因怀疑是一根球墨铸铁管遭受污水腐蚀后而导致煤气泄漏。这也说明铸铁管道在污水里的腐蚀还是相当严重的。通过现场我们可以看到暗绿色和棕黄色的化学物质。这是腐蚀产生的氢氧化亚铁向氢氧化铁过度过程的产物和氢氧化铁。因为纯氢氧化亚铁是白色的，但一般很难看到，常常见到的是浅绿色因为溶液中溶解有氧气且反应体系（开放性的体系）与外界存在着物质交换与能量交换，不断有空气中的氧气溶解到溶液中，新生成的氢氧化亚铁很快就被氧化成氢氧化铁，所以在实验过程中很难观察到有白色的氢氧化亚铁沉淀生成，只能看到被氧化了的氢氧化亚铁与刚生成的氢氧化亚铁组成的混合物：一些暗绿色的絮状沉淀。
　　4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
　　此处不存在杂散电流腐蚀，由于污水管道中的各种离子、微生物和污水管道的排水不连续性造成管道表面的差异性腐蚀环境，发生了离子的转移和铸铁管道的电化学腐蚀和化学腐蚀。
　　四、采取措施
　　同时提醒我们的是钢质燃气管到和铸铁燃气管道在污水中均产生腐蚀，而且腐蚀较快，在以后的设计施工中注意燃气管道和污水管线的控制处理，严格按照国家标准进行设计施工，保证管道的施工质量。
　　已经处在污水管道（井池）附近和交叉的管道必须进行检测分析，制定可行的管控方案，确保运行安全。
　　1、铸铁管的埋设位置进行检测，受污水管道腐蚀的管道制定保护方案或更换措施，严禁带病运行。
　　2、对在用的铸铁管网制定方案进行管网安全性评估。
　　1)收集整理管网有关管径、壁厚、运行压力、埋设位置等资料。
　　2）对管道的土壤环境进行抽样检测，包括土壤电阻率、土壤类别、土壤中氯化物含量、土壤PH值（酸碱度）、土壤的含水量和水位、氧化还原电位和杂散电流等情况进行检测和分析。
　　3）根据上述资料和检测数据对管网安全性评估。
　　4）根据评估结果制定管网监控巡查的方案和改造方案。
　　5）购买先进检测仪器增加管网泄露监测频率。
　　6）定期对方案落实情况进行跟进，保证铸铁管道的运行安全。
　　应特别注意：小口径的球墨铸铁管线，有外加电流干扰的管线，敷设于人口密度较高地域的管线，敷设于地下水位变化较大区域的管线。
　　参考文献：
　　[1]赵霞,张承.天然气管道阴极保护的工程实施[J]煤气与热力,2002,(03)
　　[2]谷波.燃气管道使用寿命综合评价[D]重庆大学,2004.

《浅谈铸铁燃气管道的腐蚀》

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