一、土壤腐蝕的類型
1、異金屬接觸電池
地下金屬構件采用電極電位不同的兩種金屬材料聯(lián)結時,電位較負的金屬腐蝕加劇,而電位較正的金屬獲得保護。
2、氧濃差電池
這種電池在油井和氣井的套管以及壓縮站的管道中可能發(fā)生。位于地下深層的套管處于較高的溫度,成為陽極,而位于地表面附近即淺層的套管溫度低,成為陰極。
3、新舊管線構成的腐蝕
當新舊管線連在一起時,由于舊管線表面有腐蝕產(chǎn)物層,使電極電位比新管線正,成為陰極,加速新管的腐蝕。
4、長距離腐蝕宏電池
這類電池發(fā)生在埋設于地下的長距離金屬構件上。由于土壤的組成、結構不同所形成的腐蝕電池。長距離腐蝕宏觀電池可產(chǎn)生相當可觀的腐蝕電流,也稱為長線電流。
5、雜散電流腐蝕
所謂雜散電流是指由原定的正常電路漏失的電流。其來源主要有電氣化鐵道、電焊機、電化學保護裝置、電解槽等。雜散電流可導致地下金屬設施發(fā)生嚴重的腐蝕破壞作用。其腐蝕量與雜散電流的強度成正比,服從法拉第電解規(guī)律。腐蝕事故表明,直流電和交流電均能產(chǎn)生雜散電流腐蝕,但后者僅為前者的1%。
6、微生物腐蝕
微生物對地下金屬構件的腐蝕,是新陳代謝的間接作用,不直接參與腐蝕過程。
二、土壤腐蝕的影響因素
1土壤的導電性
對于宏觀腐蝕電池起主導作用的土壤腐蝕,特別是陰極與陽極相距較遠時,為電阻(歐姆)控制,導電性的好壞直接關系到腐蝕速度。土壤的導電性與土壤的含水量、孔隙度等因素有關。通常認為,導電性強,腐蝕速度,導電性差,腐蝕速度低。但土壤導電性對微電池腐蝕影響不大。
2、透氣性(孔隙度)
較大的孔隙度有利于氧滲透和水分的保存,而氧和水分都是促進腐蝕發(fā)生的因素。在干燥的沙土中,由于氣體容易滲透,所以含氧量多;在潮濕而緊密的土壤中,氣體傳輸比較困難,含氧量很少。在不同的土壤中,含氧量相差可達幾百倍。
3、含水量
土壤腐蝕的電解液是由水分和可溶性鹽組成的,當含水量很低時,陽極極化和土壤比電阻加大,腐蝕速度很小。隨著含水量的增加,土壤中鹽分的溶解量增大,導電性增強,因此腐蝕速度加大。但含水量過多時,因土壤膠粘膨脹堵塞了土壤的孔隙,氧的擴散滲透受阻,腐蝕速度反而減小。
4、含鹽量
土壤中的鹽分除了對影響土壤腐蝕介質的導電性外,還參與電化學反應,從而對土壤腐蝕性產(chǎn)生影響。土壤中可溶性鹽的含量一般在2%以內(nèi)。土壤含鹽量愈高,土壤導電性愈強,土壤腐蝕性愈強。但含鹽量高,氧的溶解度下降,減弱了腐蝕的陰極過程。
土壤中的陰離子對金屬的腐蝕影響很大,因為陰離子對土壤腐蝕電化學過程有直接的影響,Clˉ對金屬材料的鈍性破壞很大,促進土壤腐蝕的陽極過程,并能穿透金屬鈍化層,與鋼鐵反應生成可溶性腐蝕產(chǎn)物。所以,土壤中Clˉ含量愈高,土壤腐蝕性愈強。
5、土壤中的細菌
土壤中缺氧時,一般難以進行金屬腐蝕,因為氧是陰極過程的去極化劑。但當土壤中有細菌,特別是有硫酸鹽還原菌存在時,會促進腐蝕。其原因是在這些還原菌的生活過程中,能利用氫或者某些還原物質將硫酸鹽還原成硫化物時所放出的能量而繁殖起來。
埋在土壤中的鋼鐵構件表面,在腐蝕過程中陰極區(qū)有氫原子產(chǎn)生,若它附在金屬表面不以氣泡形式逸出,將造成很大的陰極極化,而使腐蝕減緩或停止。如果有硫酸鹽還原細菌活動,則消耗金屬表面的氫,促使陰極反應的進行,在鐵表面生成黑色的硫化亞鐵,結果使金屬腐蝕加速。這種細菌在中性土壤中最易繁殖,但在pH大于9的土壤中,就不容易繁殖了。 還有些細菌能有效放出H2S、CO2等侵蝕性氣體,也加速金屬的腐蝕過程。
三、土壤腐蝕的電化學過程
1、陽極過程
金屬在潮濕土壤中的陽極過程與在腐蝕溶液中相類似,陽極過程無明顯阻礙。而在干燥且透氣性良好的土壤中,陽極過程接近于金屬在大氣腐蝕中的陽極行為,即陽極過程由于鈍化或離子化困難而產(chǎn)生很大的極化,由于腐蝕二次反應,不溶性腐蝕產(chǎn)物與土黏結形成緊密層,起到屏蔽作用,導致陽極極化程度隨時間不斷增大。
2、陰極過程
陰極主要是氧的去極化過程,包括兩個基本步驟,即氧向陰極的輸送和氧離子化的陰極反應。
實踐證明,金屬構件在土壤中的腐蝕,陰極過程是主要的控制步驟,而這種過程受氧輸送所控制。因為氧從地面向地下的金屬構件表面擴散,是一個非常緩慢的過程,與傳統(tǒng)的電解液中的腐蝕不同,在土壤條件下,氧的進入不僅受到緊靠著陰極表面的電解質(擴散層)的限制,而且還受到陰極上面整個土層的阻力等,輸送氧的主要途徑是氧在土壤氣相中(空隙)的擴散。氧的擴散速度不僅決定于金屬構件的埋沒深度,還受土壤結構、濕度、松緊程度以及土壤中膠體粒子含量等因素的影響。
對于顆粒狀的疏松的土壤來說,氧的輸送還是比較快的。相反,在緊密的高度潮濕的土壤中,氧的輸送效率是非常低的。尤其是在排水和通氣不良,甚至在水飽和的土壤中,因土壤結構很細,氧的擴散速度很低。

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