304奥氏体薄壁不锈钢管电化学腐蚀原因分析_不锈钢薄壁管

我国幅员辽阔，海岸线绵长曲折，海峡犹如一道护城河，将两岸人民的生活、交通、经济和文化分隔开来。海底隧道作为一种全天候的交通方式，是过海峡的最佳选择之一，在许多海峡通道方案中得到广泛应用。作为跨海连接两地的百年工程，海底隧道用于海洋强腐蚀环境。隧道内排水系统使用环境恶劣，未来改造难度大，维护成本高。因此，排水系统的耐腐蚀性是决定隧道运营耐久性的重要因素。最近几年，

在此基础上，佛山市利亚洛基管业有限公司技术人员结合国内海底隧道工程的腐蚀案例，分析了排水系统海水腐蚀的主要原因及防护措施，并比较了几种方法的优缺点。常见的排水管。，提出了海底隧道排水系统防腐的要点和建议。

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海底隧道的腐蚀

厦门翔安隧道

厦门翔安隧道是我国大陆第一条自主设计建造的海底隧道。隧道全长8.7km，其中海域4.2km，采用钻爆法施工。最大开挖断面为170m2，是典型的大开挖断面隧道。

厦门翔安隧道排水系统采用“单级集水、单级提升”方案。在隧道的最低点设置一个海底泵房，用于收集整个隧道的废水，然后由排水泵一次性提升并排出隧道。

主排水管内外采用环氧涂层螺纹钢管。目前整体使用良好，没有明显的腐蚀现象。但普通碳钢管的配件腐蚀严重，直接生锈。海底泵房单根管线采用316L不锈钢管，整体效果不错，但焊缝处有明显腐蚀，如图1所示。

(a) 整体状况 (b) 碳钢管道附件

(c) 316L不锈钢管

图1 厦门翔安隧道海底泵房腐蚀状况

青岛胶州湾隧道

青岛胶州湾隧道是连接山东省青岛市黄岛区和市南区的跨海通道。2006年12月开工建设，2011年6月通车，是中国大陆第二条海底公路隧道。隧道全长6.17km，其中海域3.95km。

青岛胶州湾隧道排水系统采用“分级收集、多级推进”的方案。全线共有三个废水泵房。海底泵房设置在隧道最低点，污水泵房设置在隧道两端，采用“接力”形式。排除隧道废水。

排水管采用缩合衬塑钢管，整体状况良好。但管接头处和外防腐层涂敷不当的部位存在腐蚀现象，需要定期检查和维护。

(a) 整体状况 (b) 局部腐蚀状况

图2 青岛胶州湾隧道排水主管腐蚀情况

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海水腐蚀的原因

海水盐度、pH、温度、溶解气体速度、微生物和污染等因素的相互作用，使管道的海水腐蚀成为一个极其复杂的过程。一般来说，海水腐蚀的原因可分为海洋生物污损和化学腐蚀两大类。

生物污垢

海洋生物污损是指在海水中生长的生物（包括动物、植物和微生物）通过附着和聚集给人类海洋工程带来负面效益的现象。海洋生物污损不仅会降低设备性能，还会影响设施和材料的高效运行。据统计，与海洋微生物附着有关的材料腐蚀占涉海材料腐蚀总量的70%～80%。参与金属腐蚀的微生物主要有细菌、真菌和藻类，其中细菌腐蚀最大。

海底隧道排水管通常由金属管材制成，海水中参与金属腐蚀的微生物主要有硫酸盐还原菌、铁菌等。由硫酸盐还原菌引起的腐蚀约占整个海洋生物污损的一半和是最重要的腐蚀。微生物，如海洋微生物，会加速金属管道的电化学反应，破坏管道的表面保护层，造成管道系统的腐蚀和泄漏。研究表明，海洋微生物造成的局部腐蚀破坏率高达1mm/a。

海底泵房位于隧道的最低点，一般靠近隧道中部，远离两端的风井，因此隧道排水系统具有长距离、高压的特点。为了减少沿排水管道的失水量，通常会牺牲流速，这样容易造成泥沙沉积，滋生微生物附着在管道内壁，造成管道点蚀。同时，管道中流动的泥沙容易破坏防腐涂层，不易被发现，增加了管道系统的腐蚀风险。

化学腐蚀

海底隧道排水系统主要用于输送渗水和消防水。海水中的腐蚀离子主要有氯离子、镁离子、钙离子、硫酸根离子等，其中对排水系统腐蚀最严重的是氯离子304奥氏体薄壁不锈钢管电化学腐蚀原因分析，腐蚀部位多发生在焊接接头处。

对厦门海底隧道和青岛胶州湾海底隧道周边围岩水质进行分析，发现同一海底隧道两端地下水中离子含量差异较大。应按水质分类考虑。

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防腐措施

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管材选择

从排水管本身的物理和化学性能来看，应选择耐腐蚀性较好的材料，通常是铜合金和不锈钢。

铜合金材料很少被海洋生物污染，广泛应用于海洋、船舶、电力等领域。然而，铜合金管价格昂贵，安装和维护复杂，不适合海底隧道排水系统。

不锈钢管具有良好的耐热性和阻燃性，安装方便，其在海水中的腐蚀率随着浸泡时间的延长呈下降趋势，具有优良的耐海水腐蚀性能。但低等级不锈钢抗点蚀能力较弱，容易发生穿孔泄漏。虽然2205不锈钢的耐腐蚀性优于奥氏体不锈钢，但由于价格较高，建议用于海底泵房的重要设备。

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涂层保护

管道防腐涂层是在金属表面形成一层连续的绝缘覆盖层，使金属与海水绝缘（防止海水直接与金属接触），即设置高阻以防止电化学反应正常发生，这是一种消耗。管道最常用的防腐措施之一。新的绿色涂层材料应该是一种天然的防污化合物，可以杀死两种生物并防止海洋生物附着。

目前常用的涂层保护技术分为管道外防腐和内防腐技术。其中外防腐涂料的优缺点对比如下：

熔结环氧树脂

优势

施工简单，无污染；涂层与钢管表面附着力强，具有优良的耐化学性、耐阴极剥离性、耐弯曲性、绝缘性等。

缺点

很容易被锋利和坚硬的物体打破。铺设海底管道时，配重层容易打滑，需要对涂层表面进行防滑处理。

优势

厚度2~4mm，耐磨耐冲击

聚乙烯

缺点

对钢管表面的附着力有限，容易发生阴极剥离；对涂装施工要求高

环氧煤沥青

优势

涂层对钢管表面附着力强，韧性好，抗渗水能力强

缺点

涂料固化周期长，无法连续施工，生产效率低

优势

同时具有熔融环氧树脂附着力强、耐阴极剥离性好、柔韧性好等特点304奥氏体薄壁不锈钢管电化学腐蚀原因分析，具有聚乙烯层耐磨、耐冲击等优点。

三层聚乙烯

缺点

昂贵的

管道中的防腐措施主要是衬里和防腐涂层。管道的内衬和内防腐涂层需要预制。管道整体内部防腐处理完成后，运至施工现场进行安装。如果安装不慎，需要重新切割焊管，容易造成防腐。层损坏。

管道接头的防腐也是影响管道防腐效果的重要因素。为获得良好的接缝补片，要求管材表面处理等级至少为Sa2.5，并选用优质的热缩带，以达到管体的涂层性能. 建议使用无缝钢管代替焊接钢管。

03

电化学保护

海水是中性电解质溶液，管道在海水中主要受氧吸收腐蚀。反应式如下：

2Fe+O2+2H2O ? 2Fe(OH)2

电化学防腐作为涂层防腐的补充手段，通常包括牺牲阳极法和外加电流阴极保护法。牺牲阳极需要有足够的负开路电位和闭路电位。常用的牺牲阳极材料有铝合金、锌合金和镁合金。其中，铝合金材料使用寿命长，适用于海底管道，尤其是铝锌铟合金。是使用最广泛的。

海底隧道排水管道可通过钢芯将阳极直接焊接在管体上，彻底清理焊接影响区，并使用热缩胶带防止外露钢面腐蚀。阳极内表面和端面应涂有厚度100μm以上的浸没级环氧涂层，阳极外表面应无涂层等物质。

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常用管道性能比较

由于长期在高盐高湿的强腐蚀环境中服役，海底隧道的排水系统需要选择对海水??具有优良抗腐蚀性能的材料，特别是对于难以通行的跨海轨道交通隧道。维护和修理。国内海底隧道工程中常见的排水管有内外覆塑复合管、衬塑钢管、316L不锈钢管、内外覆塑复合钢管等。

01

内外覆塑复合管

内外覆塑复合管是以钢管为基体，在其上熔化一层厚度为0.5~1.0mm的聚乙烯（PE）和乙烯-丙烯酸共聚物。钢管内外壁采用喷涂或滚压方式。（EAA）、环氧树脂（EP）、聚丙烯（PP）等有机化合物组成的钢塑复合管材。

这种管材具有耐海水腐蚀性好、承压性能优良、价格低廉等优点，设计使用寿命长达30年。但由于内外防腐涂层厚度较薄，在实际应用中，管道涂层剥落，法兰接口处涂层被螺栓挤压破坏，会导致管道失去防腐性能。腐蚀能力。此外，产品的防腐性能受生产工艺和产品质量的影响，差异较大。

厦门翔安隧道采用这种管材，以螺纹钢管为基材，内外喷涂300~400μm环氧树脂涂层。实地调查发现，目前管道整体使用良好，管道外壁无明显腐蚀，个别涂层受损部位仅有轻微腐蚀。

02

衬塑钢管

衬塑钢管是以钢管为基础，去除内壁焊肋后，内衬与钢管内径相同的聚乙烯（PE）管，最后加压加热一定时间成型复合管。这种管材的内衬层较厚，价格适中，可避免管材内防腐层薄而导致涂层剥落和损坏。但由于成品衬塑钢管没有外防腐层，后期需要涂防腐漆。在工程实践中发现，这种管材的外防腐效果一般，需要定期维护检查。

青岛胶州湾隧道排水管道采用凝聚式衬塑钢管，以无缝钢管为基材，凝聚式内衬PE管，并涂有防腐漆。目前整体效果不错，但需要定期检查维护，现场找管道连接。管道外壁防腐漆未涂到位的地方有局部腐蚀。

03

316L不锈钢管

316L不锈钢管具有很强的耐腐蚀性和耐高压性，管材本身具有防腐能力，无需涂层。316L不锈钢管在海水中的腐蚀速率低于0.002mm/a，并且随着浸泡时间的延长，腐蚀速率范围减小，在海洋环境中可以抵抗腐蚀。同时，316L不锈钢管可切割、焊接、维修方便，承压性能好，但价格昂贵，遇海水浸有点蚀。

翔安隧道污水泵房个别排水管采用316L不锈钢管，其耐腐蚀性明显强于碳钢和304不锈钢。

04

内衬外涂层复合钢管

内衬外涂层复合钢管是一种内外涂塑钢。包覆橡塑（一般为PE），使其自成管壳，厚度达到衬塑效果。塑料外壳流入并与外部钢管隔开，避免钢管被海水浸蚀。其外涂层与普通内外涂塑钢管相似，可采用增强T3PE或普通外涂环氧树脂处理。

这类管材的优点是：内涂层厚度可达3.0~4.0mm，形成独立的管体，防腐层不会因收缩率与线膨胀系数之差；外涂层：该层采用三层结构的PE，底层采用对金属具有良好附着力的环氧树脂。根据以往的工程经验，内外覆塑复合管采用环氧树脂防腐层。由于防腐层的韧性不如聚乙烯材料，在运输和安装过程中容易受到冲击、碰撞、切割和损坏，损坏管道表面。点会逐渐扩大成腐蚀面，防腐效果大打折扣。使用几年后会生锈。因此，海底隧道工程的设计应注意加强外部防腐设计，然后在环氧涂层的外层涂上聚合物。乙烯基涂层，在环氧层上增加一层保护，增强防腐效果的持久性。

以上四种管材的优缺点对比如下：

内外覆塑复合管

价格：644元/米

优势

管道内外耐海水腐蚀；低价; 良好的承压性能；设计寿命长达30年

缺点

内外涂层较薄，实际应用中存在涂层剥落现象；法兰接口处的涂层应被螺栓挤压破坏，失去防腐能力；产品的防腐性能受生产工艺和产品质量的影响，差异较大

缩合衬塑钢管

优势

管道内衬较厚，内部耐海水腐蚀较好；价格适中；承压性能好；设计寿命可达30年

缺点

成品管道无外防腐，后期需涂防腐漆。工程实践发现，外部防腐效果一般，需要定期维护检查。

316L不锈钢管

优势

管材本身耐腐蚀，无需涂层，在海洋环境中耐腐蚀；可切割、可焊接、易于维护；良好的承压性能

价格：1073元/米

缺点

在海水浸蚀中，有点蚀；昂贵的

内衬外涂层复合钢管

优势

管道内外耐海水腐蚀；管道内的塑料涂层可有效避免海水浸蚀；承压性能好；设计寿命可达30年

价格：1000元/米

缺点

更高的价格；无海底隧道应用案例

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总结和建议

(1）随着新技术、新设备、新材料的应用，海底隧道排水系统的防腐性能应与时俱进，达到轻维护、少维护的目标。隧道稳定性高 完善排水系统 抗腐蚀对提高隧道使用寿命、控制投资成本、便于运维管理具有重要作用。

（2）海底隧道两端近海域的地下水离子含量差异很大，尤其是分级升级的排水系统，更应考虑排水管道的防腐要求。与水质相结合。

（3）对于涂层防腐管，由于焊接钢管的接头位置是腐蚀的薄弱点，建议用无缝钢管代替焊接钢管，接头应进行维修以防止腐蚀。

（4）排水管要选择耐腐蚀性好、施工方便、价格合理的材料，同时还要考虑到排水系统的重要性。