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你不会想到,我国每年GDP的5%都被它吃掉了

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发表于 2022-1-18 13:11:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号第959篇原创文章
首发于2022年1月16日



01-wuye.jpg

多年以后,面对小区修管道的公告,你应该不会想到这和你天天挤成馅儿的地铁有什么关系。地铁腐蚀地下管道,毕竟是个冷知识。

更冷的知识是:我国每年的GDP,有5%会被腐蚀掉。

02-腐蚀GDP.jpg

这个令人惊掉下巴的数据,出自《中国腐蚀调查报告》。报告是中国工程院在2003年完成的。报告当年,腐蚀造成的损失,大于所有自然灾害损失的总和。

03-自然灾害.jpg

腐蚀,每年让钢铁产量的10~20%变成铁锈,让大概30%的钢铁设备变成废铁。而钢铁,支撑着社会的基础、国家的命脉。从这个角度讲,腐蚀,可以说是蚕食社会基础和国家命脉的毒瘤。

04-各领域腐蚀代价.jpg

管道,是国家命脉的重要组成部分。尤其在城市,地面是高楼大厦,车水马龙,地下是管道纵横,经络连通。

05-纽约地下结构.jpg

上图是纽约地下构造,我国城市自然也不遑多让。没有这些地下保障,哪有地面的繁荣兴旺。

根据《中国城市建设统计年鉴》,到2017年,我国城市供水管道长度已达79.74万千米。根据国家统计局数据,到2019年,我国城市燃气管道长度已达到78.33万千米。

06-中国城市建设统计年鉴.jpg

这些长度是什么概念呢?总里程居世界第一的中国高速公路,到2020年是16.10万千米,长度只有上述两种管道的1/10,这还没算排水、供电、供热、通信等管路。

用金钱衡量一下管道:铺设天然气干线管道,每千米大概1千万元,也就是1万元/米。

这些管道,95%以上是钢铁管道。它们从埋入地下的那一刻起,就面临着腐蚀的风险。而地下管道遭到腐蚀破坏,损失的可远远不止一根管子钱。

07-施工拥堵.jpg

因为,城市的地上地下,情况都错综复杂,任何一处的施工成本,都不仅仅是耗费人财物力挖一条沟、一个洞那么简单。

而有些管道,一旦坏损,不仅严重影响居民生活,造成重大经济损失,还危及人民的生命安全。

08-腐蚀事故1.jpg

在诸多管道事故中,腐蚀的影子总是挥之不去——

09-腐蚀事故.jpg

这就是腐蚀造成的损失为什么那么大,防腐工作为什么不可或缺、时不我待的原因。

那么,地铁又是怎样腐蚀管道的呢?

这要从腐蚀的原理说起。

按反应机理来分,腐蚀大致有三种:物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀。

10-腐蚀分类.jpg

其中,电化学腐蚀,是制造管道事故的头号凶手。







 楼主| 发表于 2022-1-18 13:13:54 | 显示全部楼层






11-各国管道损失原因.jpg

那么,什么是电化学腐蚀?

众所周知,原子们组成分子,构成物质,靠的就是电荷作用。导体中的电子们、电解液中的离子们,都带有电荷,它们自由地定向移动起来,就汇成了电流。

12-人群电流.jpg

而电子、离子们,本身都是构成物质的材料,它们一流动,就容易让物质发生化学变化。比如:电子得失,原子、离子相互转换,化合、分解、置换,等等。

13-失去电子.jpg

换句话说,有些化学反应,本来很难发生,有了电流,就很容易发生了。电流通过导电的液体,会产生新的物质——这就是电流的化学效应

在电流的化学效应中,物质因电子得失而发生变化,最典型的就是氧化还原反应。

而氧化还原反应,正是原电池何以放电的原因。

伽伐尼的蛙腿之所以抽搐,是因为青蛙的体液,作为电解液,连通了铜钩和铁架,构成了原电池。


14-伽伐尼青蛙实验手绘.jpg


铜铁相比,铜更稳重,不太容易失去电子;铁更活泼,比较容易失去电子——失去电子的能力有了高低,就有了电位差。


而电位差,是电流形成的动力。

这并不是巧合。有“差”就有动力,这是热力学定律决定的。这个宇宙的能量和物质,总的趋势,是走向均匀和稳定,比如高处总是流向低处、浓处总是散向淡处……抹平为止。宇宙的结局是热寂,就是这个逻辑使然。

15-水流运移石头.gif

有了电位差,电子就不安分了。铁作为阳极,失去电子,变成带正电的铁离子Fe2+。它失去的电子流向阴极:铜。而电解液中的H2O伙同NaCl,从铜身上得到电子,被还原,产生氢H2,以及带负电的氢氧根OH-。氢氧根与铁离子,一正一负,一拍即合,合成氢氧化铁(脱水后成为氧化铁)——铁被氧化,也就是被腐蚀了。


16-氢氧化铁男女.jpg

这个由电流催生的化学腐蚀,就是电化学腐蚀。


水体、潮湿的大气、潮湿的土壤……这些潮湿的环境,会提供纯天然电解液,生性活泼的铁置身其中,难免产生电位差,形成原电池,导致自己遭到源源不断的电化学腐蚀。

尤其是土壤,成分复杂,物相齐全——除了各种不明物质组成的颗粒、溶液,孔隙中还有气体,它们的分布、浓度、含量,都会导致“差”,为电流的形成提供动力,这就导致,土壤有一万种办法腐蚀管道:

17-土壤腐蚀原因.jpg

由图可见,金属管道只要埋入土壤,土壤就有各路电流来关照,条条大路通腐蚀。

其中,杂散电流是一种不容忽视的力量,它擅长加速腐蚀金属构件——简单理解就是:会放火,更会火上浇油。

杂散电流之所以敢称“杂”,是因为它的来源、走位,都名副其实地杂。比如焊机、电动机、配电箱、变电器等,电气设备只要接地,就可以放出杂散电流。就算不接地的高压线,其磁场也可以让土壤、管道产生杂散电流。杂散电流来路难料、回路飘忽、大小不定、方向杂乱,不讲武德,所以也称“迷流”。它们流经土壤,流入管道,从某点流出管道、流入土壤时,这个点就成了失去电子的阳极,极易点亮氧化反应,发生腐蚀……这些电路,整体上看,就是一个个腐蚀电池。

18-地铁腐蚀管道.jpg

地铁系统,属于全电气化系统。

地铁本身靠电机带动。

19-供电轨集电靴.jpg

而且轨道内外,各种配电、变电、输电设施设备齐全密集,是杂散电流制造大户——不幸的是,地铁密集处,也是地下管网密集处。

换句话说,地铁,是城市地下管网的腐蚀大户。那么,怎样防止地铁从管道上窃取来之不易的GDP果实呢?

别急,我们先从管道自身找找被腐蚀的原因。


20-机智笑问.jpg





 楼主| 发表于 2022-1-18 13:15:25 | 显示全部楼层




腐蚀钢铁管道,主要从两方面入手:外壁腐蚀,内壁腐蚀。


21-地下管道剖面.jpg

而内外壁之所以能被腐蚀到,主要是由于防腐层、涂层理想信念不够坚定,有老化、破损现象,让电流有机可乘,或者干脆一开始就没涂好,把脆弱的钢铁表面,暴露在无微不至的电化学腐蚀环境之中。

所以,防腐,最经济、最有效的办法——

22-内外壁都要做好防腐层.jpg

把钢铁材料密封在防腐层之中,隔绝与外界的物质交换,连电子交流也要阻断,所以防腐层要绝缘。这是防止电化学腐蚀最显而易见的办法。

当然,也可以从源头抓起:

改变钢管自己——配制耐腐蚀的材料。

改变不了自己就改变环境——使用缓蚀剂、进行介质处理、杀菌清污……

这自然可以保护管道,但成本偏高。

问题的关键是,埋进地下的管道,材料也改变不了,防腐层也补不了,这该怎么办?

最高效低耗的办法,是个古老的办法——

23-替罪羊-真.jpg

前面说了:电化学腐蚀,是管道与环境形成腐蚀电池所致。是电池,就有阴极、阳极。腐蚀就发生在阳极——钢铁作为阳极失去电子,发生氧化反应,被腐蚀。

而钢铁成为阳极的原因,是因为它比较活泼。

如果找个比钢铁更加活泼的家伙放在旁边,这家伙就会充分发挥主观能动性,积极顶替钢铁,成为阳极,取得被腐蚀的资格。而钢铁就只好成为阴极,保持纯洁。

24-替罪羊.jpg

这种利用替罪羊(牺牲阳极),让保护对象阳转阴的防腐法,就叫阴极保护。

那么,选谁做替罪羊合适呢?

25-金属电序漫画版.jpg

答案不言自明,阿锌阿镁活泼又亲民,为钢铁搞阴极保护正合适。

So,这么好的策略怎么实施呢?非常简单:一起埋进去——

26-陪葬.jpg

实现阴极保护的关键是:让被保护对象成为阴极。所以,随便找块导体,给它通上电,强制它作为输出电子的阳极,埋在保护对象旁边,也能达到保护效果。

27-阴极保护之强制电流.jpg

这种阴极保护法,叫做“强制电流保护”。

阴极保护的原理并不复杂,但实施起来却不简单。比如,不同配方的金属管道,在不同环境下,如何使其阴极极化到合适的电位,避免过保护、欠保护等,需要专业队伍才能精准拿捏。

28-昆仑泰客(裁剪用).jpg

阴极保护法得到全世界的普遍认可,并形成了一整套成熟的技术规范。当前,阴极保护工程与主体工程同时设计、同时施工、同时投产,是全球管道工程建设的主流做法。


那么,对杂散电流助推的腐蚀,阴极保护还适用吗?





 楼主| 发表于 2022-1-18 13:18:19 | 显示全部楼层




答案是,适用,但并不是所有情况下都适用。


杂散电流的情况非常复杂,尤其是在比较大的城市——

→ 45个城市238余条地铁

52处高压直流接地极

71万公里高压交流输电

10万公里电气化铁路

……

众多干扰源,相互叠加,产生复杂的复合影响:

高腐蚀速率(最高0.6mm/天)

氢脆风险

高干扰电压(最高304V)

打火烧蚀设备损坏

危及人员安全

29-于谦.jpg

这些千奇百怪的干扰源,按干扰形式分——

30-干扰类型.jpg

一种相对稳定,一种大起大落。

而按照干扰状态分——

31-干扰状态.jpg

具体采取什么手段防腐,不仅先要搞清管道材质、位置、走向、杂散电流流入点、流出点等等,还要准确识别杂散电流的来源、方向、回路、大小、距离、稳定性、交流直流等等。所以,手段未动,检测先行。

32-探测.jpg

摸清情况,才好根据病因病理,对症施治。比如是选阴极保护,还是选排流保护。如果选排流保护,要定哪款?

33-排流保护.jpg

各种因素千丝万缕,现场情况千变万化,换句话说,没有一处情况相同,怎样给出最佳方案?


34-这是个问题.jpg


昆仑泰客管道技术服务部,以国资信誉、国企实力、国际技术、专业队伍,提供管道检测、修复、保护的专家级水平市场化服务。针对错综复杂的管道腐蚀情况,因地制宜,一地一策,微妙变化,精准把控,治理腐蚀,呵护安全,为生产生活保驾,为经济发展护航。

35-找昆仑泰客.jpg

-END-

相关链接:

昆仑能源推出“从气藏地质评价到天然气购销”的一体化一站合作方案

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