摘　要：分析反映土壤腐蝕性的土壤理化指標?；趯嶒灁?shù)據，評價埋地鋼質燃氣管道腐蝕率、孔蝕深度與土壤理化指標(pH值、電阻率、含水率、含鹽量、硫酸鹽還原菌含量)以及土壤理化指標自身之間的相關性。?

關鍵詞：埋地鋼質燃氣管道；??腐蝕；??土壤理化指標；??相關性分析

Abstract：The??soil??physicochemical??indexes?which reflect the soil corrosivity are analyzed．The correlations of corrosion rate and pitting corrosion depth of?buried gas steel pipelines to soil physicochemical indexes(pH，resistivity，moisture content．salinity?and?SRB)as well as among the soil physicochemical indexes are evaluated based on the experimental data．

Keywords：buried gas steel pipeline；corrosion；soil physicochemical index；correlation analysis

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天然氣在我國能源結構中的比例逐年提高，城鎮(zhèn)燃氣行業(yè)發(fā)展迅速。天然氣產地與消費地具有不統(tǒng)一性，且往往距離很遠，使得天然氣行業(yè)的持續(xù)發(fā)展與安全、經濟的輸送方式密切相關。在天然氣的輸送方式中，因埋地管道具有不占用地面空間、隱蔽性好和不易受到破壞的優(yōu)點，已廣泛應用于長距離和城鎮(zhèn)內的天然氣輸配。從l996年開始，中國天然氣管道建設進入一個快速發(fā)展時期，特別是在2000年以后一直處于高位運行階段。但與世界發(fā)達國家相比差距依然很大，管道整體輸送能力不足，網絡化程度仍然較低。隨著經濟發(fā)展對能源需求的不斷增長，我國天然氣管網將形成以四大氣區(qū)(新疆、青海、陜甘寧、川渝)輸氣管線和進口天然氣管線為主干線，連接海氣登陸管線和進口LNG等氣源的全國性天然氣管網^[1]。

埋地鋼質燃氣管道通常設外防腐層(如PE層)，以隔離腐蝕介質起到保護管道的作用。但外防腐層的保護作用并不是絕對的，因其先天或后天存在的各種缺陷，或者受到環(huán)境腐蝕介質的長期作用而逐漸發(fā)生改變，外防腐層將逐步老化，甚至脫落而失去作用。在外防腐層失效后，金屬管道與土壤的接觸部分存在的許多微小差異，形成了無數(shù)個局部腐蝕微電池，從而導致了土壤腐蝕，使得埋地鋼質燃氣管道在服役過程中常發(fā)生腐蝕甚至穿孔，造成極大的經濟損失，甚至危及人民群眾的生命安全。本文探討反映土壤腐蝕性的土壤理化指標，評價埋地鋼質燃氣管道腐蝕與土壤理化指標(pH值、電阻率、含水率、含鹽量、硫酸鹽還原菌含量)之間的相關性。

埋地鋼質燃氣管道腐蝕的影響因素既有鋼材自身的金相組織，還有管道所處的土壤環(huán)境。土壤是一個固、液、氣三相物質共存的非均質、多孔復雜混合介質，其中還存在著多種微生物及其代謝產物，使得埋地鋼質燃氣管道發(fā)生腐蝕。埋地鋼質燃氣管道在土壤中的腐蝕十分復雜，通常認為與20多項土壤理化指標相關，本文選取以下理化指標綜合衡量土壤腐蝕性的強弱。

①pH值

pH值是表示土壤酸堿性強弱的物理量。土壤中溶液溶解的各種物質中有的能電離出氫離子，有的則能電離出氫氧根離子。土壤的pH值取決于土壤中酸堿性物質的含量。酸性物質越多，土壤pH值越小，表明土壤去極化能力強，金屬不易生成鈍化膜，土壤對管道的腐蝕影響較大；酸性物質少或堿性物質越多，pH值越大，金屬表面易生成鈍化膜，土壤對管道的腐蝕影響不大^[2]。

②電阻率

土壤電阻率是表征土壤導電性能的指標，在土壤電化學腐蝕機理的研究中是一個很重要的因素。通常，在其他條件相同時，土壤電阻率越小，腐蝕電流越大，土壤腐蝕性也就越強^[3]。土壤電阻率的影響因子有：土壤類型、含水率、含鹽量、溫度、土壤的緊密程度等化學和物理性質，同時土壤電阻率隨深度變化比隨橫向變化要大得多。由于土壤電阻率與土壤多種理化性質有關，因此人們常常借助土壤電阻率來綜合評價土壤的腐蝕性。

③含水率

水分是使土壤形成電解質溶液，進而形成電化學腐蝕的先決條件，它創(chuàng)造了原電池的發(fā)生環(huán)境，使得管道產生電化學腐蝕。研究表明，含水率對土壤腐蝕性的影響存在一個極大范圍^[4]，一般認為保持在12％～25％。當含水率較低時，含水率的增大使得電解質溶液增多，腐蝕電池回路的電阻變小，土壤腐蝕性增強；當含水率增大到某一個臨界值時，土壤中的可溶鹽全部溶解，回路電阻最小，含水率再增大將使電解質稀釋，土壤膠粒膨脹，孔隙變小，陰極化受阻，土壤腐蝕性反而下降。土壤含水率的變化也使土壤發(fā)生溶脹和收縮，進而對管道產生作用力。

④含鹽量

土壤中的鹽分在腐蝕過程中不僅起到導電作用，還參與電化學反應，因此含鹽量與土壤腐蝕性強弱有一定的對應關系^[5]。土壤中可溶鹽是電解質溶液的主要成分，含鹽量增大降低了土壤電阻率，使得土壤腐蝕性增強。另一方面含鹽量的增大使得土壤中氧溶解度下降，削弱了土壤腐蝕中的電化學腐蝕陰極過程，還造成土壤中金屬電極電位有下降的趨勢^[6]。

土壤中陰離子對管道的腐蝕影響較大，這是由于陰離子對土壤腐蝕電化學過程有直接影響。Cl^-是土壤中腐蝕性最強的一種陰離子，SO4^2-對鋼鐵腐蝕有促進作用，而CO3^2-對碳鋼的腐蝕有阻礙作用。土壤中陽離子對土壤腐蝕性的影響不大，除了起導電的作用外，并不直接影響土壤腐蝕的電極過程。

⑤硫酸鹽還原菌含量

土壤微生物腐蝕是指微生物直接或間接地參與了腐蝕過程所引起的金屬腐蝕。其一方面為電化學腐蝕創(chuàng)造了條件，另一方面又對電化學腐蝕過程產生影響。微生物中屬硫酸鹽還原菌對金屬腐蝕影響最大，硫酸鹽還原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，簡稱SRB)是缺氧環(huán)境下廣泛存在的一種微生物，人們認為它是厭氧腐蝕的誘發(fā)根源，SRB含量的高低也反映著土壤腐蝕性的強弱。研究表明，SRB能加快埋地鋼質燃氣管道的腐蝕速率，接菌土壤中裸露管道的平均腐蝕速率是滅菌土壤中的2.2倍，點腐蝕是滅菌土壤中的6倍^[7]。

相關性分析是研究兩個及以上變量之間相關程度以及用一定函數(shù)米表達現(xiàn)象相互關系的方法。在研究土壤腐蝕問題，建立腐蝕模型時，需確定土壤理化指標對金屬腐蝕程度的影響程度(或相關性)，并將那些對土壤腐蝕性影響較大的理化指標都包含在腐蝕模型中，才能準確地對土壤腐蝕性評價和管道防腐措施進行指導。

相關系數(shù)是相關性分析的基礎內容，是測定變量間相關關系程度及方向的無量綱指標。統(tǒng)訓+學中廣泛應用Pearson(皮爾遜)相關系數(shù)度量兩個正態(tài)分布等間隔測度變量之間線性相關性的強弱。

在不設定總體分布的情況下，可采用非參數(shù)統(tǒng)計方法描述變量之間的關聯(lián)程度與方向^[8]。本文采用Kendall(肯德爾)相關系數(shù)(以下簡稱K系數(shù))、Spearman(斯皮爾曼)相關系數(shù)(以下簡稱S系數(shù))確定埋地鋼質燃氣管道腐蝕程度與土壤理化指標的相關關系，這兩種方法都是Pearson相關系數(shù)的非參形式。K系數(shù)考慮了結點(秩次相同)的影響，適用于兩個分類變量均為有序分類的情況。S系數(shù)對原始變量的分布不作要求，是利用兩變量的秩次大小進行線性相關分析，先將兩要素的樣本值按數(shù)據大小順序排列位次，再以各要素樣本值的位次替代實際數(shù)據而求得相關系數(shù)。

埋地鋼質燃氣管道的腐蝕形態(tài)分為全面腐蝕、局部腐蝕兩類，全面腐蝕是指與土壤相接觸的管道表面均因腐蝕而受到損耗，以腐蝕率表示；局部腐蝕是指腐蝕的發(fā)生局限在結構特定區(qū)域或部位上，以孔蝕深度進行評價。本文給出的我國典型地區(qū)土壤對碳鋼的腐蝕形態(tài)指標及土壤理化指標，來自埋沒于國內20個典型地區(qū)土壤的碳鋼試驗件1a的腐蝕數(shù)據及土壤理化性質，實測數(shù)據與實際情況接近。

我國典型地區(qū)土壤條件下碳鋼的腐蝕形態(tài)指標及土壤理化指標見表1^[9]。

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根據統(tǒng)計學常用顯著性水平，本文選用0.05、0.01兩個顯著性水平，顯著性水平值越小，相關系數(shù)檢驗結果精度越高。當顯著性水平取0.05時，可查得K系數(shù)、S系數(shù)的雙側檢驗臨界值分別為0.309、0.447；當顯著性水平取0.01時，可查得K系數(shù)、S系數(shù)的雙側檢驗臨界值分別為0.426、0.570。

依據表1中20組樣本數(shù)據，計算得出腐蝕形態(tài)指標與土壤理化指標間的相關系數(shù)，所得相關系數(shù)絕對值越大，相關性越強，當求得的相關系數(shù)絕對值大于相關系數(shù)雙側檢驗臨界值時，變量間顯著相關(相關系數(shù)為正，變量顯著正相關；相關系數(shù)為負，變量顯著負相關)，否則不相關。