城市地下管道承担负着燃气、电、热、水系统的运送和排污等功能，是人们赖以生存和发展的主要基础设施。随着城市化快速推进，作为城市基础设施的管线也在大幅度增加，原有的管线日益老旧，功能逐渐减弱，其服役安全性问题日益突出，管道泄漏事故频繁出现，影响了城市的正常运转和安全。

地下管道发生事故原因是复杂和多方面的，其中管道腐蚀是重要原因之一。我国各城市针对管道发生的泄漏事故进行统计分析，发现除21%的事故是由于外单位施工不当或重载车辆行驶在人行道上所致外，而79%的事故是由于管道及管件腐蚀所致。

如果轻视服役管道的安全防护或防护措施不当，腐蚀破坏的发生概率将大大增加，泄漏事故将频繁出现，因此在城市基础设施的各种管线使用中要注重对管道腐蚀原因的分析，加强管道防护措施的改进。 

工程施工单位在铺设管道中所选管材不当或者生产单位管材加工质量差，在服役中管道出现腐蚀现象，对管道的安全造成严重影响。主要是由于管材内部结构中可能含有杂质或杂质含量超标、金属组织不均匀、晶粒粗大以及管段存在残余应力和应力集中等大量缺陷，管道内部结构的这些缺陷的存在，会引起钢管表面状态的差异，产生微腐蚀电池引起管道被腐蚀。钢管表面条件效应产生的腐蚀如图1所示。

管道在运输以及下沟埋设过程中由于施工人员操作不当或施工工艺不合理等因素，会对管道造成机械损伤，容易引起腐蚀，会对后期长久安全服役造成危害。

而且，地下直埋管道一般需现场焊接组装，若管道焊接质量差也同样会留下隐患，例如焊接表面有气泡、表面有夹渣以及未焊透等现象，这些施工缺陷问题如若不引起注意，也将会造成腐蚀，对后期检修工作带来不便。

另外，由于城市各管道的铺设随着城市建设的发展是分期分批进行的，因此同一条管线随着建设时期不同，新旧管材的连接会存在差异，使管线存在着形式多样的腐蚀形式。相同土壤环境下不同管材间的电偶腐蚀就会发生在新管与旧管的连接处，如图2所示。

在冬季需供暖的地区，对于埋入式热力管道尤其是蒸汽输送管道，由于所输送的介质温度较高，使部分管道的表面温度可达到约60 ℃，有时可能还会更高，使得不同管段存在较大的温差。同时这种表面温度使土壤的环境温度升高，就有可能形成温差原电池的腐蚀。电流从阳极区流入土壤，并经土壤进入阴极区，然后沿金属管流回到阳极。这样处于阳极的管段就会被腐蚀，如图3所示。

图3 凝结水管线上形成的温差原电池腐蚀

另外由于管道表面存在不同温差，将使管道产生温度应力，会与土壤发生摩擦而产生内应力，这种管道内应力也会引发电化学腐蚀。当钢管表面温度为60 ℃时所产生的温度应力将接近于钢材（Q235）的屈服极限，这将形成应力原电池腐蚀，如图4所示。

图4 金属的内应力不同而发生的电化学腐蚀

土壤是造成埋地钢质管道外腐蚀的重要因素之一，它通过埋地钢质管道的表层形成各种腐蚀电池对管道进行腐蚀，由土壤腐蚀引起的管道破坏事故时有发生。

土壤腐蚀与管道材质、土壤盐分、土壤含水量、土壤含气量、土壤温度有关。除上述因素外，土壤电阻率、土壤氧化还原电位、土壤酸度、土壤微生物、土壤有机质、杂散电流、气候条件都会对金属在土壤中的腐蚀产生不同程度的影响。

土壤中的水分有些与土壤结合在一起，有些紧紧粘附在固体颗粒的周围，有些在微孔中流动。盐类溶解在这些水分中时，土壤就成了电解质，随着土壤湿度的增加，土壤的腐蚀性跟着提高，直到某一临界湿度为止。

土壤中的氧含量也会影响管道腐蚀的速度。由于土壤腐蚀介质的差异，易形成宏腐蚀电池，含氧量较多的金属管道区，金属先发生化学反应被氧化，价电位升高，成为腐蚀原电池的阴极区，含氧量少的土壤接触金属管道则成为阳极区，而进一步发展到电化学腐蚀。

土壤的导电性直接受土壤粒度大小及水分含量和溶解盐类的影响。粒度大，水分的渗透能力强，土壤不易保持水分，可溶解的盐类少，土壤环境电阻率大，腐蚀速率小；粒度小，则渗透能力差，土壤含水量就大，可溶解的盐类多而成为电解质溶液，电阻率就小，腐蚀速率就快。

杂散电流是在地下流动的防护系统设计之外的对金属管道产生腐蚀破坏作用的电流。杂散电流腐蚀包括直流杂散电流腐蚀和交流杂散电流腐蚀。

直流杂散电流腐蚀原理与电解腐蚀类似，其破坏区域比较集中，破坏速度较大，对管道造成的腐蚀作用比自然腐蚀严重得多；交流杂散电流是管道附近高压电力线产生的二次感应交流电叠加在管道腐蚀电化学电池上产生的腐蚀，其腐蚀量较小，但集中腐蚀性强。

对于埋地管道阴极保护体系，当直流杂散电流的方向或其分量的方向与保护电流的方向相反时，杂散电流的作用是有害的；当杂散电流的方向或其分量的方向与保护电流的方向相同时，杂散电流的有害作用要小得多。

细菌腐蚀也称微生物腐蚀，参与管道土壤腐蚀过程的细菌通常有硫酸盐还原菌、氧化菌、铁细菌、硝酸盐还原菌等。其中厌氧性硫酸盐还原菌最具代表性。

当土壤中含有硫酸盐时，在缺氧的情况下，一种厌氧性细菌——硫酸盐还原菌（SRB）就会繁殖起来，在它们的生活过程中需要氢或某些还原物质，将硫酸盐还原成为硫化物，利用反应的能量来繁殖。硫化物与钢管表面形成的氢膜相互作用，消耗了氢膜而使更多的铁从钢管溶解下来。细菌本身并不侵蚀钢管，但随着它们的生长繁殖，消耗了有机质，最终构成管道严重腐蚀的化学环境而腐蚀管道。

我国北方城市每年冬季使用氯盐类融雪剂数千至上万吨，主要撒在城市主干道上。撒盐过程中难免造成同一地区不同部位盐的含量不同，从而易导致盐浓差电池腐蚀的形成，如图5所示。

一些经常撒融雪剂的部位，表层土的氯盐含量可达到7%，而含盐量高于0.5%已属于“盐渍土”，具有高腐蚀性。一座城市如每年铺撒大量氯盐，除了破坏路、桥等表面基础设施外，最终流渗到地下，使得埋地管道遭到腐蚀破坏。

管道内部存在积污，会产生不同程度的电解过程。如沉积物是阳极，管壁是阴极，虽然电解过程很弱，但对管壁的腐蚀也是很严重的。

在实际工程里，如果电化学腐蚀与机械摩擦交错进行，则腐蚀程度将更加严重。如管道弯头与管子相连接时会形成一个凹坑，凹坑内容易造成流体中积沙或其它积污的停滞，从而形成电解过程，造成管道内弯头腐蚀。

化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其特点为在一定条件下，非电解质中的氧化剂与金属表面的原子相互作用而形成腐蚀产物，腐蚀过程中电子在金属与氧化剂之间直接传递，没有电流产生。通常金属在常温和干燥的空气里并不腐蚀，但在高温下就容易被氧化，生成一层氧化膜（由FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄组成），同时还会发生脱碳现象。

管道腐蚀破坏的原因和形式是多种多样的，影响腐蚀的因素非常复杂，因而控制和防止腐蚀的方法很多，但每一种方法都有特定的条件和范围。防腐措施主要包括以下几个方面：

根据不同的用途选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如在钢中加入镍制成不锈钢，可以增强防腐蚀能力。

涂层保护是在金属表面覆以防腐绝缘层，是管道防腐最基本也是必须采取的措施。管道涂上防腐材料后，经过固化而形成油漆膜，能够牢固结合在金属表面上，使金属表面同外界严密隔绝，阻止金属与外界物质进行化学反应或电化学反应，从而防止了金属腐蚀。

改善环境对减少和防止金属腐蚀有重要作用，例如减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质（缓蚀剂）来减少和防止金属腐蚀。

电化学保护法包括阳极保护和阴极保护。阳极保护是使被保护金属处于稳定的钝性状态的一种防护方法，埋地管道基本不采用此方法。

阴极保护法是根据电化学原理使被保护金属构件成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的一种有效方法，主要有以下三种：牺牲阳极保护、外加电流以及电流排流保护。