地下金屬管道腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)

1、緒論1，腐蝕分類：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕2，電化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)：（1）介質(zhì)為離子導(dǎo)電的電解質(zhì)（2）金屬/電解質(zhì)界面反應(yīng)過程是因?yàn)殡姾赊D(zhuǎn)移而引起的電化學(xué)反應(yīng)（3）界面上的電化學(xué)過程可以分為兩個(gè)相互獨(dú)立的氧化和還原過程（4）電化學(xué)腐蝕過程伴隨電子的流動(dòng)3，金屬/電解質(zhì)界面上伴隨電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱為電極反應(yīng)第一章1，電化學(xué)腐蝕依靠腐蝕原電池的作用而進(jìn)行的腐蝕過程叫做電化學(xué)腐蝕。2，電位pH圖 （p9）（1）m線： 4H+ + 4e + O2 =2H2O n線： 2H+ + 2e=H2n線之下有H2析出，是H2穩(wěn)定區(qū)；高于m線則有O2析出，是O2穩(wěn)定區(qū)（2）D到D的發(fā)生過程 Fe位于D點(diǎn)處生成鐵銹的

2、腐蝕過程在該區(qū)域內(nèi)Fe(OH)2和H2O是穩(wěn)定的，因此在PH=9.612.5的范圍內(nèi)能形成Fe(OH)2鈍化膜。腐蝕體系中的電極反應(yīng)為陽極反應(yīng)：FeFe2+2e 2H2O=2H+2OH-次生反應(yīng)：Fe2+2OH-Fe(OH)2陰極反應(yīng)：2H+1/2O2+2eH2O總反應(yīng)：Fe+1/2O2+ H2OFe(OH)2 當(dāng)體系的電位升高至D點(diǎn)以上，在圖的右上方D時(shí)，隨著電位上升，氧的平衡分壓增加，F(xiàn)e(OH)2將進(jìn)一步氧化成Fe(OH)3陽極反應(yīng)：2Fe(OH)2+2H2O2 Fe(OH)3+2H+2e陰極反應(yīng)：1/2O2+ H2O+2e2OH-總反應(yīng)：2Fe(OH)2+1/2O2+ H2O2 Fe(

3、OH)3欲使圖1-6中的B點(diǎn)位置移出腐蝕區(qū)，可采用的控制腐蝕措施：a：降低電極電位至非腐蝕區(qū)，即通常采用的陰極保護(hù)法；b：把Fe 的電位升高至鈍化區(qū)，即采用陽極保護(hù)，或在溶液中注入緩蝕劑，使金屬表面形成鈍化膜；c：調(diào)整溶液PH值，在PH=9.612.5的范圍內(nèi)能形成Fe(OH)2 或Fe(OH)3鈍化膜3，腐蝕原電池分類：微電池、宏電池地下管道最常見的腐蝕現(xiàn)象氧濃差電池4，腐蝕原電池作用過程：陽極過程：金屬溶解，以離子形式轉(zhuǎn)入溶液，并把當(dāng)量電子留在金屬上；電子轉(zhuǎn)移：在電路中電子由陽極流至陰極；陰極過程：由陽極流過來的電子被溶液中能吸收電子的氧化劑D所接受，其本身被還原5，腐蝕原電池形成條件：有

4、電解質(zhì)溶液與金屬相接觸；金屬的不同部位或兩種金屬間存在電極電位差；兩極之間相互連通6，腐蝕速度v-是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積上損失的質(zhì)量。g/(m2h)v-=W/St=3600IA/(SFn) S陽極的金屬表面積凡是能降低腐蝕電流I的因素，都能減緩腐蝕7，極化腐蝕原電池在電路接通以后，電流流過電極時(shí)電位偏離初始電位的現(xiàn)象稱為電極。陽極電位往正方向偏移，叫陽極極化；陰極電位往負(fù)方向偏移，叫陰極極化。電極極化分類：活化計(jì)劃；濃度極化；電阻極化活化極化由于電極上電化學(xué)反應(yīng)速度緩慢而引起的極化叫活性極化，（電化學(xué)極化）過電位是相對(duì)可逆電極偏離平衡態(tài)時(shí)的電位變化值，它是與電極反應(yīng)相聯(lián)系的?；罨?a+RT/(

5、nF) lni=a+lni8，腐蝕極化圖 p17圖1-11EA0 陽極的平衡電極電位，曲線EA0S是陽極極化曲線EC0 陰極的平衡電極電位，曲線EC0S是陰極極化曲線兩條極化曲線相交于S，橫坐標(biāo)Icorr表示當(dāng)電池的回路電阻R等于零時(shí)電池中流過的電流，也就是電池可能達(dá)到的腐蝕電流最大限度Imax，此時(shí)兩級(jí)電位相等。（1） 腐蝕的控制因素（定義）腐蝕原電池的作用過程是由陽極過程、陰極過程和電子轉(zhuǎn)移三步驟構(gòu)成，其中阻力最大步驟對(duì)腐蝕速度起主要影響，稱為腐蝕的控制因素（2） 利用腐蝕極化圖，說明腐蝕過程受哪些因素控制（p17圖1-12）（a） 的控制因素是陽極極化性能（b）的控制因素是陰極極化性能（

6、c）是混合控制（d）為電阻極化所控制9，金屬鈍化（1） 引起金屬鈍化的因素：化學(xué)鈍化、電化學(xué)鈍化化學(xué)鈍化一般在強(qiáng)氧化劑（如硝酸、硝酸銀、氯酸、重絡(luò)酸鉀或氧）中鈍化，屬于化學(xué)因素引起的鈍化，叫做化學(xué)鈍化電化學(xué)鈍化外加電流引起的陽極極化時(shí)的鈍化，電極電位正移，屬于電化學(xué)因素引起的鈍化，叫做電化學(xué)鈍化（2） 陽極鈍化現(xiàn)象是金屬鈍化的主要特征之一（3） 典型的陽極極化鈍化曲線 （P24 圖1-19）AB電流隨電位升高而增大，處于金屬活化溶解區(qū)BC電流急劇下降，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為活化/鈍化過渡區(qū)CD隨著電位的正移電流幾乎保持不變，是穩(wěn)定鈍化區(qū)DE電流再次隨著電位升高而增大，為過鈍化區(qū)化學(xué)反應(yīng)AB：FeF

7、e2+2e BC：2Fe+3H2OFe2O3+6H+6eCD：Fe2+Fe3+e 3Fe+4H2OFe3O4+8H+8eDE：4OH-O2+2H2O +4e鈍化參數(shù) ic越小越易鈍化；Ec越負(fù)越易鈍化Ip越小形成鈍化膜越好10，土壤腐蝕的原因：電化學(xué)腐蝕。土壤是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)組成，充滿著空氣、水和不同鹽類，土壤中有水分和能進(jìn)行離子導(dǎo)電的鹽類存在，使土壤具有電解質(zhì)溶液的特征，因而金屬在土壤中發(fā)生電化學(xué)腐蝕；電解腐蝕。由于工業(yè)和民用用電有意或無意地排入或泄露至大地，土壤中有雜散電流通過地下金屬構(gòu)筑物，因而發(fā)生電解作用，電解電池的陽極是遭受腐蝕的部位；細(xì)菌腐蝕。土壤中細(xì)菌作用而引起的腐蝕11，土壤

8、性質(zhì)對(duì)腐蝕過程的影響：氯離子和硫酸根離子的含量愈大（高于1）時(shí)，土壤腐蝕性就越強(qiáng)；土壤結(jié)構(gòu)不同直接影響土壤含水量和透氣性，進(jìn)而影響腐蝕過程；土壤的含氧量（1） 礦物鹽：Cl- 、SO2-4 結(jié)構(gòu)：砂土、粘土 含氧量（2） 不同結(jié)構(gòu)的土壤交接時(shí)，土壤含氧量、濕度和氧透氣性的差別，為形成宏觀氧濃差電池準(zhǔn)備了條件（3） 一般來說，土壤的含鹽量越大，含水量越大，土壤電阻率愈小，土壤腐蝕性也愈強(qiáng)12，土壤腐蝕的特點(diǎn)：由于土壤性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)的不均勻性，不僅在小塊土壤內(nèi)可形成腐蝕原電池，而且因不同土壤交接在埋地管道上形成的長(zhǎng)線電流，其宏觀腐蝕原電池可能達(dá)數(shù)十公里；：除酸性土壤外，大多數(shù)土壤中裸鋼腐蝕的主要形式

9、是氧濃差電池；：腐蝕速度比一般水溶液慢，特別是土壤電阻率的影響大，有時(shí)成為腐蝕速度的主要控制因素。13，土壤的細(xì)菌腐蝕：厭氧性細(xì)菌硫酸鹽還原細(xì)菌SO42-+8HS2-+4H2O14，影響海水腐蝕的因素: 所含鹽類及其濃度；溶解的氧量；溫度；流速；海洋生物，出現(xiàn)坑蝕。（金屬在海水中的腐蝕過程是受陰極反應(yīng)中氧的去極化作用控制的，這是一個(gè)重要因素）15，海水腐蝕的特點(diǎn)：海水接近中性，含大量氯離子，故海水對(duì)鋼鐵等大多數(shù)金屬的腐蝕，其陽極極化的程度很小，腐蝕速度主要由陰極反應(yīng)過程中氧的去極化作用所控制；不同金屬在海水中的自然電位與其標(biāo)準(zhǔn)電極電位差異很大，電偶序也有所改變；海水電阻率很小，故腐蝕速率一般比

10、土壤中大得多；注意海洋大氣帶和飛濺區(qū)的特點(diǎn)。飛濺區(qū)和潮差區(qū)；不同水深處，腐蝕速率不同；腐蝕疲勞，在腐蝕環(huán)境中由于交變應(yīng)能力產(chǎn)生裂紋而引起的破壞。飛濺區(qū)和潮差區(qū)，構(gòu)筑物受浪花和海潮的沖擊，不僅會(huì)發(fā)生全面腐蝕，還有坑蝕和沖蝕，需要采取特殊的防腐保護(hù)層。16，淡水腐蝕是典型的電化學(xué)過程，與水中溶解氧量、水的硬度、含鹽量、含硫量、溫度、流速、pH值等因素有關(guān)17，局部腐蝕的五個(gè)類型：縫隙腐蝕；點(diǎn)腐蝕（孔蝕）；晶間腐蝕；應(yīng)力腐蝕；腐蝕疲勞（1） 縫隙腐蝕（原理）許多金屬構(gòu)件是由螺釘、焊接等方式鏈接，在這些連接或焊接接頭缺陷處可能出現(xiàn)狹小的縫隙，其縫寬足以使電解質(zhì)溶液進(jìn)入，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電

11、池，并在縫內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕，這種腐蝕叫做縫隙腐蝕。（2） 點(diǎn)腐蝕（孔蝕）特點(diǎn)：易于生成鈍化膜的金屬材料表面容易發(fā)生深的點(diǎn)蝕；點(diǎn)腐蝕發(fā)生于有特殊離子的介質(zhì)中；點(diǎn)腐蝕發(fā)生在某一臨界點(diǎn)位以上。（3） 應(yīng)力腐蝕（定義）：由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的材料破壞過程稱為應(yīng)力腐蝕。 應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）埋地管道腐蝕事故的主要原因定義：金屬在應(yīng)力與化學(xué)介質(zhì)協(xié)同作用下引起的開裂（或斷裂）現(xiàn)象，叫做金屬應(yīng)力腐蝕開裂（或斷裂）特征：有靜應(yīng)力，特別是拉伸分量存在；拉應(yīng)力愈大，則斷裂時(shí)間愈短；腐蝕介質(zhì)是特定的機(jī)理：陽極溶解；氫致開裂氫致開裂的損傷分類：氫脆（HE）；氫鼓泡(HIB)；氫致臺(tái)階式開裂（

12、HISC）(4)腐蝕疲勞（定義）：金屬在在腐蝕的環(huán)境中與交變應(yīng)力的協(xié)同作用下引起材料的破壞，叫做腐蝕疲勞。疲勞強(qiáng)度（N）：稱為表現(xiàn)表觀疲勞極限或腐蝕疲勞極限（5）將負(fù)荷應(yīng)力對(duì)失效的循環(huán)次數(shù)作圖，稱為S-N曲線（P35 圖1-27）特征：任何金屬在任何介質(zhì)中都發(fā)生腐蝕疲勞環(huán)境條件對(duì)材料的腐蝕疲勞有嚴(yán)重影響腐蝕疲勞與頻率有關(guān)腐蝕疲勞的裂紋主要是穿晶對(duì)金屬材料進(jìn)行陽極極化可使金屬裂紋擴(kuò)展速率降級(jí)18，油氣管道中的H2S腐蝕（1） 兩大類：電化學(xué)腐蝕、氫致開裂（HIC）硫化物應(yīng)力開裂（定義）：在拉伸應(yīng)力及H2O和H2S的腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生開裂，引起的脆性破壞稱為硫化物應(yīng)力開裂（SSC）（2） 氫致

13、開裂（定義）：按應(yīng)力腐蝕的機(jī)理將陰極析氫反應(yīng)的H進(jìn)入金屬后對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂起決定作用或主要作用的破壞稱為氫致開裂（HIC）腐蝕過程生成的氫原子，在硫離子的影響下，在管材熱影響區(qū)的MnS夾雜出富集，加之熱影響區(qū)的金相組織硬度高，內(nèi)應(yīng)力大，常是裂紋的主要形核位置，形成裂紋源，產(chǎn)生氫致開裂（HIC）（3） 硫化物應(yīng)力開裂的影響因素：鋼材的強(qiáng)度（硬度）；鋼材的金相組織直接影響其抗硫性能；鋼中P、S含量要很低，形成的MnS夾雜盡可能少；冷加工或機(jī)械損傷的影響。（4） 對(duì)于濕H2S環(huán)境，應(yīng)考慮溫度、PH值、H2S的濃度（或分壓）、溶液中的雜質(zhì)（NaCl、HCN）等因素（5） 影響氫脆發(fā)生的主要因素：敏感的金

14、相組織；足夠的含氫量；足夠的拉應(yīng)力 19，導(dǎo)致管線破裂最危險(xiǎn)的地段延壓縮機(jī)站下游30km左右20，“陰極保護(hù)屏蔽”就是指陰極保護(hù)系統(tǒng)中保護(hù)電流到達(dá)被保護(hù)金屬表面的數(shù)量減少的任何情況。21，造成套管內(nèi)管體腐蝕的原因：套管與管道發(fā)生短路；套管對(duì)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)起到屏蔽作用，使穿越段的管道達(dá)不到有效保護(hù)22，套管內(nèi)的防護(hù)采用的措施：鋼套管要作外壁防腐；在環(huán)形空間注入填充物；在套管環(huán)形空間安裝犧牲陽極（棒狀或帶狀）；采用外加電流陰極保護(hù)；新建的穿越工程盡量不采用套管23，輸氣管道H2S腐蝕的控制：選擇耐蝕材料；控制腐蝕環(huán)境，關(guān)鍵是脫水，脫除水、氧、硫等；選擇有效的內(nèi)防腐層或緩蝕劑，以保護(hù)模形式隔離腐

15、蝕環(huán)境與鋼管接觸；加強(qiáng)和完善管理體制第二章1，對(duì)于地下水位低，地表植被較差的地段，采用石油瀝青防腐層可以獲得最大的投入產(chǎn)出比2，焦煤油瓷漆具有優(yōu)良的防腐性能，比較經(jīng)濟(jì)適用，特別是適合于穿越沙漠、鹽沼地等特殊環(huán)境3，幾種合成樹脂防腐層：聚烯烴膠粘帶；熔結(jié)環(huán)氧粉末；擠出聚乙烯；三層PE復(fù)合結(jié)構(gòu)4，沼澤地區(qū)管道的防腐層：有三層，第一層保證粘結(jié)及電絕緣性；第二層為特殊的抗水層；第三層為加重管道及保證機(jī)械強(qiáng)度保護(hù)層5，選擇防腐層的原則：基本原則是確保管道防腐絕緣性能。在此基礎(chǔ)上，在多石地段或河流穿越段，應(yīng)選用機(jī)械強(qiáng)度較高的熔解環(huán)氧、擠出聚乙烯或雙層、三層聚乙烯防腐層；在氯化物鹽漬土壤地段應(yīng)選用熔結(jié)環(huán)氧、

16、擠出聚乙烯及煤焦油瓷漆等耐氯離子腐蝕的防腐層；在沼澤地段，應(yīng)選用長(zhǎng)期耐水耐化學(xué)和腐蝕性的擠出聚乙烯及煤焦油瓷漆防腐層；在碳酸鹽型土壤中，可選用耐CO32-腐蝕的石油瀝青和聚乙烯膠粘帶；在輸送介質(zhì)溫度高的條件下，優(yōu)先選用熔解環(huán)氧或改性聚丙烯等耐高溫材料6，機(jī)械噴涂分類：空氣噴涂、高壓無空氣噴涂、靜電噴涂、粉末噴涂7，噴砂除銹指用壓縮空氣將磨料高速噴射到金屬表面，依靠磨料的沖擊和研磨作用，將金屬表面的鐵銹和其他污物清除8，拋丸法是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，將進(jìn)入葉輪腔體內(nèi)的磨料在離心力作用下又開口處以45o50o的角度定向拋出，射向被除銹的金屬面 第三章1，陰極保護(hù)原理（P83 圖3-1）暫不考慮腐蝕電

17、池的回路電阻，則在未通電流保護(hù)以前，腐蝕原電池的自然腐蝕電位為E，相應(yīng)的最大腐蝕電流IC。通上外加電流后，由電解質(zhì)流入陰極的電流量增加，由于陰極的進(jìn)一步極化，其電位將降低。如流入陰極電流為ID，則其電位降至E，此時(shí)由原來的陽極流出的腐蝕電流將由IC將至I。ID與I的差值就是有輔助陽極流出的外加電流量。為了使金屬構(gòu)筑物得到完全保護(hù)，即沒有腐蝕電流從其上流出，就需進(jìn)一步將陰極極化到使總電位降至等于陽極的初始電位EAo，此時(shí)外加的保護(hù)電流為IP。從圖上可以看出，要達(dá)到完全保護(hù)，外加的保護(hù)電流要比原來的腐蝕電流大得多。顯然，保護(hù)電流IP與最大腐蝕電流IC的差值決定于腐蝕電流的控制因素。受陰極極化控制時(shí)

18、，二者的差值要比受陽極極化時(shí)小得多。因此，采用陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)效果較好。2，陰極保護(hù)法：犧牲陽極法；強(qiáng)制電流法；排流保護(hù)3，陰極保護(hù)參數(shù)：自然腐蝕電位；保護(hù)電位；保護(hù)電流密度；陰極保護(hù)保護(hù)度4，保護(hù)電位：碳鋼在土壤及海水中的最小保護(hù)電位是 -0.85V（CSE）左右；對(duì)于瀝青防腐層取最大保護(hù)電位 -1.20 V（CSE）；聚乙烯防腐層的最大保護(hù)電位 -1.50 V（CSE）5，世界通用準(zhǔn)則 -850mV（CSE）適用于各種土壤環(huán)境中鋼鐵構(gòu)筑物的陰極保護(hù)6，管道實(shí)施陰極保護(hù)的基本條件：有可靠的直流電源，以保證提供充足的保護(hù)電流；管道必須處于有電解質(zhì)的環(huán)境中；保持管道縱向電連續(xù)性；為確保陰極保護(hù)的有效性和提高保護(hù)率，必須做好管道的電絕緣7，設(shè)計(jì)輔助陽極地床，應(yīng)考慮兩個(gè)問題：陽極材料的消耗；陽極氣體產(chǎn)物的逸放一般陽極應(yīng)在焦炭回填料地床工作8，1959年，含Cr 4.5的高硅鑄鐵問世，提高了材料的抗氯離子腐蝕能力。含Si量不小于14.5，不大于18時(shí)，能保持較低腐蝕率9，柔性陽極，特別適用于高電阻率，管道覆蓋層質(zhì)量劣化的場(chǎng)合，它可以平行管道敷設(shè)，改善沿線電流分布10，當(dāng)Mg-Mn合金作為犧牲陽極時(shí)，其電流效率的高低取決于Mg原料純度，越純電流效率越高，電位也越負(fù)11，Zn-Al-Cd溶解性能好，電流效率高，制造容易，價(jià)格低廉，得到廣泛應(yīng)用。在鋅內(nèi)添加0.3的Al和0.