輸油氣管道系統(tǒng)的腐蝕與防腐課件

管道系統(tǒng)的腐蝕與防腐

2006年5月6日管道系統(tǒng)的腐蝕與防腐

2006年5月6日一金屬腐蝕概況

腐蝕是指金屬在周圍環(huán)境的作用下引起變質或破壞的現(xiàn)象。從不同的角度，曾對腐蝕下過不同的定義，如：(1)材料因與環(huán)境反應而引起的變質或破壞；(2)除了單純機械破壞之外的一切破壞；(3)冶金的逆過程；(4)材料與環(huán)境的有害反應。

一金屬腐蝕概況腐蝕是指金屬在周圍環(huán)境的作用下引一金屬腐蝕概況1腐蝕的分類方法

由于腐蝕的多樣性，涉及的領域非常之廣，因此有不同的分類方法。最常見的是從下列不同角度進行分類：（1）按腐蝕機理分類①化學腐蝕化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。②電化學腐蝕電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質（電解質）發(fā)生電化學反應而引起的破壞。③物理腐蝕物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用而引起的破壞。一金屬腐蝕概況1腐蝕的分類方法由于腐（2）按腐蝕形態(tài)分類①全面腐蝕②局部腐蝕

a、點蝕b、縫隙腐蝕c、電偶腐蝕d、晶間腐蝕③應力作用下的腐蝕a、應力腐蝕斷裂b、氫脆和氫致開裂c、腐蝕疲勞

d、磨損腐蝕

一金屬腐蝕概況（2）按腐蝕形態(tài)分類一金屬腐蝕概況一金屬腐蝕概況(1)腐蝕原電池的形成的條件——有電解質溶液與金屬相接觸；——金屬的不同部位或兩種金屬間存在電極電位差；——兩極之間互相連通。2腐蝕原電池的形成條件和作用過程一金屬腐蝕概況(1)腐蝕原電池的形成的條件2腐蝕一金屬腐蝕概況(2)腐蝕原電池的作用過程的三個環(huán)節(jié)(1)陽極過程：金屬溶解，以離子形式轉入溶液，并把當量電子留在金屬上。(2)電子轉移：在電路中電子由陽極流至陰極。(3)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。一金屬腐蝕概況(2)腐蝕原電池的作用過程的三個環(huán)節(jié)一金屬腐蝕概況（1）失重法和增重法

失重法就是根據(jù)腐蝕后試樣質量的減小，用下式計算腐蝕速度：（1）式中：—腐蝕速度，g/m2?h；

—腐蝕前試樣的質量，g；

—清除腐蝕產(chǎn)物后試樣的質量，g；

S—試樣表面積，m2；

t—腐蝕時間，h。增重法的計算公式（2）式中：—腐蝕速度，g/m2?h；m2

—帶有腐蝕產(chǎn)物的試樣的質量，g。3金屬腐蝕速度的表示法一金屬腐蝕概況（1）失重法和增重法3金屬腐蝕速度一金屬腐蝕概況（2）深度法將金屬失重腐蝕速度換算為腐蝕深度的公式為：

（3）式中：—腐蝕深度表示的腐蝕速度，mm/a；

—失重腐蝕速度，g/m2?h；

—金屬的密度，g/cm3。一金屬腐蝕概況（2）深度法

根據(jù)金屬年腐蝕深度的不同，可將其耐蝕性按三級標準（表1）和十級標準（表2）分類。

表1金屬耐蝕性三級標準耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）耐蝕1<0.1可用20.1~1.0不可用3>1.0一金屬腐蝕概況耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）耐蝕1<0.一金屬腐蝕概況耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）Ⅰ完全耐蝕1<0.001Ⅱ很耐蝕20.001~0.00530.005~0.01Ⅲ耐蝕40.01~0.0550.05~0.1Ⅳ尚耐蝕60.1~0.570.5~1.0Ⅴ欠耐蝕81.0~5.095.0~10.0Ⅵ不耐蝕10>10.0表2金屬腐蝕性十級標準一金屬腐蝕概況耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a一金屬腐蝕概況（3）電流密度法

電化學腐蝕中，腐蝕的標志是陽極金屬的溶解。根據(jù)法拉第定律，每通過的電量為1法拉第，即96500C的電量，陽極溶解的金屬的量為1/nmol。若電流強度為，通電時間為，則通過的電量為.。陽極所溶解的金屬為：（4）式中：A—金屬的原子量；

n—金屬的價數(shù)，即金屬陽極反應方程式中的電子數(shù)；

F—法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96500C/mol。一金屬腐蝕概況（3）電流密度法控制金屬材料腐蝕的方法有以下四種：①正確選材，合理設計；②覆蓋層保護；緩蝕劑保護；④電化學保護。

二、金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢控制金屬材料腐蝕的方法有以下四種：二、金屬腐蝕的控制技術及（一）合理設計與正確選材選材要遵循的三條原則（1）材料的耐蝕性能要滿足生產(chǎn)要求（2）材料的機械性能、加工性能要滿足設備設計與加工要求（3）節(jié)約投資選材應優(yōu)先考慮那些耐蝕性能滿足使用介質的要求，材料的綜合性能好，價格又較便宜的金屬和合金。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢（一）合理設計與正確選材選材要遵循的三條原則二金（二）覆蓋層保護

防腐涂層必須滿足以下幾點要求：a)與金屬有良好的粘結性；b)電絕緣性能好；c)防水，化學穩(wěn)定性高；d)耐熱，有較高的機械強度和韌性，可避免在施工過程中碰撞而損壞；e)結構緊密，完整無孔。

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（二）覆蓋層保護防腐涂層必須滿足以下幾點要求：二金屬1、涂層防腐技術

①瀝青涂層

石油瀝青的優(yōu)點：吸水率很小，對酸、堿、鹽都有一定的抗蝕能力；涂膜致密，穩(wěn)定性、屏蔽性好；抗陰極剝離。石油瀝青防腐層的主要缺點是涂層機械強度低，不耐植物根刺，熱穩(wěn)定性差。瀝青涂層的發(fā)展趨勢：聚氨酯瀝青在美國、加拿大和中東等地區(qū)在很多工程中都采用。該涂料的優(yōu)點是既可在正常情況下施工，也可在環(huán)境溫度為0℃左右順利施工。它不含溶劑，有利于環(huán)保，一次成膜厚，施工效率高，涂層堅韌，表面光潔，附著力優(yōu)良，耐磨性強，在耐微生物腐蝕和抗植物根莖方面效果也較好，不過這種外防腐工藝需要有較高的施工技巧和專用設備。

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1、涂層防腐技術①瀝青涂層二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢②煤焦油瓷漆(CTE)

煤焦油瓷漆的特點：粘結性好、吸水率低、抗微生物侵蝕、抗植物根莖穿透、抗烴類侵蝕、溶解。它的缺點是抗土壤應力與熱穩(wěn)定性較差，毒性較大。發(fā)展趨勢：多層結構。Reilly公司利用環(huán)氧樹脂的粘接性能和CTE的防水性能開發(fā)了一套環(huán)氧樹脂／CTE涂層系統(tǒng)。該系統(tǒng)底漆采用高濃度、低粘度、快速彌合的雙組分環(huán)氧樹脂，表層采用玻纖增強的CTE。這些改進使得CTE涂層系統(tǒng)具有更大的適應性，更好的操作特性以及更大的適應環(huán)境溫度范圍，可在-28～80℃的工況下工作。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

②煤焦油瓷漆(CTE)二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨③熔結環(huán)氧粉末(FBE)

熔結環(huán)氧粉末形成的表面涂層具有粘接力強、硬度高、表面光滑、不易腐蝕和磨損、抗陰極剝離等優(yōu)點。它存在的缺點：防水性較差，不耐尖銳硬物的沖擊碰撞，施工運輸過程中，很難保證涂層不被破壞，現(xiàn)場修補困難，且涂敷工藝嚴格。發(fā)展趨勢：熔結環(huán)氧也發(fā)展出雙層結構，即在FBE基礎涂層的外部進行二次涂層。該體系底層采用常規(guī)熔結環(huán)氧粉末涂料，用作防腐蝕保護；面層為增塑劑的環(huán)氧粉末體系，用于機械保護。由于兩層涂層的固化官能團類似，進行的是化學交聯(lián)，不產(chǎn)生層間分離，故防腐性能得到極大的改善。當操作條件惡劣，地質構造是影響涂層選擇的主要因素時，可選擇耐磨損的雙層FBE作為外防腐系統(tǒng)。

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③熔結環(huán)氧粉末(FBE)二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)④聚乙烯膠粘帶

聚乙烯膠粘帶具有極好的耐水性及抗氧化性能，吸濕率低；絕緣性好，抗陰極剝離，耐沖擊，耐溫范圍廣，在-30～80℃溫度范圍內使用性能穩(wěn)定。但它抗土壤應力的能力不好，特別在高溫下，因粘結力差和致密性好而產(chǎn)生陰極屏蔽。發(fā)展趨勢：在具有傳統(tǒng)聚乙烯膠粘帶優(yōu)點的基礎上還具有粘結力強、與背材粘結性好、抗沖擊性好和與陰極保護匹配好等優(yōu)點，在北美、南美及國內一些管道工程中都有選用。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

④聚乙烯膠粘帶二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢⑤二層結構聚乙烯

歐洲從1965年開始用兩層結構的聚乙烯進行防腐蝕，到目前為止國內油田和各地采用此種覆蓋層的防腐蝕管道已超過上萬公里。兩層結構的聚乙烯防腐層底層采用膠粘劑，外層為聚乙烯。聚乙烯具有抗沖擊性能好、水汽滲透率低、絕緣電阻率高、埋地使用壽命長，耐化學介質侵蝕性能好等優(yōu)點。但是聚乙烯是非極性材料，不能直接與鋼管粘結，必須采用既粘鋼管又粘聚乙烯的膠粘劑將鋼管表面與聚乙烯連接成一體。一旦粘結失敗，對輸送介質溫度高于60℃管道，陰極保護處理不好，有產(chǎn)生應力開裂的危險。

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⑤二層結構聚乙烯二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

⑥三層結構聚烯烴

三層PE是20世紀80年代歐洲研制成功并開始使用的，它是將FBE良好的防腐蝕性能、粘結性、高抗陰極剝離性和聚烯烴材料的高抗?jié)B性、良好的機械性能和抗土壤應力等性能結合起來的防腐蝕結構，一經(jīng)問世就在許多工程上得到了應用，尤其在歐洲國家，其應用呈不斷上升的趨勢。三層PE的底層為環(huán)氧涂料，中間層為聚合物膠粘劑，面層為聚烯烴。膠粘劑可采用改性聚烯烴，它含有接枝到聚烯烴碳鍵主鏈上的極性基團。這樣，膠粘劑既可與表面未改性的聚烯烴相融，又可利用極性基團與環(huán)氧樹脂固化反應。這種組合特點是，三種涂層之間能達到最佳粘結強度，而各層的性能和特性使三層涂料得到互補。它的特點在于造價高，工藝復雜。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

⑥三層結構聚烯烴二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢2、防腐涂層的選用

保證長輸管道在預期的使用壽命內不產(chǎn)生由于外腐蝕而引起的功能損失是對涂層的基本要求。美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)認為，只有根據(jù)具體工程條件，結合管道的設計壽命、環(huán)境條件、運行參數(shù)、施工工藝和費用等進行綜合設計，才能選出適合的防腐材料。國內管道工程防腐層的選擇根據(jù)技術、經(jīng)濟、施工、業(yè)主的承受能力和要求等多方面考慮，一般應遵循下列原則：

①技術可靠

外防腐層必須具有良好的絕緣性，抗陰極剝離強度，足夠的機械強度和良好的穩(wěn)定性，以及能夠適應管線所處的自然環(huán)境，包括惡劣的地質、腐蝕環(huán)境以及輸送工藝等方面要求。對于各類涂層性能穩(wěn)定性的比較如表3所示，具體的性能指標隨廠商和牌號的不同而有所區(qū)別。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

2、防腐涂層的選用保證長輸管道在預期的使用壽命表3各類防腐涂層技術性能比較

注：+++優(yōu)良，++良好，+一般，-差

涂料種類粘結力抗水性機械強度抗土壤應力熱穩(wěn)定性陰極保護相容性石油瀝青++-+-++煤焦油瓷漆+++-+-++熔結環(huán)氧+++-+++++++++聚乙烯膠粘帶++++++++二層結構聚乙烯++++++++++++++三層結構聚烯烴+++++++++++++++++二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

表3各類防腐涂層技術性能比較涂料種類粘結力抗水性②施工可行

在滿足技術可靠的前提下，防腐涂層應考慮在工程特定環(huán)境下施工的可行性。一般應注意以下幾個方面：防腐層應能適應工程所在地區(qū)的地形、交通等條件的要求，以免在多次轉運中的碰撞受損；適應工程所在地氣候影響和土壤環(huán)境；管道現(xiàn)場補口的可操作性等。各類涂層的操作性和適用環(huán)境如表4所示。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

②施工可行二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢表4各類防腐涂層工藝與適用環(huán)境比較

涂層種類涂敷工藝補口操作適用環(huán)境石油瀝青熱涂簡單對覆蓋層要求不高，地下水位較低的一般土壤。如沙土、壤土煤焦油瓷漆熱涂容易大部分土壤環(huán)境，人煙稀少、戈壁地區(qū)和水位高、植物根莖茂盛、生物活動頻繁的沼澤或灌木地區(qū)熔結環(huán)氧靜電噴涂較復雜大部分土壤環(huán)境，特別適用于粘質土壤聚乙烯膠粘帶熱涂/冷涂簡單大部分土壤環(huán)境，特別適用于土壤應力破壞較大的地區(qū)二層結構聚乙烯熱涂較復雜大部分土壤環(huán)境，特別機械強度要求高，土壤應力破壞較大的地區(qū)三層結構聚烯烴靜電噴涂+包覆復雜各類環(huán)境，特別適用于對覆蓋層機械性能、耐土壤應力及耐滲水要求較高的環(huán)境，如碎石、石方段、植物根系發(fā)達地區(qū)二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

涂層種類涂敷工藝補口操作適用環(huán)境石油瀝青熱涂簡單③經(jīng)濟合理

經(jīng)濟合理性受多方因素制約，表現(xiàn)在長輸管道防腐層選用上更為明顯。一般應考慮以下因素：在滿足沿線環(huán)境條件(如地形、地質、土壤腐蝕性等)的前提下，應選用長期經(jīng)濟性好的覆蓋層；所謂長期經(jīng)濟性應包括施工時一次投資與長期運營費用(陰極保護、管理、維護、大修)。以石油瀝青為對照基礎，各類涂層的一次投資相對造價比較如表5所示。表5各類防腐涂層的相對造價比

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涂層種類石油瀝青煤焦油瓷漆熔結環(huán)氧聚乙烯膠粘帶二層結構聚乙烯三層結構聚烯烴相對價格1.01.051.13(單層)1.081.201.30③經(jīng)濟合理二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢涂層種類（三）緩蝕劑保護

1、緩蝕劑的定義

緩蝕劑是一些用于腐蝕環(huán)境中抑制金屬腐蝕的添加劑，又稱腐蝕抑制劑或阻蝕劑。緩蝕劑的定義為：“緩蝕劑是一種當它以適當?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境(介質)時，可以防止或減緩腐蝕的化學物質或復合物?！笔褂镁徫g劑有以下明顯的優(yōu)點：a基本上不改變腐蝕環(huán)境，就可獲得良好的防腐蝕效果；b可基本不增加設備投資，操作簡便，見效快；c對于腐蝕環(huán)境的變化，可以通過相應改變緩蝕劑的種類或濃度來保證防腐蝕效果；d同一配方的緩蝕組分有時可以同時防止多種金屬在不同腐蝕環(huán)境中的腐蝕破壞。

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（三）緩蝕劑保護1、緩蝕劑的定義二金屬腐蝕的控制技術及2、緩蝕劑的緩蝕機理

關于緩蝕劑保護的作用機理，至今沒有一個公認一致的見解。目前提出有三種理論，其實這三種理論有著內在的相互聯(lián)系。①吸附理論。這種理論認為緩蝕劑的緩蝕作用是由于緩蝕劑通過物理吸附和化學吸附，使其吸附在金屬表面，形成了連續(xù)的吸附膜。②成膜理論。這種理論認為緩蝕劑的緩蝕作用是緩蝕劑在金屬表面生成了一層難溶的保護膜，從而使腐蝕速度降低。③電化學理論。這種機理認為緩蝕劑的加入加大了陰極過程或陽極過程或共同加大了陰極過程和陽極過程的阻力。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

2、緩蝕劑的緩蝕機理二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢3、緩蝕劑的分類

a從電化學反應的觀點出發(fā)，按照緩蝕劑對電極過程的影響，可將緩蝕劑分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑三類。b按緩蝕劑的化學組成分類，緩蝕劑可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑兩大類。c按緩蝕劑在金屬表面形成保護膜的特征分類，可分為氧化膜型緩蝕劑、吸附膜型緩蝕劑和沉淀膜型緩蝕劑。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

3、緩蝕劑的分類二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢4、緩蝕劑的性能指標①緩蝕效率采用緩蝕劑保護，其保護效率是用緩蝕效率來表示的。式中——未加緩蝕劑時金屬的腐蝕速度；

——加有緩蝕劑時金屬的腐蝕速度。

②后效性能

緩蝕劑的后效性能是指當緩蝕劑的濃度由正常使用濃度大幅度降低時，緩蝕效果所能維持的時間。這個時間越長，緩蝕劑的后效性能就越好，亦表示由緩蝕劑作用而產(chǎn)生的金屬表面的保護膜的壽命越長。

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二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢5、影響緩蝕劑緩蝕效率的因素

①緩蝕劑用量的影響緩蝕劑用量對金屬腐蝕的影響大致有三種情況：a金屬的腐蝕速率隨緩蝕劑用量增加而增加。大多有機及無機緩蝕劑在酸性及濃度不大的中性介質中，都屬于這種情況。實際使用中應結合保護效果，考慮綜合效益，合理確定緩蝕劑用量。b緩蝕劑的濃度和金屬腐蝕速率的關系有極限值。即在某一濃度時緩蝕效果最好，濃度過低或過高都會使緩蝕效率降低。因此在使用這類緩蝕劑時，須注意緩蝕劑不要過量。

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5、影響緩蝕劑緩蝕效率的因素二金屬腐蝕的控制技術

c緩蝕劑用量不足會加速金屬腐蝕。大部分氧化劑如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、過氧化氫以及硅酸鈉等屬于這類緩蝕劑。對于這類緩蝕劑加量太少是危險的，必須十分注意。一般情況下，對于長期需要采用緩蝕劑保護的設施，為了能形成良好的基礎保護膜，首次緩蝕劑用量往往比正常操作時高4～5倍。對于陳舊設備采用緩蝕劑保護時，因金屬表面存在的垢層和氧化鐵等要額外消耗一定量的緩蝕劑，劑量應適當增加。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

c緩蝕劑用量不足會加速金屬腐蝕。大部②溫度的影響

a溫度升高，緩蝕效率顯著下降。這是由于溫度升高時，緩蝕劑的吸附作用明顯降低，因而使金屬腐蝕加劇，大多數(shù)有機及無機緩蝕劑都屬于這一情況。b在一定范圍內，緩蝕效率不隨溫度升高而改變。用于中性水溶液和水中的一些無機緩蝕劑，其緩蝕效率幾乎是不隨溫度升高而改變的。對于沉淀膜型緩蝕劑，一般也應在介質的沸點以下使用才會有較好的效果。

c隨著溫度的升高，緩蝕效率也增高。這可能是由于溫度升高時，緩蝕劑可依靠化學吸附與金屬表面結合，生成一種反應產(chǎn)物薄膜?；蛘呤菧囟容^高時，緩蝕劑易在金屬表面形成一層類似鈍化膜層，從而降低腐蝕速率。因此，當介質溫度較高時，這類緩蝕劑最有實用價值。

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②溫度的影響二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

③介質流動速度對緩蝕作用的影響

a流速加快，緩蝕速率降低。大多數(shù)情況下，提高介質的流速會造成緩蝕效率降低；有時，由于流速的增大，甚至還會加速腐蝕，使緩蝕劑變成腐蝕的激發(fā)劑。b流速增加時，緩蝕效率提高。當緩蝕劑由于擴散不良而影響保護效果時，增加介質流速可使緩蝕劑能夠比較容易、均勻地擴散至金屬表面，而有助于緩蝕效率的提高。c介質流速對緩蝕效率的影響，在不同使用濃度時，還會出現(xiàn)相反的變化。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

③介質流動速度對緩蝕作用的影響二金屬腐蝕的控制技（四）電化學保護

電化學保護是利用外部電源對金屬進行極化，使金屬電位發(fā)生改變，從而達到防止腐蝕的一種方法。金屬材料發(fā)生腐蝕，必須具備三個條件，即a電位差的存在；b電解質的存在；c相互連通（電子、離子的通路）。

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（四）電化學保護電化學保護是利用外部電源對金屬1、陰極保護原理

在未通電流保護前，腐蝕原電池的自然腐蝕電位為E，相應的最大腐蝕電流為IC。通上外加電流后，由電解質流入陰極的電流量增加，由于陰極的進一步極化，其電位降低。如流入陰極電流為ID，則其電位降至E’，此時由原來的陽極流出電流由IC降至I‘。ID與I‘的差值就是外加的電流量。當陰極極化到使總電位降至陽極的初始電位E0a，金屬構件就得到了完全的保護。

I’IDE0cE0aEIcEII’ID二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

1、陰極保護原理I’IDE0cE0aEIc2、陰極保護參數(shù)（1）保護電位以鐵為例，其理論保護電位為：pH<9.0時，E=-0.62V；9.0<pH<13.7時，E=-0.085-0.0591pH(V)；pH>13.7時，E=0.320-0.0886pH(V)

（2）保護電位準則英國BS7361：Part1：1991給出的一些金屬的陰極保護最小保護電位準則列在表6中。德國DIN30676給出了一些裸金屬在不同環(huán)境中的保護電位準則列在表7中。前蘇聯(lián)有關保護電位準則列在表8中。

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2、陰極保護參數(shù)二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢表6陰極保護最小電位值

金屬與合金

銅/硫酸銅（CSE）(土壤淡水)

銀/氯化銀/飽和氯化銀（任何電解質）銀/氯化銀/海水

鋅/海水鋼

通氣環(huán)境鐵

不通氣環(huán)境-0.85-0.95

-0.75-0.85

-0.8-0.9

+0.25+0.15

鉛

-0.6

-0.5

-0.55

+0.5

銅合金

-0.5~-0.65

-0.4~-0.55

-0.45~-0.6

+0.6~+0.45

鋁

正極限

負極限

-0.95-1.2-0.85-1.1

-0.9-1.15

+0.15-0.1

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表6陰極保護最小電位值金屬與合金銅/硫酸銅（CS表7一些合金的保護電位準則(V,CSE)

材料及環(huán)境條件

自然腐蝕電位（近似值）

保護電位（最低負值）

極限值（最大負值）

鋼和鐵<40℃>60℃不通氣環(huán)境砂土，>500m

-0.65~-0.4-0.80~0.50-0.80~-0.65-0.50~-0.30-0.85-0.95-0.95-0.75不限不限不限不限

不銹鋼

土壤及<40℃（含Cr16%）淡水中>60℃鹽水

-0.20~+0.50-0.20~+0.50-0.20~+0.50-0.10-0.30-0.30不限不限不限銅及合金

-0.20~0.00-0.20不限

鉛

-0.50~-0.40-0.65-1.7鋁

淡水中

鹽水中

-1.00~-0.50-1.00~-0.50-0.80-0.90-1.1-1.1

鋼

混凝土中

-0.60~-0.10-0.75-1.3

鍍鋅鋼

-1.10~-0.90-1.2不限二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

表7一些合金的保護電位準則(V,CSE)材料及環(huán)境條件表8埋地金屬的保護電位準則（V,CSE）

金屬

最小保護電位

最大保護電位

鋼

-0.85

-1.15

鉛

-0.70

-1.30

鋁

-0.85

-1.40

二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

表8埋地金屬的保護電位準則（V,CSE）金屬最小保護電

美國NACERP0169-2002新版對鋼鐵構筑物的保護電位準則做出以下的規(guī)定：①施加陰極保護時的(陰極的)電位至少為-850mV。這一電位是相對于接觸電解質的銅／飽和硫酸銅參比電極測量的。必須考慮消除電解質中IR降的誤差，并對這一電位測量的有效性做出解釋。②相對于銅／飽和硫酸銅參比電極的極化電位至少為-850mV。③在構筑物表面與接觸電解質的穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值最少為100mV，可以測量極化的建立或衰減過程，以滿足這一判據(jù)。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

美國NACERP0169-2002新版對鋼鐵構筑物的保

中國石油行業(yè)標準SY／T0036-2000，對鋼質管道的保護電位準則有如下的規(guī)定：①施加陰極電流的情況下，測得管／地電位為-850mV(相對Cu／CuS04)或更負。測量采用地表法和近參比法，必須考慮測量方法中所含的IR誤差。②相對飽和硫酸銅參比電極的管／地極化電位為-850mV(相對Cu／CuSO4)或更負。③管道表面與同土壤接觸的參比電極之間測得陰極極化電位值最小為100mV。這一準則可以用于極化的建立過程中或衰減過程中。④當土壤或水中含有硫酸鹽還原菌，且硫酸根含量大于0.5％時，通電保護電位應達到-950mV或更負。⑤最大保護電位的限制應根據(jù)覆蓋層種類和環(huán)境來確定，以不損壞覆蓋層的粘結力為準，對于石油瀝青，一般可取-1.5V(相對Cu／CuSO4)；煤焦油瓷漆，可取-3.0V；環(huán)氧粉末，可取-2.0V。注意這里所講的最大電位，應理解為通電狀態(tài)下的電位。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

中國石油行業(yè)標準SY／T0036-2000，對鋼質管道（3）保護電流密度

保護電流密度系指被保護構筑物單位面積上所需的保護電流，是陰極保護設計中必不可少的又一重要參數(shù)。表9列出了不同類型鋼構筑物的保護電流密度。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

（3）保護電流密度二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢表9鋼構筑物所需陰極保護電流密度

注：儲罐底板外壁保護電流密度應取5～10mA／m2。鋼構筑物

覆蓋層狀況

保護電流密度，mA/m2

管道、容器、埋

儲罐、電纜、地

導管

鎧裝電纜套管、接地極橋梁、上、下水構筑物淡

閘門、水壩水

水罐、水井

熱交換器、鍋爐躉船、系船浮標海

航行中船舶水

碼頭設施、浮橋、浮筒

鋼板樁、壓載艙

塑料瀝青玻璃布瀝青羊毛氈油浸黃麻無覆蓋層良好覆蓋層舊涂覆層無涂覆層無涂覆層良好涂覆舊涂覆層舊涂覆層無涂覆層

0.001~0.010.01~0.050.3~0.703~1710~1000.05~0.60.5~85~13100~6000.2~2020~100050~1000100~1000

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表9鋼構筑物所需陰極保護電流密度鋼構筑物覆蓋層狀況3、陰極保護的方法（1）犧牲陽極法作為犧牲陽極材料，必須能滿足以下要求：①要有足夠負的穩(wěn)定電位；②自腐蝕速率小且腐蝕均勻，要有高而穩(wěn)定的電流效率；③電化學當量高，即單位重量產(chǎn)生的電流量大；④工作中陽極極化要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落；⑤腐蝕產(chǎn)物不污染環(huán)境，無公害；⑥材料來源廣，加工容易，價格低廉。常用的犧牲陽極品種有鎂基、鋅基和鋁基合金三類。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

3、陰極保護的方法二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢（2）強制電流法對輔助陽極的基本要求有：①導電性能好；②排流量大；③耐腐蝕，消耗量小，壽命長；④具有一定的機械強度、耐磨、耐沖擊震動；⑤容易加工、便于安裝；⑥材料易得、價格便宜。輔助陽極分為：

可溶性陽極(如鋼、鋁)微溶性陽極(如高硅鑄鐵、石墨)不溶性陽極(如鉑、鍍鉑、金屬氧化物)

常用的直流電源有：

整流器、恒電位儀、恒電流儀、熱電發(fā)生器(TEG)、密閉循環(huán)蒸汽發(fā)電機(CCVT)、太陽能電池、風力發(fā)電機、大容量蓄電池等。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

（2）強制電流法二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢（3）排流保護通常排流方法有三種：a直接排流當雜散電流干擾電位極性穩(wěn)定不變時，可以將保護體和干擾源直接用電纜相連，排除雜散電流。這種方法簡單易行，但如選擇不當，會造成引流，加大雜散電流。b極性排流當雜散電流干擾電位極性正負交變時，可通過串入二極管把雜散電流排回干擾源，由于二極管具有單向導通性能，只允許雜散電流正向排出，負向保留作陰極保護用。此法是目前廣泛使用的排流法。c強制排流上述二種方法，只有在排流時才能對保護體施加保護，而不排流期間，保護體就處于自然腐蝕狀態(tài)，因而又出現(xiàn)了第三種排流方法—強制排流。強制排流就是在無雜散電流時通過整流器供給保護電流，當有雜散電流存在時利用排流進行保護。通常使用恒電位儀進行強制排流，在有排流保護時最好也留有少量保護電流輸出。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

（3）排流保護二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

4、陰極保護方式選擇原則

陰極保護有犧牲陽極法和外加電流法兩種，在選用具體保護方法時，應考慮以下的因素：（1）保護范圍的大小保護范圍大時，要選用外加電流法，反之則選用犧牲陽極法。（2）土壤電阻率的大小土壤電阻率太高不宜采用犧牲陽極法。（3）周圍鄰近金屬構筑物的多少外加電流法產(chǎn)生的干擾大，因此當周圍鄰近構筑多時，最好采用犧牲陽極法，不然將對構筑物產(chǎn)生較大的干擾腐蝕。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

4、陰極保護方式選擇原則二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢（4）覆蓋層質量的好壞對于覆蓋層太差或裸露的金屬表面，因其所需保護電流太大，采用犧牲陽極法不合適。（5）可利用的電源因素外加電流法需要電源設備，對有交流市電并能長期可靠穩(wěn)定供電的地方及長輸管道各中間站有可靠交流電的地方，優(yōu)先考慮使用交流電通過整流提供電源。（6）經(jīng)濟性二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

（4）覆蓋層質量的好壞二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢表10陰極保護方法的優(yōu)缺點

方法

優(yōu)

點

缺

點

強制電流

1、輸出電流、電壓連續(xù)可調

2、保護范圍大

3、不受環(huán)境電阻率限制

4、工程規(guī)模越大越經(jīng)濟

5、保護裝置壽命長

1、需要外部電源

2、對鄰近金屬構筑物干擾大

3、維護管理工作量大

犧牲陽極

1、不需要外部電源

2、對鄰近構筑物無干擾或很小

3、投產(chǎn)調試后可不需管理

4、工程規(guī)模越小越經(jīng)濟

5、保護電流分布均勻、利用率高

1、高電阻率環(huán)境不宜使用

2、保護電流幾乎不可調

3、覆蓋層質量必須好

4、投產(chǎn)調試工作復雜

5、消耗有色金屬

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表10陰極保護方法的優(yōu)缺點方法優(yōu)點缺點強1表10陰極保護方法的優(yōu)缺點（續(xù)表）排流極性排流1、利用雜散電流保護管道

2、經(jīng)濟實用

3、方法簡單，只需簡單管理

4、有雜散電流時，可自動防止雜散電流的腐蝕

1、對其它構筑物有干擾影響

2、干擾源停運時，保護體得不到保護

3、易造成過負電位

保護強制排流1、保護范圍廣

2、電壓、電流連續(xù)可調

3、以干擾源的負饋線代替輔助陽極，結構簡化

4、干擾源停運時，保護體仍被保護

5、不存在陽極干擾

1、對其它構筑物有干擾影響

2、需要外部電源

3、排流點易過保護

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表10陰極保護方法的優(yōu)缺點（續(xù)表）極1、利用雜散電流保5、陰極保護條件陰極保護應用條件有：(1)腐蝕介質必須是能導電的，以便能建立起連續(xù)的電路。(2)被保護的金屬材料在所處的介質中要容易進行陰極極化，否則耗電量大，不宜進行陰極保護。(3)對于復雜的金屬設備或構筑物，要考慮其幾何上的”屏蔽作用”，防止保護電流的不均勻性。(4)電絕緣已成了陰極保護必不可少的條件。(5)和電絕緣相對應，被保護構筑物系統(tǒng)間的電連續(xù)性是陰極保護的又一條件(6)一些不安全因素可能會限制陰極保護在特定領域中的應用。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

5、陰極保護條件二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢6、國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(1)設計的先進性

國外的設計理念比國內具有先進性，主要體現(xiàn)在根據(jù)法規(guī)和標準，他們認為合理的就可大膽地在設計中體現(xiàn)出來。國外的設計是沒有國度限定的，所選用的設備和材料通常是世界范圍內最先進、最合理的。為了設計的科學性，國外公司在設計前期付出大量的投入，力求達到設計的先進性和合理性。

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6、國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢(2)陰極保護遙測與遙控技術

由于國外的管理體制，一般是管道的業(yè)主將管道的腐蝕控制委托給另一家專業(yè)化防腐蝕公司來負責，管道業(yè)主自己沒有專門的防蝕管理人員，而承擔管理監(jiān)控的公司又是多家業(yè)主的承包商，專業(yè)性強，技術手段要求高，遙測與遙控技術就應運而生。1999年，在北京召開的中國第一屆國際腐蝕大會上，德國SSS公司給大會演示了當今世界上最為先進的陰極保護遙控系統(tǒng)，通過一部手提電腦和一部手機，利用電腦中的軟件可以直接控制德國法蘭克福北部一座天然氣管道陰極保護站的保護參數(shù)，這里不光是遙測，還加入了遙控技術，演示獲得成功。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

(2)陰極保護遙測與遙控技術二金屬腐蝕(3)強電干擾的現(xiàn)狀

強電線路(通常指高壓輸電線路和交流電氣化鐵路)與地下管道相鄰，強電線路會對鄰近的地下金屬管道造成感應影響及危險影響，危及操作人員的人身安全和設備的安全，威脅管道的正常運行。交流干擾主要的不是交流腐蝕問題，而是人身設備的安全問題，因此，不論管道上產(chǎn)生了多高的交流電壓，當管道鄰近強電線路時，均應采取一定的措施，以保安全。目前這方面的設計還只能參照美國和德國的相關技術標準，標準中分別給出了管道上允許的交流感應電壓為15V和65V，這是安全上的考慮。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

(3)強電干擾的現(xiàn)狀二金屬腐蝕的控制(4)非常規(guī)條件下的陰極保護

常規(guī)下的陰極保護技術已完全標準化、商品化，對于非常規(guī)條件下的陰極保護技術發(fā)展也很快，比較突出的有以下幾個方面：混凝土構筑物中鋼筋的陰極保護，特別是在橋梁基礎中的應用，混凝土馬路路面的應用等；長線形陽極的研制與應用，這里要說明的有柔性陽極，它目前的品種已由開始單一的導電聚合物發(fā)展成金屬氧化物多種結構型線形陽極，主要用于防腐層老化的高電流密度的管道上、不規(guī)則的管網(wǎng)上、高電阻率的常規(guī)陽極不適用的地區(qū)、大型儲罐的罐底等。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

(4)非常規(guī)條件下的陰極保護二金屬腐蝕的(5)陰極保護電位測試和防腐層面電阻的測量技術

在20世紀60～70年代，腐蝕界開展了一次相關陰極保護電位測試中的IR降的大討論，最終以1992年修訂NACERP0169標準為結束。在這些標準中，都對測量中的IR降加以限定，一般條件下可用斷電法，對于有干擾存在時就必須使用試片或探頭斷電法，這一技術在德國的文獻中也有要求。在這一技術的實施中要具備專用的探頭和專用的儀器，國外已有商品化的產(chǎn)品。

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(5)陰極保護電位測試和防腐層面電阻的測量技術二(6)關于保護準則——施加-0.850V相對銅／硫酸銅電極和極化和-0.850V準則兩者之間存在著模糊；——存在著其它國際準則應當考慮；——關于100mV形成或衰減準則存在著混亂；——對于控制微生物和高溫腐蝕的陰極保護準則需要更多的導向；——對于覆蓋層的損壞和／或高強度鋼需要陰極保護上限準則。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

(6)關于保護準則二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展(7)陰極保護產(chǎn)品的多樣性(a)陰極保護電源

CCVT(密閉循環(huán)蒸汽發(fā)電機)CCVT是英文closedcyclevaporturbogenerator的縮寫，該裝置是1958年由以色列國家物理實驗室研制的，CCVT發(fā)電裝置是為滿足市無電或市電不可靠地區(qū)通信、管道監(jiān)測、陰極保護的電源需要而發(fā)展起來的。1985年，在瑞士日內瓦電信會議上，CCVT被CCITT(國際電報電話咨詢委員會)，和ITU(國際通訊協(xié)會)推薦為邊遠地區(qū)通信系統(tǒng)的優(yōu)選的主要電源設備之一，它占優(yōu)勢的功率范圍為200～6000W。CCVT的主要特點有：可靠性高，無需定期維修，可連續(xù)工作20年；便于無人值守，可通過遙控指揮裝置工作，一年內只需要幾次清除燃燒系統(tǒng)煙灰積炭和冷凝系統(tǒng)的積塵；適用多種燃料，常規(guī)的液體、氣體燃料均可使用；安裝方便，一般只需要2人一天的工作量。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

(7)陰極保護產(chǎn)品的多樣性二金屬腐蝕的TEG(熱電發(fā)生器)

TEG是英文thermoelectricgenerator的縮寫，學名為熱電發(fā)生器，有時也稱溫差發(fā)電器。風力發(fā)電機

風能來源于太陽能，是自然能源的一種形式，早在1948年由普特南姆估算的全球風能儲量為1014MW。這一數(shù)量得到了世界氣象組織的認可。假定1014MW的風能儲量的一千萬分之一可為人類所利用，即有107MW為可利用風力，這個數(shù)量也就相當于當今世界能源的總需求量。太陽能電池

太陽能電池是利用材料的光生伏打效應將光能直接轉換成電能的裝置。

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TEG(熱電發(fā)生器)TEG是英文thermoe(b)輔助陽極

在輔助陽極方面，有金屬氧化物、鈦鍍鉑、柔性陽極、磁性氧化鐵陽極、硅鐵和石墨等，針對不同的環(huán)境，選用不同的陽極做到經(jīng)濟合理。(c)電纜焊接技術

在電纜與管道的焊接方面有更加先進的銅針焊接，這一焊接所造成的熱度只有280℃，而傳統(tǒng)的鋁熱焊接技術則有800℃。

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(b)輔助陽極二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢(8)廣闊的業(yè)務范圍

國外任何一家公司，他們的業(yè)務范圍都不是單一的技術范圍，如美國的CORRPRO公司、德國的PLE公司、SSS公司等，他們不光能承擔管道陰極保護的設計、施工和檢測，而且還能承擔海洋工程(碼頭及海底管道)、混凝土中加強筋等領域中陰極保護工程的設計、施工和檢測。

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(8)廣闊的業(yè)務范圍二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢管道系統(tǒng)的腐蝕與防腐

2006年5月6日管道系統(tǒng)的腐蝕與防腐

2006年5月6日一金屬腐蝕概況

腐蝕是指金屬在周圍環(huán)境的作用下引起變質或破壞的現(xiàn)象。從不同的角度，曾對腐蝕下過不同的定義，如：(1)材料因與環(huán)境反應而引起的變質或破壞；(2)除了單純機械破壞之外的一切破壞；(3)冶金的逆過程；(4)材料與環(huán)境的有害反應。

一金屬腐蝕概況腐蝕是指金屬在周圍環(huán)境的作用下引一金屬腐蝕概況1腐蝕的分類方法

由于腐蝕的多樣性，涉及的領域非常之廣，因此有不同的分類方法。最常見的是從下列不同角度進行分類：（1）按腐蝕機理分類①化學腐蝕化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。②電化學腐蝕電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質（電解質）發(fā)生電化學反應而引起的破壞。③物理腐蝕物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用而引起的破壞。一金屬腐蝕概況1腐蝕的分類方法由于腐（2）按腐蝕形態(tài)分類①全面腐蝕②局部腐蝕

a、點蝕b、縫隙腐蝕c、電偶腐蝕d、晶間腐蝕③應力作用下的腐蝕a、應力腐蝕斷裂b、氫脆和氫致開裂c、腐蝕疲勞

d、磨損腐蝕

一金屬腐蝕概況（2）按腐蝕形態(tài)分類一金屬腐蝕概況一金屬腐蝕概況(1)腐蝕原電池的形成的條件——有電解質溶液與金屬相接觸；——金屬的不同部位或兩種金屬間存在電極電位差；——兩極之間互相連通。2腐蝕原電池的形成條件和作用過程一金屬腐蝕概況(1)腐蝕原電池的形成的條件2腐蝕一金屬腐蝕概況(2)腐蝕原電池的作用過程的三個環(huán)節(jié)(1)陽極過程：金屬溶解，以離子形式轉入溶液，并把當量電子留在金屬上。(2)電子轉移：在電路中電子由陽極流至陰極。(3)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。一金屬腐蝕概況(2)腐蝕原電池的作用過程的三個環(huán)節(jié)一金屬腐蝕概況（1）失重法和增重法

失重法就是根據(jù)腐蝕后試樣質量的減小，用下式計算腐蝕速度：（1）式中：—腐蝕速度，g/m2?h；

—腐蝕前試樣的質量，g；

—清除腐蝕產(chǎn)物后試樣的質量，g；

S—試樣表面積，m2；

t—腐蝕時間，h。增重法的計算公式（2）式中：—腐蝕速度，g/m2?h；m2

—帶有腐蝕產(chǎn)物的試樣的質量，g。3金屬腐蝕速度的表示法一金屬腐蝕概況（1）失重法和增重法3金屬腐蝕速度一金屬腐蝕概況（2）深度法將金屬失重腐蝕速度換算為腐蝕深度的公式為：

（3）式中：—腐蝕深度表示的腐蝕速度，mm/a；

—失重腐蝕速度，g/m2?h；

—金屬的密度，g/cm3。一金屬腐蝕概況（2）深度法

根據(jù)金屬年腐蝕深度的不同，可將其耐蝕性按三級標準（表1）和十級標準（表2）分類。

表1金屬耐蝕性三級標準耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）耐蝕1<0.1可用20.1~1.0不可用3>1.0一金屬腐蝕概況耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）耐蝕1<0.一金屬腐蝕概況耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）Ⅰ完全耐蝕1<0.001Ⅱ很耐蝕20.001~0.00530.005~0.01Ⅲ耐蝕40.01~0.0550.05~0.1Ⅳ尚耐蝕60.1~0.570.5~1.0Ⅴ欠耐蝕81.0~5.095.0~10.0Ⅵ不耐蝕10>10.0表2金屬腐蝕性十級標準一金屬腐蝕概況耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a一金屬腐蝕概況（3）電流密度法

電化學腐蝕中，腐蝕的標志是陽極金屬的溶解。根據(jù)法拉第定律，每通過的電量為1法拉第，即96500C的電量，陽極溶解的金屬的量為1/nmol。若電流強度為，通電時間為，則通過的電量為.。陽極所溶解的金屬為：（4）式中：A—金屬的原子量；

n—金屬的價數(shù)，即金屬陽極反應方程式中的電子數(shù)；

F—法拉第常數(shù)，F(xiàn)=96500C/mol。一金屬腐蝕概況（3）電流密度法控制金屬材料腐蝕的方法有以下四種：①正確選材，合理設計；②覆蓋層保護；緩蝕劑保護；④電化學保護。

二、金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢控制金屬材料腐蝕的方法有以下四種：二、金屬腐蝕的控制技術及（一）合理設計與正確選材選材要遵循的三條原則（1）材料的耐蝕性能要滿足生產(chǎn)要求（2）材料的機械性能、加工性能要滿足設備設計與加工要求（3）節(jié)約投資選材應優(yōu)先考慮那些耐蝕性能滿足使用介質的要求，材料的綜合性能好，價格又較便宜的金屬和合金。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢（一）合理設計與正確選材選材要遵循的三條原則二金（二）覆蓋層保護

防腐涂層必須滿足以下幾點要求：a)與金屬有良好的粘結性；b)電絕緣性能好；c)防水，化學穩(wěn)定性高；d)耐熱，有較高的機械強度和韌性，可避免在施工過程中碰撞而損壞；e)結構緊密，完整無孔。

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（二）覆蓋層保護防腐涂層必須滿足以下幾點要求：二金屬1、涂層防腐技術

①瀝青涂層

石油瀝青的優(yōu)點：吸水率很小，對酸、堿、鹽都有一定的抗蝕能力；涂膜致密，穩(wěn)定性、屏蔽性好；抗陰極剝離。石油瀝青防腐層的主要缺點是涂層機械強度低，不耐植物根刺，熱穩(wěn)定性差。瀝青涂層的發(fā)展趨勢：聚氨酯瀝青在美國、加拿大和中東等地區(qū)在很多工程中都采用。該涂料的優(yōu)點是既可在正常情況下施工，也可在環(huán)境溫度為0℃左右順利施工。它不含溶劑，有利于環(huán)保，一次成膜厚，施工效率高，涂層堅韌，表面光潔，附著力優(yōu)良，耐磨性強，在耐微生物腐蝕和抗植物根莖方面效果也較好，不過這種外防腐工藝需要有較高的施工技巧和專用設備。

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1、涂層防腐技術①瀝青涂層二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢②煤焦油瓷漆(CTE)

煤焦油瓷漆的特點：粘結性好、吸水率低、抗微生物侵蝕、抗植物根莖穿透、抗烴類侵蝕、溶解。它的缺點是抗土壤應力與熱穩(wěn)定性較差，毒性較大。發(fā)展趨勢：多層結構。Reilly公司利用環(huán)氧樹脂的粘接性能和CTE的防水性能開發(fā)了一套環(huán)氧樹脂／CTE涂層系統(tǒng)。該系統(tǒng)底漆采用高濃度、低粘度、快速彌合的雙組分環(huán)氧樹脂，表層采用玻纖增強的CTE。這些改進使得CTE涂層系統(tǒng)具有更大的適應性，更好的操作特性以及更大的適應環(huán)境溫度范圍，可在-28～80℃的工況下工作。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

②煤焦油瓷漆(CTE)二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨③熔結環(huán)氧粉末(FBE)

熔結環(huán)氧粉末形成的表面涂層具有粘接力強、硬度高、表面光滑、不易腐蝕和磨損、抗陰極剝離等優(yōu)點。它存在的缺點：防水性較差，不耐尖銳硬物的沖擊碰撞，施工運輸過程中，很難保證涂層不被破壞，現(xiàn)場修補困難，且涂敷工藝嚴格。發(fā)展趨勢：熔結環(huán)氧也發(fā)展出雙層結構，即在FBE基礎涂層的外部進行二次涂層。該體系底層采用常規(guī)熔結環(huán)氧粉末涂料，用作防腐蝕保護；面層為增塑劑的環(huán)氧粉末體系，用于機械保護。由于兩層涂層的固化官能團類似，進行的是化學交聯(lián)，不產(chǎn)生層間分離，故防腐性能得到極大的改善。當操作條件惡劣，地質構造是影響涂層選擇的主要因素時，可選擇耐磨損的雙層FBE作為外防腐系統(tǒng)。

二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

③熔結環(huán)氧粉末(FBE)二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)④聚乙烯膠粘帶

聚乙烯膠粘帶具有極好的耐水性及抗氧化性能，吸濕率低；絕緣性好，抗陰極剝離，耐沖擊，耐溫范圍廣，在-30～80℃溫度范圍內使用性能穩(wěn)定。但它抗土壤應力的能力不好，特別在高溫下，因粘結力差和致密性好而產(chǎn)生陰極屏蔽。發(fā)展趨勢：在具有傳統(tǒng)聚乙烯膠粘帶優(yōu)點的基礎上還具有粘結力強、與背材粘結性好、抗沖擊性好和與陰極保護匹配好等優(yōu)點，在北美、南美及國內一些管道工程中都有選用。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

④聚乙烯膠粘帶二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢⑤二層結構聚乙烯

歐洲從1965年開始用兩層結構的聚乙烯進行防腐蝕，到目前為止國內油田和各地采用此種覆蓋層的防腐蝕管道已超過上萬公里。兩層結構的聚乙烯防腐層底層采用膠粘劑，外層為聚乙烯。聚乙烯具有抗沖擊性能好、水汽滲透率低、絕緣電阻率高、埋地使用壽命長，耐化學介質侵蝕性能好等優(yōu)點。但是聚乙烯是非極性材料，不能直接與鋼管粘結，必須采用既粘鋼管又粘聚乙烯的膠粘劑將鋼管表面與聚乙烯連接成一體。一旦粘結失敗，對輸送介質溫度高于60℃管道，陰極保護處理不好，有產(chǎn)生應力開裂的危險。

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⑤二層結構聚乙烯二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

⑥三層結構聚烯烴

三層PE是20世紀80年代歐洲研制成功并開始使用的，它是將FBE良好的防腐蝕性能、粘結性、高抗陰極剝離性和聚烯烴材料的高抗?jié)B性、良好的機械性能和抗土壤應力等性能結合起來的防腐蝕結構，一經(jīng)問世就在許多工程上得到了應用，尤其在歐洲國家，其應用呈不斷上升的趨勢。三層PE的底層為環(huán)氧涂料，中間層為聚合物膠粘劑，面層為聚烯烴。膠粘劑可采用改性聚烯烴，它含有接枝到聚烯烴碳鍵主鏈上的極性基團。這樣，膠粘劑既可與表面未改性的聚烯烴相融，又可利用極性基團與環(huán)氧樹脂固化反應。這種組合特點是，三種涂層之間能達到最佳粘結強度，而各層的性能和特性使三層涂料得到互補。它的特點在于造價高，工藝復雜。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

⑥三層結構聚烯烴二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢2、防腐涂層的選用

保證長輸管道在預期的使用壽命內不產(chǎn)生由于外腐蝕而引起的功能損失是對涂層的基本要求。美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)認為，只有根據(jù)具體工程條件，結合管道的設計壽命、環(huán)境條件、運行參數(shù)、施工工藝和費用等進行綜合設計，才能選出適合的防腐材料。國內管道工程防腐層的選擇根據(jù)技術、經(jīng)濟、施工、業(yè)主的承受能力和要求等多方面考慮，一般應遵循下列原則：

①技術可靠

外防腐層必須具有良好的絕緣性，抗陰極剝離強度，足夠的機械強度和良好的穩(wěn)定性，以及能夠適應管線所處的自然環(huán)境，包括惡劣的地質、腐蝕環(huán)境以及輸送工藝等方面要求。對于各類涂層性能穩(wěn)定性的比較如表3所示，具體的性能指標隨廠商和牌號的不同而有所區(qū)別。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

2、防腐涂層的選用保證長輸管道在預期的使用壽命表3各類防腐涂層技術性能比較

注：+++優(yōu)良，++良好，+一般，-差

涂料種類粘結力抗水性機械強度抗土壤應力熱穩(wěn)定性陰極保護相容性石油瀝青++-+-++煤焦油瓷漆+++-+-++熔結環(huán)氧+++-+++++++++聚乙烯膠粘帶++++++++二層結構聚乙烯++++++++++++++三層結構聚烯烴+++++++++++++++++二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

表3各類防腐涂層技術性能比較涂料種類粘結力抗水性②施工可行

在滿足技術可靠的前提下，防腐涂層應考慮在工程特定環(huán)境下施工的可行性。一般應注意以下幾個方面：防腐層應能適應工程所在地區(qū)的地形、交通等條件的要求，以免在多次轉運中的碰撞受損；適應工程所在地氣候影響和土壤環(huán)境；管道現(xiàn)場補口的可操作性等。各類涂層的操作性和適用環(huán)境如表4所示。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

②施工可行二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢表4各類防腐涂層工藝與適用環(huán)境比較

涂層種類涂敷工藝補口操作適用環(huán)境石油瀝青熱涂簡單對覆蓋層要求不高，地下水位較低的一般土壤。如沙土、壤土煤焦油瓷漆熱涂容易大部分土壤環(huán)境，人煙稀少、戈壁地區(qū)和水位高、植物根莖茂盛、生物活動頻繁的沼澤或灌木地區(qū)熔結環(huán)氧靜電噴涂較復雜大部分土壤環(huán)境，特別適用于粘質土壤聚乙烯膠粘帶熱涂/冷涂簡單大部分土壤環(huán)境，特別適用于土壤應力破壞較大的地區(qū)二層結構聚乙烯熱涂較復雜大部分土壤環(huán)境，特別機械強度要求高，土壤應力破壞較大的地區(qū)三層結構聚烯烴靜電噴涂+包覆復雜各類環(huán)境，特別適用于對覆蓋層機械性能、耐土壤應力及耐滲水要求較高的環(huán)境，如碎石、石方段、植物根系發(fā)達地區(qū)二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

涂層種類涂敷工藝補口操作適用環(huán)境石油瀝青熱涂簡單③經(jīng)濟合理

經(jīng)濟合理性受多方因素制約，表現(xiàn)在長輸管道防腐層選用上更為明顯。一般應考慮以下因素：在滿足沿線環(huán)境條件(如地形、地質、土壤腐蝕性等)的前提下，應選用長期經(jīng)濟性好的覆蓋層；所謂長期經(jīng)濟性應包括施工時一次投資與長期運營費用(陰極保護、管理、維護、大修)。以石油瀝青為對照基礎，各類涂層的一次投資相對造價比較如表5所示。表5各類防腐涂層的相對造價比

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涂層種類石油瀝青煤焦油瓷漆熔結環(huán)氧聚乙烯膠粘帶二層結構聚乙烯三層結構聚烯烴相對價格1.01.051.13(單層)1.081.201.30③經(jīng)濟合理二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢涂層種類（三）緩蝕劑保護

1、緩蝕劑的定義

緩蝕劑是一些用于腐蝕環(huán)境中抑制金屬腐蝕的添加劑，又稱腐蝕抑制劑或阻蝕劑。緩蝕劑的定義為：“緩蝕劑是一種當它以適當?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境(介質)時，可以防止或減緩腐蝕的化學物質或復合物?！笔褂镁徫g劑有以下明顯的優(yōu)點：a基本上不改變腐蝕環(huán)境，就可獲得良好的防腐蝕效果；b可基本不增加設備投資，操作簡便，見效快；c對于腐蝕環(huán)境的變化，可以通過相應改變緩蝕劑的種類或濃度來保證防腐蝕效果；d同一配方的緩蝕組分有時可以同時防止多種金屬在不同腐蝕環(huán)境中的腐蝕破壞。

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（三）緩蝕劑保護1、緩蝕劑的定義二金屬腐蝕的控制技術及2、緩蝕劑的緩蝕機理

關于緩蝕劑保護的作用機理，至今沒有一個公認一致的見解。目前提出有三種理論，其實這三種理論有著內在的相互聯(lián)系。①吸附理論。這種理論認為緩蝕劑的緩蝕作用是由于緩蝕劑通過物理吸附和化學吸附，使其吸附在金屬表面，形成了連續(xù)的吸附膜。②成膜理論。這種理論認為緩蝕劑的緩蝕作用是緩蝕劑在金屬表面生成了一層難溶的保護膜，從而使腐蝕速度降低。③電化學理論。這種機理認為緩蝕劑的加入加大了陰極過程或陽極過程或共同加大了陰極過程和陽極過程的阻力。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

2、緩蝕劑的緩蝕機理二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢3、緩蝕劑的分類

a從電化學反應的觀點出發(fā)，按照緩蝕劑對電極過程的影響，可將緩蝕劑分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑和混合型緩蝕劑三類。b按緩蝕劑的化學組成分類，緩蝕劑可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑兩大類。c按緩蝕劑在金屬表面形成保護膜的特征分類，可分為氧化膜型緩蝕劑、吸附膜型緩蝕劑和沉淀膜型緩蝕劑。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

3、緩蝕劑的分類二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢4、緩蝕劑的性能指標①緩蝕效率采用緩蝕劑保護，其保護效率是用緩蝕效率來表示的。式中——未加緩蝕劑時金屬的腐蝕速度；

——加有緩蝕劑時金屬的腐蝕速度。

②后效性能

緩蝕劑的后效性能是指當緩蝕劑的濃度由正常使用濃度大幅度降低時，緩蝕效果所能維持的時間。這個時間越長，緩蝕劑的后效性能就越好，亦表示由緩蝕劑作用而產(chǎn)生的金屬表面的保護膜的壽命越長。

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二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢5、影響緩蝕劑緩蝕效率的因素

①緩蝕劑用量的影響緩蝕劑用量對金屬腐蝕的影響大致有三種情況：a金屬的腐蝕速率隨緩蝕劑用量增加而增加。大多有機及無機緩蝕劑在酸性及濃度不大的中性介質中，都屬于這種情況。實際使用中應結合保護效果，考慮綜合效益，合理確定緩蝕劑用量。b緩蝕劑的濃度和金屬腐蝕速率的關系有極限值。即在某一濃度時緩蝕效果最好，濃度過低或過高都會使緩蝕效率降低。因此在使用這類緩蝕劑時，須注意緩蝕劑不要過量。

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5、影響緩蝕劑緩蝕效率的因素二金屬腐蝕的控制技術

c緩蝕劑用量不足會加速金屬腐蝕。大部分氧化劑如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、過氧化氫以及硅酸鈉等屬于這類緩蝕劑。對于這類緩蝕劑加量太少是危險的，必須十分注意。一般情況下，對于長期需要采用緩蝕劑保護的設施，為了能形成良好的基礎保護膜，首次緩蝕劑用量往往比正常操作時高4～5倍。對于陳舊設備采用緩蝕劑保護時，因金屬表面存在的垢層和氧化鐵等要額外消耗一定量的緩蝕劑，劑量應適當增加。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

c緩蝕劑用量不足會加速金屬腐蝕。大部②溫度的影響

a溫度升高，緩蝕效率顯著下降。這是由于溫度升高時，緩蝕劑的吸附作用明顯降低，因而使金屬腐蝕加劇，大多數(shù)有機及無機緩蝕劑都屬于這一情況。b在一定范圍內，緩蝕效率不隨溫度升高而改變。用于中性水溶液和水中的一些無機緩蝕劑，其緩蝕效率幾乎是不隨溫度升高而改變的。對于沉淀膜型緩蝕劑，一般也應在介質的沸點以下使用才會有較好的效果。

c隨著溫度的升高，緩蝕效率也增高。這可能是由于溫度升高時，緩蝕劑可依靠化學吸附與金屬表面結合，生成一種反應產(chǎn)物薄膜?；蛘呤菧囟容^高時，緩蝕劑易在金屬表面形成一層類似鈍化膜層，從而降低腐蝕速率。因此，當介質溫度較高時，這類緩蝕劑最有實用價值。

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②溫度的影響二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

③介質流動速度對緩蝕作用的影響

a流速加快，緩蝕速率降低。大多數(shù)情況下，提高介質的流速會造成緩蝕效率降低；有時，由于流速的增大，甚至還會加速腐蝕，使緩蝕劑變成腐蝕的激發(fā)劑。b流速增加時，緩蝕效率提高。當緩蝕劑由于擴散不良而影響保護效果時，增加介質流速可使緩蝕劑能夠比較容易、均勻地擴散至金屬表面，而有助于緩蝕效率的提高。c介質流速對緩蝕效率的影響，在不同使用濃度時，還會出現(xiàn)相反的變化。二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

③介質流動速度對緩蝕作用的影響二金屬腐蝕的控制技（四）電化學保護

電化學保護是利用外部電源對金屬進行極化，使金屬電位發(fā)生改變，從而達到防止腐蝕的一種方法。金屬材料發(fā)生腐蝕，必須具備三個條件，即a電位差的存在；b電解質的存在；c相互連通（電子、離子的通路）。

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（四）電化學保護電化學保護是利用外部電源對金屬1、陰極保護原理

在未通電流保護前，腐蝕原電池的自然腐蝕電位為E，相應的最大腐蝕電流為IC。通上外加電流后，由電解質流入陰極的電流量增加，由于陰極的進一步極化，其電位降低。如流入陰極電流為ID，則其電位降至E’，此時由原來的陽極流出電流由IC降至I‘。ID與I‘的差值就是外加的電流量。當陰極極化到使總電位降至陽極的初始電位E0a，金屬構件就得到了完全的保護。

I’IDE0cE0aEIcEII’ID二金屬腐蝕的控制技術及發(fā)展趨勢

1、陰極保護原理I’IDE0cE0aEIc2、陰極保護參數(shù)（1）保護電位以鐵為例，其理論保護電位為：pH<9.0時，E=-0.62V；9.0<pH<13.7時，E=-0.085-0.0591pH(V)；pH>13.7時，E=0.320-0.0886pH(V)

（2）保護電位準則