管道的腐蝕與防護培訓(輸油工)

管道腐蝕與防護第一章管道的腐蝕控制腐蝕的定義腐蝕的分類腐蝕的基本原理管道腐蝕控制的基本方法一、腐蝕的定義從廣義上講，腐蝕是材料和環(huán)境相互作業(yè)而導致的失效。金屬腐蝕是金屬表面受周圍介質的化學或電化學作用所引起的金屬損失的現(xiàn)象和過程。ISO的腐蝕定義金屬與環(huán)境間的物理-化學相互作用，其結果使金屬的性能發(fā)生變化,并常可導致金屬、環(huán)境或由它們作為組成部分的技術體系的功能受到損傷。注：該相互作用通常為電化學性質。（見GB/T10123-2001）金屬腐蝕發(fā)生的原因從熱力學的規(guī)律可知，材料總是趨向于最低能量狀態(tài)存在。金屬從礦石中提煉出來時，需要提供很大的能量，使其處于一個高能級狀態(tài)。這些礦石是典型的金屬氧化物，如用來煉鋼的赤鐵礦（Fe2O3），因此大多數(shù)金屬處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，具有尋求低能量狀態(tài)的傾向，如氧化物或其他化合物。金屬轉化成低能量氧化物的過程稱為腐蝕。腐蝕過程

防腐蝕的意義腐蝕損失美國:1975年為700億，占4.2%GDP；1986年為1260億；1995年為3000億；石化系統(tǒng)1989年統(tǒng)計腐蝕損失約20億；2003年10月發(fā)表的《中國腐蝕調查報告》指出:我國腐蝕損失為5000億元/年占5%GDP，其中20%腐蝕可以避免，可節(jié)省1000億元。二、腐蝕的分類◆按照材料的類型分：（1）金屬腐蝕（2）非金屬腐蝕◆按照腐蝕的破壞特征分：

（1）全面腐蝕（2）局部腐蝕◆按照腐蝕的作用機理分：（1）化學腐蝕（2）電化學腐蝕化學腐蝕與電化學腐蝕化學腐蝕化學腐蝕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。電子傳遞直接在金屬與氧化劑間直接進行，在反應過程中沒有電流產生。電化學腐蝕電化學腐蝕指與電解質因發(fā)生電化學反應所引起的腐蝕。金屬在電解質中形成腐蝕原電池，在反應過程中有電流產生。將金屬棒（陽極）浸入電解液中,見右圖：金屬棒產生氧化反應：Fe-2e=Fe2+

陰極發(fā)生還原反應：O2+2H2O+4e=4OH-

或2H2O+2e=H2+2OH-在導線中流動的是電子,在電解液中流動的是帶電離子,從陽極流向陰極陽極電流流出處產生腐蝕陽極陰極三、腐蝕的基本原理腐蝕的基本原理是腐蝕原電池理論腐蝕原電池形成的充要條件必須有陰極和陽極陰極和陽極之間必須有電位差陰極和陽極之間必須要有金屬的電流通道陰極和陽極必須浸在同一電解質中，該電解質中有流動的自由離子。只要阻止其中一項，即可阻止金屬的電化學腐蝕。金屬電位純鎂-1.75鎂合金（6%AI，3%Zn，0.15%Mn）-1.60鋅-1.10鋁合金（5%Zn）-1.05純鋁-0.80熔練鋼（精）-0.5～-0.8熔練鋼（粗）-0.4～-0.55鑄鐵-0.50鉛-0.50混凝土中的鋼-0.20銅、黃銅、青銅-0.20金屬的電位序列管道腐蝕過程示意圖

電流

陰極

陽極

土壤A

土壤B

一根鋼管穿過不同的土壤層，在有氧氣和壓力的情況下能夠形成電化學腐蝕，腐蝕的速率是與電流的大小成正比。管道腐蝕的基本原理

(-)(+)腐蝕原電池形成的示意圖

陰極

陽極

電流

電流

電流流出的金屬體為陽極，這個過程造成陽極金屬損失

四、管道腐蝕控制的基本方法

控制的基本原則（1）選用在該管道具體運行條件下的適用鋼材和焊接工藝；（2）選用管道防腐層及陰極保護的外防護措施；（3）控制管輸流體的成分，如凈化處理除去水及酸性組分；（4）使用緩蝕劑控制內腐蝕；（5）選用內防腐涂層；（6）建立腐蝕監(jiān)控和管理系統(tǒng)。1、管道防腐絕緣層石油瀝青煤焦油瓷漆聚乙烯膠粘帶熔結環(huán)氧粉末（FBE）三層結構擠壓聚乙烯防腐層（3PE）硬質聚氨酯泡沫塑料2、管道陰極保護犧牲陽極法：在管道上連接一種電位更負的金屬和合金，如鎂、鋁等，連接上的金屬成為犧牲陽極，使管道成為陰極受到保護外加電流法：將被保護的管道與直流電源的負極相連，把輔助陽極與電源正極連接，使管道成為陰極受到保護。3、排流保護直接排流保護：當雜散電流的極性穩(wěn)定時（直流干擾），管道接干擾源的負極，在排流的同時管道得到保護。極性排流保護：當雜散電流的極性正負交變時（交流干擾），通過串入二極管將雜散電流正向排回干擾源，保留負向電流作陰極保護。強制排流：在沒有雜散電流時通過電源、整流器供給管道保護電流，當有雜散電流存在時，利用排流進行保護。雜散電流腐蝕是由于外界的雜散電流使處于電解質溶液中的金屬發(fā)生電解而造成的腐蝕。直流雜散電流腐蝕來源：直流電氣化鐵路、地下電纜漏電、電解電鍍車間、直流電焊機等。交流雜散電流腐蝕來源：高壓交流輸電線路、交流電氣化鐵路供電線路等。雜散電流腐蝕雜散電流腐蝕的特點直流雜散電流干擾腐蝕的損耗量與雜散電流強度成正比。雜散電流強度越大，引起的金屬腐蝕就越嚴重。直流雜散電流造成的集中腐蝕是很嚴重的。壁厚8－9mm的鋼管，快者2－3個月就會穿孔。與直流雜散電流腐蝕相比，交流雜散電流的腐蝕量并不大，但集中腐蝕性強。由于種種因素的影響，作用于管道上的交流電場是非常不均勻的，從而造成了強電場的集中腐蝕，這比直流干擾腐蝕更明顯，易形成小孔腐蝕，造成穿孔，反應時間也比自然腐蝕所需的時間短得多。雜散電流對管道的腐蝕圖解雜散電流對管道的腐蝕就是電化學腐蝕的過程土壤相當于電解液,管道破損B點相當于陽極,A點為陰極大地中雜散電流流動,高電位為正極,低電位為負極金屬管道電阻低,防腐層一旦破損,電流會從A流入,B流出電流流入處不會腐蝕,流出點會形成電化學腐蝕(陽極腐蝕)AB大地雜散電流流入雜散電流流出陽極區(qū)陰極區(qū)+－接通電機電源，電流流入電機由于感應和泄漏，電機外殼帶電該電流經過機座或地線流入大地，形成雜散電流如果電機與大地絕緣，機殼帶電會對人產生危害雜散電流三相電源電機雜散電流來源（電機）雜散電流來源(有軌電車)鐵軌鐵軌周圍的雜散電流供電架空線供電所電機機車破損點B防腐層金屬管道破損點A軌道電流雜散電流來源(高壓線)管道管道周圍雜散電流的產生(相互干擾)雜散電流被保護管道無保護管道雜散電流對管道的典型腐蝕*孔蝕,口大底小,創(chuàng)面光滑,有光澤,邊緣整齊雜散電流造成的管道腐蝕（穿孔）雜散電流電蝕導致76mm鋼管出現(xiàn)腐蝕空洞五、管道的外防腐層管道外防腐層的作用

使金屬構件與土壤介質隔離開來，使腐蝕電池的回路增大，以阻礙腐蝕作用，從而減緩金屬的腐蝕速度。1、管道防腐層的基本要求（1）與金屬有良好的粘結性；（2）電絕緣性能好；（3）防水及化學穩(wěn)定性好；（4）有足夠的機械強度和韌性，耐熱和抗低溫脆性；（5）耐陰極剝離性能好；（6）抗微生物腐蝕；（7）破損后易修復，并要求價格低廉和便于施工。石油瀝青熔結環(huán)氧粉末3PE聚乙烯膠粘帶2、埋地管道防腐層主要種類石油瀝青熔結環(huán)氧粉末3PE聚乙烯膠粘帶防腐材料石油瀝青環(huán)氧粉末環(huán)氧粉末+高（低）密度聚乙烯聚乙烯膠粘帶防腐層結構石油瀝青+玻璃布+塑料薄膜（3～5層瀝青，總厚4～7mm）環(huán)氧粉末熔結在管壁上，涂層厚0.3～0.5mm環(huán)氧粉末+膠粘劑+聚乙烯（擠壓），總厚2～4mm底膠+防腐膠粘帶（內帶）+保護膠粘帶（外帶），總厚1～4mm適用溫度（℃）-20～70-40～100-40～70-30～60施工方法人工或半機械化作業(yè)靜電或等離子噴涂，工廠機械化作業(yè)線分段預制，現(xiàn)場熱收縮套補口擠出成型法，工廠機械化作業(yè)線分段預制，現(xiàn)場熱收縮套補口人工或機械化作業(yè)優(yōu)缺點機械強度和低溫韌性差，吸水率高，易受細菌腐蝕，施工勞動條件差，但成本低，目前國內應用最廣機械性能和粘結性能強，耐陰極剝離及耐溫性好，對施工質量要求高，成本高，損耗小機械性能、耐低溫性及電絕緣性能強，其突出的優(yōu)點是耐磨，對現(xiàn)場補口質量要求高，損耗小防腐性可靠，便于施工，進度快，對管材焊接部位的包覆質量不易達標3、單層熔結環(huán)氧粉末性能粘結力強，耐化學介質侵蝕性、耐溫性能好，抗腐蝕性、耐陰極剝離性、耐老化性、耐土壤應力性能好，使用溫度寬。涂層較薄，抗尖銳物沖擊力較差，易被沖擊損壞，不適合石方段，適合于大部分土壤環(huán)境和定向鉆穿越粘質土壤。FBE防腐層結構序號涂層級別最小厚度(μm)參考厚度(μm)1普通級300300～4002加強級400400～500FBE涂層厚度要求（見上表）涂敷：噴（拋）射除銹Sa2.5級，錨紋深度40～100μm→加熱至粉末涂敷溫度→冷卻→檢測漏點修補：雙組分液體環(huán)氧樹脂涂料FBE涂層生產過程SurfaceCleaningExtrusionoftheadhesiveExtrusionofthepolyethyleneSprayingofepoxypowderAnnulardieHeating4、雙層熔結環(huán)氧粉末涂層優(yōu)越性：增強防腐涂層的抗沖擊、耐劃傷以及抗?jié)B透性。涂層要求：普通級：涂層總厚度≧620μm加強級：涂層總厚度≧7000μm雙層熔結環(huán)氧粉末涂層生產過程SurfaceCleaningSprayingoftheadhesiveSprayingofepoxypowderIR-HeatersAnnulardieHeating5、聚乙烯防腐層結構：底層－環(huán)氧粉末涂料中層－膠粘劑外層－聚乙烯性能：具有優(yōu)良的機械強度、化學穩(wěn)定性、絕緣性、抗植物根莖穿透性、抗水滲透性等，適用于對覆蓋層機械性能、耐土壤應力級阻水性能要求較高的苛刻環(huán)境，如碎石土壤、石方段、土壤含水量較高、植物根系發(fā)達地區(qū)、3PE防腐層生產涂敷：預熱鋼管40～60℃噴射除銹Sa2.5級，錨紋深度50μm～75μm加熱至涂敷溫度擠出纏繞膠粘劑擠出纏繞聚乙烯冷卻質量檢查修補：損傷≦30㎜，采用輻射交聯(lián)聚乙烯補傷片損傷＞30㎜。采用補傷片加熱收縮帶鋼管防腐層生產過程六、管道防腐層的維護1、防腐層損傷及失效的原因（1）防腐層類型選擇不當（2）防腐補口的質量不好（3）外力破壞造成防腐層損傷（4）防腐層自然老化（5）陰極保護的參數(shù)不適當（6）管理不善2、防腐層的維護1、經常監(jiān)測防腐層狀況2、防腐層分級管理3、制定、實施維修計劃第二章

管道陰極保護基本知識

一、陰極保護的原理圖3-1腐蝕電池示意圖陰極保護的原理是給金屬補充大量的電子,使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài),使金屬表面各點達到較負的電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。

從電化學原理可知，腐蝕電池的陰極是不發(fā)生腐蝕的，而只有陽極才發(fā)生腐蝕。因此，將被保護金屬變成陰極，就可以防止金屬的腐蝕，這種方法叫做陰極保護。陰極保護2種方法：1.犧牲陽極:將被保護金屬和一種電位更負的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護體陰極極化以降低腐蝕速率的方法。2.強制電流法(外加電流法)陰極保護：將被保護金屬與外加電源負極相連，輔助陽極接到電源正極，由外部電源提供保護電流，以降低腐蝕速率的方法。其方法有：恒電位、恒電流等。圖3-2犧牲陽極陰極保護金屬活潑性順序鉀鈣鈉鎂鋁鋅鐵錫鉛氫銅汞銀鉑金K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Pt>Au圖3-3利用恒電位儀對管道強制電流陰極保護圖二、陰極保護的基本參數(shù)1.自然電位自然電位是金屬埋入土壤后，在無外部電流影響時的對地電位。自然電位隨著金屬結構的材質、表面狀況、土質和含水量等因素的不同而不同,鋼鐵一般取平均值-0.55V。表3-1金屬的在土壤中的自然電位（V）金屬電位（CSE）高純鎂-1.75鎂合金(6%Al,3%Zn,0.15%Mn)-1.60鋅-1.10鋁合金(5%Zn)-1.05純鋁-0.80低碳鋼(表面光亮)-0.50to-0.80低碳鋼(表面銹蝕)-0.20to-0.502.最小保護電位

使腐蝕停止，金屬陰極極化所必須達到的絕對值最小的負電位值，稱之為最小保護電位。鋼鐵在土壤中的最小保護電位為-0.85V(相對于飽和硫酸銅參比電極)。3.最大保護電位

過大的保護電位會造成管道防腐層漏點處大量析出氫氣,造成涂層與管道脫離，即陰極剝離,不僅使防腐層失效,而且大量消耗電能。金屬陰極極化所允許施加的絕對值最大的負電位值，稱之為最大保護電位。石油瀝青的最大保護電位可到-1.50V，而熔結環(huán)氧粉末的最大保護電位可達-2.0V(CSE)。4.最小保護電流密度陰極保護時，使腐蝕停止或達到允許程度時所需的電流密度稱為最小保護電流密度，例如新建瀝青管道為30—50μA/m2，F(xiàn)BE管道為10--30μA/m2。與金屬種類、腐蝕介質、防腐絕緣層等有關。5.IR降與斷電電位

IR降指電流在介質中流動所形成的電壓降，在電位測量中應去除。瞬間斷電法是測IR降最普通的方法，斷電意味著I=0，因而IR=0。斷電之后，管道電位立即降落下來，然后再慢慢衰減。前面這一瞬間急落的電位便是IR降。

三、外加電流陰極保護

外加電流陰極保護是防止地下金屬結構如管道、儲罐等腐蝕的有效方法，它由恒電位儀、陽極地床、參比電極、測試樁、連接電纜等組成。

1.電源設備

目前常用的陰極保護電源設備有恒電位儀、整流器，恒電位儀不僅能夠恒電位輸出，還能恒電流輸出。恒電位儀的供電方式首選交流市電，比較穩(wěn)定。沒有交流市電時，可選用農電、太陽能電源、熱電發(fā)生器（TEG）、風力發(fā)電機等。國內大多采用太陽能電池供電。

2.3填包料：焦炭2.4輔助陽極的結構(1)淺埋式地床結構(2)深埋式陽極(深井式)

2陽極地床其作用是將保護電流經過介質傳遞到被保護結構物表面上。2.1陽極材料的選擇在一般土壤中可采用高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極；在鹽漬土、海濱土或酸性和含硫酸根離子較高的環(huán)境中，宜采用含鉻高硅鑄鐵陽極。圖3-9立式淺埋陽極示意圖圖3-10水平式淺埋陽極示意圖2.5陽極數(shù)量與接地電阻(1)允許輸出電流(2)接地電阻一般不大于1歐(3)使用壽命2.6陽極地床與管道的距離3.參比電極為了對各種金屬的電極電位進行比較，必須有一個公共的參比電極。飽和硫酸銅參比電極，具有良好的重復性和穩(wěn)定性,構造簡單,廣泛采用。4.電絕緣裝在管道、管道支撐構筑物上。沒有電絕緣就沒有有效的陰極保護。常用的有絕緣法蘭、絕緣接頭、絕緣短管、絕緣支撐墊和絕緣膠皮，絕緣法蘭不能埋地，只能架空；絕緣接頭可以埋地設置。電氣絕緣裝置一般安裝在：(1)管道所有權改變的分界處；(2)管道進出站處；(3)大型跨越段的兩端?！艿捞坠芘c輸送管應該電絕緣，通過絕緣支撐墊來實現(xiàn)。管道通過支墩或鋼架時，也應避免管道與金屬直接接觸，通常管道下面墊加絕緣膠皮。500V兆歐表測量，絕緣電阻>2MΩ。5.接地電池為防止強電沖擊，在絕緣裝置兩側裝設由犧牲陽極構成的接地電池，一旦有強電沖擊，強大的電涌將通過填料的低電阻傳至另一側，而不損壞絕緣裝置。圖3-11接地電池示意圖

6.檢查片有陰保：0.0008mm/a

無陰保：0.017mm/a

圖3-12檢查片安裝示意圖

7、測試樁、里程樁和轉角樁

定期檢測管道陰極保護參數(shù)和防腐層狀況。(1)電位測試樁，匯流點及每公里設一支；(2)電流測試樁，每5～8km處設一支；(3)套管、穿跨越處設一支；(4)絕緣接頭測試樁，每一絕緣連接處設一支；(5)與其它管道、電纜等構筑物相交處設一支。管道測試樁按油氣流向排列編號，一般位于流向左側距管道中心線1.5m處。樁的標志應醒目，埋設要牢固穩(wěn)定；測試樁可用鋼管、玻璃鋼和混凝土制作；與里程樁合用。圖3-13混凝土測試樁圖3-14里程樁和標志樁正面管道標志的前面和后背上應根據(jù)標志類型標注管道的主要參數(shù)，包括：工程名稱、標志形式、里程、轉角參數(shù)(轉角方向、角度、轉角方式、曲率半徑等)圖3-15穿越鐵路和分界樁標志圖圖3-16均壓線測試樁8、電纜敷設連接導線宜采用電纜直埋敷設，也可采用架空線方式。宜采用下列型號：電纜VV-1kV型架空線索LGJ型電纜與管道的連接，應采用鋁熱焊或錫焊。確保機械牢固可靠，導電性能良好。焊接處重新防腐絕緣。陽極電纜VV-1kV/1×25或35mm2陰極電纜VV-1kV/1×16mm2零位接陰電纜VV-1kV/1×6mm2參比電極電纜KVVP2×2.5mm2五、陰極保護的運行管理

1、陰極保護投入前的準備(1)檢查管道對地絕緣(2)檢查管道導電性(3)檢查通電點、測試樁、陽極地床、陽極引線的連接。尤其是陽極引線接正極,管道匯流點接負極，嚴防電纜接反。(4)測自然電位、土壤電阻率、各站陽極地床接地電阻。2、陰極保護投入運行開始給定電位保持在-1.20伏左右

3、雜散電流

設計的回路以外流動的電流稱雜散電流。(1)直流干擾直流電氣化鐵路、別的陽極地床、別的管道等>2.5mV/m時，防護管地電位正向變化100mV時，防護(2)交流干擾1)電容影響：施工時管道接地2)電阻影響:遠離接地極3)感應影響：遠離高壓線表3-7管道與接地極安全距離表接地形式電力等級(kV)1035110220安全距離(m)鐵塔或電桿接地13510電站變電所接地51015303)排流圖3-17犧牲陽極排流

嵌位式排流接地體平面示意圖>25000管道250025002500圖3-18極性排流圖3-19極性排流原理六、陰極保護的管理目標（主要控制指標）1、保護率等于100％；保護率：對所轄埋地鋼質管道施加陰極保護的程度。計算公式：

管道總長－未達有效陰極保護管道長保護率=─────────────────×100％

管道總長2、運行率（開機率）大于98％運行率：埋地鋼質管道年度內陰極保護有效投運時間與全年時間的比率。計算公式：全年小時數(shù)－全年停機小時數(shù)開機率=─────────────×100％

全年小時數(shù)3、保護度大于85％；保護度：衡量埋地鋼質管道陰極保護效果的指標。計算公式：G1/S1－G2/S2保護度=─────────×100％

G1/S1

式中：G1—未施加陰極保護檢查片