壓力管道的腐蝕與防腐蝕

壓力管道的腐蝕與防腐蝕

江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院繆春生目錄一、金屬腐蝕的概述二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理

三、土壤腐蝕一、金屬腐蝕的概述

（一）金屬腐蝕的定義與分類(lèi)

1、金屬腐蝕的定義金屬材料受到周?chē)橘|(zhì)相接觸（最常見(jiàn)的是液體和氣體），產(chǎn)生的化學(xué)或電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞過(guò)程，稱(chēng)為金屬腐蝕。2．金屬腐蝕的分類(lèi)——按的環(huán)境（腐蝕介質(zhì)）分類(lèi)，——按被腐蝕的材料分類(lèi)。——按腐蝕的形式分類(lèi)：有均勻腐蝕和局部腐蝕，常見(jiàn)的局部腐蝕形態(tài)有：點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶界腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、氫腐蝕等?！凑崭g反應(yīng)的機(jī)理分類(lèi)，可以分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕。一、金屬腐蝕的概述

（二）金屬腐蝕的原電池過(guò)程

一般來(lái)說(shuō)，金屬的電化學(xué)腐蝕要比金屬的化學(xué)腐蝕強(qiáng)烈得多。金屬的破壞大多數(shù)是電化學(xué)腐蝕所致。電化學(xué)腐蝕主要是由下列三個(gè)基本過(guò)程組成：陽(yáng)極過(guò)程陰極過(guò)程電流的流動(dòng)。這是分析腐蝕過(guò)程的基本原理。一、金屬腐蝕的概述

（二）金屬腐蝕的原電池過(guò)程

陽(yáng)極過(guò)程——金屬溶解成為金屬離子并失去電子的過(guò)程陰極過(guò)程——從陽(yáng)極流來(lái)的電子被吸收電子的過(guò)程電流流動(dòng)——使整個(gè)系統(tǒng)中的電路構(gòu)成通路。

一、金屬腐蝕的概述

（二）金屬腐蝕的原電池過(guò)程

金屬腐蝕的原電池有宏電池和微電池兩大類(lèi)。1、宏電池——電偶腐蝕電池——濃差電池。（1）電偶腐蝕電池：當(dāng)兩種具有不同電極電位的金屬或合金相互接觸

一、金屬腐蝕的概述

（二）金屬腐蝕的原電池過(guò)程

（2）濃差電池：濃差電池的形成是由于同一種金屬的不同部位所接觸的溶液具有不同的濃度。如氧濃差電池：由于介質(zhì)中氧的含量不同，就會(huì)因氧濃度的差別產(chǎn)生電位差。貧氧區(qū)的金屬電極電位較低，則構(gòu)成電池的陽(yáng)極，富氧區(qū)的金屬電極電位較正，則構(gòu)成電池的陰極。

一、金屬腐蝕的概述

（二）金屬腐蝕的原電池過(guò)程2、微電池（1）金屬化學(xué)成分的不均勻性。（2）金屬組織上的不均勻性。晶粒的電極電位一般要比晶界高，所以電極電位較低的晶界遭受腐蝕。（3）金屬物理狀態(tài)的不均勻性。因金屬加工過(guò)程的形變不均勻及內(nèi)應(yīng)力不均勻所致。一般形變較大或受應(yīng)力的部分為陽(yáng)極，易受腐蝕。（4）金屬表面膜的不完整性。如果金屬表面生成膜有孔隙或破損處，當(dāng)金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，孔隙下和破損處的金屬相對(duì)于表面膜有較負(fù)的電極電位，成為微電池的陽(yáng)極。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理1、全面腐蝕也稱(chēng)均勻腐蝕，這是在管道較大面積上產(chǎn)生的程度基本相同的腐蝕。遭受全面腐蝕的管道，壁厚逐漸減薄，最后破壞。從工程的角度看，全面腐蝕并不是威脅很大的腐蝕形態(tài)，因?yàn)楣艿涝O(shè)計(jì)時(shí)可考慮足夠的腐蝕裕度。但應(yīng)注意的是，在管道使用過(guò)程中，腐蝕速度往往因環(huán)境惡化（如超溫、加進(jìn)腐蝕性成分等）而加劇，因此定期檢驗(yàn)是十分必要的，通過(guò)定點(diǎn)測(cè)厚，掌握壁厚減薄的情況。可是在實(shí)際工程中不進(jìn)行定期檢驗(yàn)的情況頗多，管道因壁厚腐蝕減薄而發(fā)生事故的事例屢見(jiàn)不鮮。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理2、點(diǎn)蝕（1）定義：集中在金屬表面?zhèn)€別小點(diǎn)上的深度較大的腐蝕稱(chēng)為點(diǎn)蝕，也叫孔蝕。（2）點(diǎn)蝕的形態(tài)特征：大多數(shù)情況下，蝕孔是比較小的。蝕孔之間有時(shí)互相孤立，有時(shí)十分靠近，密集在一起。蝕孔直徑等于或小于深度，

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理（3）點(diǎn)蝕的機(jī)理：蝕孔的形成——鈍化膜的不完整部位（露頭位錯(cuò)、表面缺陷等）作為點(diǎn)蝕源，在某一段時(shí)間內(nèi)呈活性狀態(tài)，電位變負(fù)，與其鄰近表面之間形成微電池，并且具有大陰極小陽(yáng)極面積比，使點(diǎn)蝕源部位金屬迅速溶解，蝕孔開(kāi)始形成。蝕孔的發(fā)展——已形成的蝕孔隨著腐蝕的繼續(xù)進(jìn)行，小孔內(nèi)積累了過(guò)量的正電荷，引起外部負(fù)電子的遷入以保持電中性，又進(jìn)一步加速孔內(nèi)陽(yáng)極的溶解。這種自催化作用的結(jié)果，使蝕孔不斷地向深入發(fā)展。

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理（4）點(diǎn)蝕發(fā)生的場(chǎng)合及防止措施：——奧氏體不銹鋼管道在輸送含氯離子或溴離子的介質(zhì)時(shí)最容易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。不銹鋼管道外壁如果常被海水或天然水潤(rùn)濕，也會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕，這是因?yàn)楹Ｋ蛱烊凰泻幸欢ǖ穆入x子?！艋幚砑袄浼庸?huì)增加不銹鋼點(diǎn)蝕的傾向；固溶處理能提高不銹鋼耐點(diǎn)蝕的能力——碳鋼管道也發(fā)生孔蝕，通常是在蒸汽系統(tǒng)（特點(diǎn)是低壓蒸汽）和熱水系統(tǒng)，遭受溶解氧的腐蝕

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理3、縫隙腐蝕（1）縫隙腐蝕的機(jī)理：縫隙腐蝕的機(jī)理一般認(rèn)為是濃差腐蝕電池的原理即縫隙內(nèi)和周?chē)芤褐g氧濃度或金屬離子濃度存在差異造成的。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理（2）縫隙腐蝕的場(chǎng)合：產(chǎn)生縫隙腐蝕的縫隙寬度，必須能使介質(zhì)進(jìn)入縫隙而又使這些介質(zhì)處于滯留狀態(tài)，因此腐蝕常常發(fā)生在縫隙口寬度在0.2mm或更小的場(chǎng)合。纖維類(lèi)的墊片、盤(pán)根等，能使電解質(zhì)溶液在靠近金屬表面處完全滯留，因此容易產(chǎn)生嚴(yán)重縫隙腐蝕。如法蘭墊片處、單面焊未焊透處等，

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理4、晶間腐蝕（1）晶間的腐蝕機(jī)理——“貧鉻理論”不銹鋼因含鉻而有很高的耐蝕性，其鉻含量必須要超過(guò)12%，否則其耐蝕性能和普通碳鋼差不多。不銹鋼在敏化溫度范圍內(nèi)（450～850℃），奧氏體中過(guò)飽和固溶的碳將和鉻化合成，沿晶界沉淀析出。由于奧氏體中鉻的擴(kuò)散速度比碳慢，這樣，生成鉻化物所需的鉻必然從晶界附近獲取，從而造成晶界附近區(qū)域貧鉻。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理(2)晶間腐蝕的形態(tài)——晶間腐蝕是腐蝕局限在晶界和晶界附近而晶粒本身腐蝕比較小的一種腐蝕形態(tài)，其結(jié)果將造成晶粒脫落或使材料機(jī)械強(qiáng)度降低?！⒉皇窃谒械墓ぷ鹘橘|(zhì)中都會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。晶間腐蝕只產(chǎn)生于一部分工作介質(zhì)中。對(duì)于不銹鋼材料，晶間腐蝕通常產(chǎn)生于高溫有機(jī)酸介質(zhì)中。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理(3)晶間腐蝕的防止措施：——盡量避免在敏化溫度內(nèi)工作，即450℃—850℃——減少碳的含量，采用低碳或超低碳不銹鋼——加入容易與碳反應(yīng)的金屬元素，如用Nb及Ti穩(wěn)定的不銹鋼（347及321）

注意：刀口腐蝕的問(wèn)題。是在焊接接頭的熔合線處。的刀口腐蝕一般發(fā)生在用Nb及Ti穩(wěn)定的不銹鋼（347及321）。刀口腐蝕大多發(fā)生在氧化性介質(zhì)中。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理5、磨損腐蝕——磨損腐蝕亦稱(chēng)沖刷腐蝕。對(duì)金屬及金屬表面的鈍化膜或腐蝕產(chǎn)物層產(chǎn)生機(jī)械沖刷破壞作用，同時(shí)又對(duì)不斷露出的金屬新鮮表面發(fā)生激烈的電化學(xué)腐蝕，從而造成比其他部位更為嚴(yán)重的腐蝕損傷?！绻黧w中夾有汽泡或固體懸浮物時(shí)，則最易發(fā)生磨損腐蝕?！讳P鋼的鈍化膜耐磨損腐蝕性能較差，鈦則較好?！羝到y(tǒng)，H2S-H2O系統(tǒng)對(duì)碳鋼管道彎頭、三通的磨損腐蝕均較嚴(yán)重。

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理6、冷凝液腐蝕對(duì)于含水蒸汽的熱腐蝕性氣體管道，在保溫層中止處或破損處之內(nèi)壁，由于局部溫度降至露點(diǎn)以下，將發(fā)生冷凝現(xiàn)象，從而造成冷凝液腐蝕，即露點(diǎn)腐蝕。7、涂層破損處的局部大氣銹蝕對(duì)于化工廠的碳鋼管線，這種腐蝕有時(shí)會(huì)很?chē)?yán)重，因?yàn)榛S區(qū)的大氣中常常含有酸性氣體，比自然大氣的腐蝕性強(qiáng)得多。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理8、應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）金屬材料在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的斷裂破壞，稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕破裂。（1）應(yīng)力腐蝕的機(jī)理：有多種機(jī)理解釋?xiě)?yīng)力腐蝕，但大都難以與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況完全相符。機(jī)械—電化學(xué)模型

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理——發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的時(shí)間有長(zhǎng)有短，有經(jīng)過(guò)幾天就裂的，也有經(jīng)過(guò)數(shù)年才開(kāi)裂，這說(shuō)明應(yīng)力腐蝕破裂通常有一個(gè)或長(zhǎng)或短的孕育期。——應(yīng)力腐蝕裂紋呈枯樹(shù)枝狀，大體上沿著垂直于拉應(yīng)力的方向發(fā)展。裂紋的微觀形態(tài)有穿晶型、晶間型（沿晶型）和二者兼有的混合型?！獞?yīng)力的來(lái)源，對(duì)于管道來(lái)說(shuō)，焊接、冷加工及安裝時(shí)殘余應(yīng)力是主要的?！⒉皇侨魏蔚慕饘倥c介質(zhì)的共同作用都引起應(yīng)力腐蝕破裂。某種金屬材料只有在某些特定的腐蝕環(huán)境中，才發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理（2）堿脆

金屬在堿液中的應(yīng)力腐蝕破裂稱(chēng)堿脆。碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等多種金屬材料皆可發(fā)生堿脆?！间摚禾间撛跉溲趸c濃度在5%以上的溶液中都可能產(chǎn)生堿脆；堿脆的最低溫度為50℃。最敏感的是：堿液的濃度為40%～50%；溫度在沸點(diǎn)附近的高溫區(qū)。裂紋呈晶間型。

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理——奧氏體不銹鋼：氫氧化鈉濃度在0.1%以上的濃度時(shí)18-8型奧氏體不銹鋼即可發(fā)生堿脆，以氫氧化鈉濃度40%最危險(xiǎn)，這時(shí)發(fā)生堿脆的溫度為115℃左右。

超低碳不銹鋼的堿脆裂紋為穿晶型，含碳量高時(shí)，堿脆裂紋則為晶間型或混合型。當(dāng)奧氏體不銹鋼中加入2%鉬時(shí)，則可使其堿脆界限縮小，并向堿的高濃度區(qū)域移動(dòng)。

鎳和鎳基合金具有較高的耐應(yīng)力腐蝕的性能，它的堿脆范圍變得狹窄，而且位于高溫濃堿區(qū)。

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理（3）不銹鋼的氯離子應(yīng)力腐蝕破裂

氯離子不但能引起不銹鋼孔蝕，更能引起不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破裂。不銹鋼氯離子應(yīng)力腐蝕裂紋是典型的枯樹(shù)枝狀穿晶型裂紋，并常常以孔蝕為起源。

發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的臨界氯離子濃度隨溫度的上升而減小，高溫下，氯離子濃度只要達(dá)到10ppm，即能引起破裂。發(fā)生氯離子應(yīng)力腐蝕破裂的臨界溫度為70℃。具有氯離子濃縮的條件（反復(fù)蒸干、潤(rùn)濕）是最易發(fā)生破裂的。二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理——不銹鋼氯離子應(yīng)力腐蝕破裂不僅發(fā)生在管道的內(nèi)壁，發(fā)生在管道外壁的事例也屢見(jiàn)不鮮，被認(rèn)為是保溫材料的問(wèn)題，對(duì)保溫材料進(jìn)行分析的結(jié)果，被檢驗(yàn)出含有約0.5%的氯離子。這個(gè)數(shù)值可認(rèn)為是保溫材料中含有的雜質(zhì)，或由于保溫層破損、浸入的雨水中帶入并經(jīng)過(guò)濃縮的結(jié)果。

二、壓力管道腐蝕的主要形式及機(jī)理（4）硫化物腐蝕破裂（SSCC）

金屬在同時(shí)含硫化氫及水的介質(zhì)中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕破裂即為硫化物腐蝕破裂，簡(jiǎn)稱(chēng)硫裂。在天然氣、石油采集，加工煉制，石油化學(xué)