地下金属管道防腐技术ch2s_1009

1、地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 1 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 2 本节主要内容 l概述（局部腐蚀与全面腐蚀的比较）概述（局部腐蚀与全面腐蚀的比较） l油气储运系统常见局部腐蚀类型油气储运系统常见局部腐蚀类型 1.1.缝隙腐蚀缝隙腐蚀 2.2.点腐蚀（孔蚀）点腐蚀（孔蚀） 3.3.晶间腐蚀晶间腐蚀 4.4.应力腐蚀应力腐蚀 5.5.腐蚀疲劳腐蚀疲劳 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 3 局部腐蚀与全面腐蚀的比较： 金属腐蚀按腐蚀形态分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类 l腐蚀分布于金属整个表面，使金属变薄。腐蚀分布于金属整个表面，使金属变薄。 l腐蚀电池的阴

2、、阳极面积小，难于区分，且位置变换不定。腐蚀电池的阴、阳极面积小，难于区分，且位置变换不定。 l电极面积：阳极面积阴极面积。电极面积：阳极面积阴极面积。 l电位：阳极电位阴极电位腐蚀电位电位：阳极电位阴极电位腐蚀电位 。 l腐蚀产物可能对金属有保护作用。腐蚀产物可能对金属有保护作用。 l腐蚀速度易测，工程上可预测和预防。腐蚀速度易测，工程上可预测和预防。 全面腐蚀（均匀腐蚀）特点：全面腐蚀（均匀腐蚀）特点： 一、概述 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 4 u腐蚀仅局限或集中在金属的某一特定部位，常以点状、坑、裂纹、沟槽 等形式出现。 局部腐蚀特点： u阳极和阴极区是截然分开的，可加

3、以区分和辨别 u电极面积：阳极面积阴极面积 u电位：阳极电位阴极电位 u腐蚀产物：无保护作用 u局部腐蚀难于预测和预防，常突然发生破坏，造成事故和人身伤亡 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 5 管道局部腐蚀图片 （1 1）（2 2） （3 3）（4 4） 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 6 项目全面腐蚀局部腐蚀 1.腐蚀形貌腐蚀分布在整个金属表面上腐蚀集中在一定区域 2.腐蚀电池阴、阳极不可辨别阴、阳极可以分辨 3.电极面积阳极面积阴极面积阳极面积阴极面积 4.电位阳极电位阴极电位腐蚀电位阳极电位阴极电位 5.腐蚀产物可能对金属有保护作用无保护作用 6.危害性可预测和

4、预防难于预测和预防 全面腐蚀与局部腐蚀对比表 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 7 局部腐蚀的分类 按照金属发生局部腐蚀时的条件、机理按照金属发生局部腐蚀时的条件、机理 或外露特征，可分为：或外露特征，可分为： 电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、晶间腐电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点腐蚀、晶间腐 蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等 学习思路：机理学习思路：机理特征（影响因素）特征（影响因素）控制措施控制措施 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 8 u概念：通俗的讲，就是金属与金属或金属与非金属之间形成的缝隙中存在电 解质溶液，使得缝内金属与缝外金属构成短

5、路原电池，而产生的一种腐蚀类 型。 u常发生于法兰连接面、螺母压紧面、管道锈层下金属表面，是一种普通常见 的局部腐蚀。 缝隙腐蚀示意图缝隙腐蚀示意图 油气储运系统常见局部腐蚀类型 1.缝隙腐蚀 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 9 缝隙腐蚀机理 缝内和缝外形成氧浓差 电池 缝内金属溶解，金属阳缝内金属溶解，金属阳 离子增多，吸引缝外负离子增多，吸引缝外负 离子移向缝内。离子移向缝内。 生成的金属盐类水解，生成的金属盐类水解， 降低缝内降低缝内PH值，加速腐值，加速腐 蚀蚀 缝内金属离子进一步过缝内金属离子进一步过 剩促使缝外负离子迁移剩促使缝外负离子迁移 ，再次重复上述过程，再次重

6、复上述过程 缝内金属始终处于活化缝内金属始终处于活化 状态，更加速腐蚀状态，更加速腐蚀 初期：阳极和阴极反应在金初期：阳极和阴极反应在金 属表面上均匀出现，缝内氧属表面上均匀出现，缝内氧 耗尽耗尽 u机理：氧浓差电池与闭塞电池自催 化效应共同作用的结果。 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 10 u通过上述过程总结得到： 闭塞电池是指由于闭塞的几何条件（缝隙、 孔蚀、裂纹）造成溶液的停滞状态，使物质的迁 移困难，结果使闭塞区内腐蚀条件强化，闭塞区 内外电化学条件形成很大的差异，闭塞区内金属 表面发生活性溶解腐蚀，使孔蚀和缝隙腐蚀以很 大的速度扩展。 闭塞电池的概念 地下金属管道腐蚀与

7、防护地下金属管道腐蚀与防护 11 缝隙腐蚀影响因素 l不同金属材料耐缝隙腐蚀的性能不同不同金属材料耐缝隙腐蚀的性能不同 l缝隙腐蚀的速率和深度与缝隙大小关系密切，一般在一缝隙腐蚀的速率和深度与缝隙大小关系密切，一般在一 定限度内缝隙愈窄，腐蚀愈大。定限度内缝隙愈窄，腐蚀愈大。 l缝隙外部面积大小也会影响其速率，外部面积愈大，缝缝隙外部面积大小也会影响其速率，外部面积愈大，缝 内腐蚀愈严重。内腐蚀愈严重。 l溶液中氧气的含量、溶液中氧气的含量、 的多少、溶液的多少、溶液pH值和温度等对缝值和温度等对缝 隙腐蚀速率都有影响隙腐蚀速率都有影响 Cl l溶液的流速对缝隙腐蚀大小也有影响，但要具体分析溶

8、液的流速对缝隙腐蚀大小也有影响，但要具体分析 讨论：什么情况下腐蚀速度增加，什么情况腐蚀速度减小？讨论：什么情况下腐蚀速度增加，什么情况腐蚀速度减小？ 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 12 u在设备、部件的选材上，采用耐缝隙腐蚀的材料，如高钼铬镍不锈钢等。 u在设备、部件的结构设计上，应尽量避免形成缝隙和积液的死角区。 u若在结构设计上不可能采用无缝隙方案，亦也要使结构能够妥善排流，以 便在出现沉积物能及时清除。 u螺钉接合结构中可采用低硫橡胶垫片，不吸水的垫片。 u如果缝隙难于避免，则采用阴极保护。 缝隙腐蚀的控制 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 13 用焊接代替

9、铆接和螺纹联接用焊接代替铆接和螺纹联接 不良不良较好 较好 不良（螺纹联接）良（钎焊） 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 14 不良较好(角焊) 最好 (对接焊) 不良(间断焊) 良(连续焊) 选择焊接工艺，避免缝隙选择焊接工艺，避免缝隙 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 15 不良（垫片空缺）良（垫片平齐） 不良（垫片突出）良（垫片平齐）最好（“O”型密封圈） 垫片的尺寸要适宜垫片的尺寸要适宜 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 16 环状肋 条防止 冷凝液 流入法 兰连接 缝隙区 可更换的分支管 垫片 套筒 分支管设计使电解液不能 浸透垫片，分支易于更换

10、保持法兰连接区干燥保持法兰连接区干燥 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 17 管板 2.8mm 25.4 3.2mm 容器壁 支管 热电 偶套管 焊接 部位 适当加大热电偶套管和支管 管壁的间隙，避免液体停滞 加大管子和管板的间隙 增大间隙尺寸，消除闭塞自催化条件增大间隙尺寸，消除闭塞自催化条件 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 18 贮罐 贮罐 裙 边 工字 钢梁 混凝土底座 良 混凝土底座 贮罐的支承贮罐的支承 不良 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 19 混凝 土底座 垫板， 连续密封焊 鞍形 支座 良 最好 混凝土底座 水平容器的支承水平容器的支承

11、地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 20 油气储运系统常见局部腐蚀类型 2.点腐蚀 l概念：概念：点腐蚀（孔蚀）是指腐蚀集中于金属表面的很点腐蚀（孔蚀）是指腐蚀集中于金属表面的很 小范围内，并深入到金属内部的孔状腐蚀形态。蚀孔的小范围内，并深入到金属内部的孔状腐蚀形态。蚀孔的 最大深度与按失重计算的金属平均腐蚀深度之比值称为最大深度与按失重计算的金属平均腐蚀深度之比值称为 点蚀系数点蚀系数，点蚀系数愈大表示点蚀愈严重。，点蚀系数愈大表示点蚀愈严重。 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 21 点腐蚀机理 初期：介质中的活性阴离子初期：介质中的活性阴离子 吸附在金属表面，破坏氧

12、化吸附在金属表面，破坏氧化 膜膜 形成钝化/活化电池 由于腐蚀电流很大，金由于腐蚀电流很大，金 属表面腐蚀出现小孔属表面腐蚀出现小孔 孔内金属溶解，金属阳孔内金属溶解，金属阳 离子增多，吸引孔外负离子增多，吸引孔外负 离子移向缝内。离子移向缝内。 生成的金属盐类水解，生成的金属盐类水解， 降低孔内降低孔内PH值，加速腐值，加速腐 蚀蚀 孔内金属离子进一步过孔内金属离子进一步过 剩促使孔外负离子迁移剩促使孔外负离子迁移 ，再次重复上述过程，再次重复上述过程 孔内金属始终处于孔内金属始终处于 活化状态，更加速活化状态，更加速 腐蚀腐蚀 氧化膜的缺陷及活性离子的存在是引起点蚀的主要原因氧化膜的缺陷及

13、活性离子的存在是引起点蚀的主要原因 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 22 点腐蚀特点 l易于生成氧化膜的金属材料表面容易发生深的点蚀，点易于生成氧化膜的金属材料表面容易发生深的点蚀，点 蚀随着活性阴离子浓度加大而加速。蚀随着活性阴离子浓度加大而加速。 l点腐蚀发生于有特殊离子的介质中点腐蚀发生于有特殊离子的介质中 ，如不锈钢对含有卤，如不锈钢对含有卤 素离子特别敏感。素离子特别敏感。 l腐蚀发生在某一临界电位以上，该电位称为点蚀电位（腐蚀发生在某一临界电位以上，该电位称为点蚀电位（ 或击穿电位）。或击穿电位）。 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 23 缝隙腐蚀和点腐蚀

14、的比较 思考：缝隙腐蚀和点腐蚀有哪些异同点？思考：缝隙腐蚀和点腐蚀有哪些异同点？ l相同点：两者在成长阶段的机理是很一致的都是以形成闭塞电相同点：两者在成长阶段的机理是很一致的都是以形成闭塞电 池为前提池为前提 l不同点：不同点： 1.形成过程上有所不同：形成过程上有所不同： 缝隙腐蚀：腐蚀前就存在缝隙，腐蚀一开始就是闭塞电池作用。缝隙腐蚀：腐蚀前就存在缝隙，腐蚀一开始就是闭塞电池作用。 点腐蚀：通过腐蚀过程形成蚀坑，而后开始闭塞电池作用，加速腐蚀点腐蚀：通过腐蚀过程形成蚀坑，而后开始闭塞电池作用，加速腐蚀 3.与点蚀相比较，对同一种金属而言，缝隙腐蚀更易发生与点蚀相比较，对同一种金属而言，缝

15、隙腐蚀更易发生 4.腐蚀形态上有所不同：腐蚀形态上有所不同： 缝隙腐蚀较广而浅，点腐蚀较窄而深。缝隙腐蚀较广而浅，点腐蚀较窄而深。 2.点腐蚀发生需要活性离子点腐蚀发生需要活性离子(如如Cl- 离子离子)，缝隙腐蚀则不需要，缝隙腐蚀则不需要， 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 24 u研制和选择耐点蚀的合金，如在奥氏体不锈钢中添加 一定的氮或提高钼的含量即可改善耐点蚀的性能。 u降低介质中氯离子及氧化剂的含量，并使其浓度均匀。 u加入缓蚀剂。 u降低介质温度。 u用阴极保护方法使金属的电极电位低于临界点蚀电位。 点腐蚀的防止措施 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 25

16、油气储运系统常见局部腐蚀类型 3.晶间腐蚀 l概念：是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象，是金属材料概念：是一种由微电池作用而引起的局部破坏现象，是金属材料 在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀。在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界产生的腐蚀。 l腐蚀特征：在表面还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力，腐蚀特征：在表面还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力， 失去金属声音，严重时只要轻轻敲打就可破碎，甚至形成粉状。失去金属声音，严重时只要轻轻敲打就可破碎，甚至形成粉状。 l实例：不锈钢焊件在其热影响区容易引起对晶间腐蚀的敏化。例实例：不锈钢焊件在其热影响区容易引起对晶间腐蚀的敏化。例 如炼

17、油厂储罐内安装的不锈钢浮球（计量装置部件，材质为如炼油厂储罐内安装的不锈钢浮球（计量装置部件，材质为1Cr13 ），在腐蚀介质的作用下，该球焊缝附近处发生晶间腐蚀），在腐蚀介质的作用下，该球焊缝附近处发生晶间腐蚀 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 26 1Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀金相图像 1Cr18Ni9不锈钢晶间腐蚀扫描电镜图像不锈钢晶间腐蚀扫描电镜图像 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 27 u晶间腐蚀产生条件： （1）晶粒和晶界区的组织不同，因而电化学性 质存在显著差 异。内因 （2）晶粒和晶界的差异要在特定的环境下才能显露出来。（如受热 （如敏化处理）、受力

18、（冷加工形变）等） 。 外 因 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 28 u概念： 1.应力腐蚀：由残余或外加应力导致的应变和腐蚀联合作用所产生 的材料破坏过程 。 2.应力腐蚀开裂：金属在应力与化学介质协同作用下引起的开裂 （或断裂）现象 ，简称SCC，是埋地管道腐蚀事故的主要破坏形式 之一 油气储运系统常见局部腐蚀类型 4.应力腐蚀 l 分类：分类：随应力状态不同呈不同的腐蚀破坏形态随应力状态不同呈不同的腐蚀破坏形态 ， 可分为：腐蚀疲劳可分为：腐蚀疲劳 、冲蚀或空泡腐蚀、冲蚀或空泡腐蚀 、磨蚀或摩耗、磨蚀或摩耗 腐蚀腐蚀 、氢致开裂、氢致开裂 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道

19、腐蚀与防护 29 u应力腐蚀特点： （1）应力腐蚀是与环境因素、力学因素和冶金因素密 切相关的。发生条件：足够大的静应力；特定腐蚀 介质，应力腐蚀断裂具有高度的选择性，只有某些金属 一介质组合，才会发生应力腐蚀断裂 （2）金属在无裂纹，无蚀坑或缺陷的情况下，应力）金属在无裂纹，无蚀坑或缺陷的情况下，应力 腐蚀断裂过程可分萌生、裂纹扩展、失稳断裂三个阶段腐蚀断裂过程可分萌生、裂纹扩展、失稳断裂三个阶段 （3）宏观上属于脆性断裂，即使塑性很高的材料也）宏观上属于脆性断裂，即使塑性很高的材料也 是如此是如此 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 30 发生发生SCC的材料介质系统的材料介质系

20、统 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 31 （4）有裂纹分叉现象 （5）应力腐蚀裂纹形态有沿晶型、穿晶型和混合型， 视具体合金一环境体系而定。 （6）裂纹方向宏观上和主拉伸应力的方向垂直，微观 上略有偏移。 （7）腐蚀体系电位的影响是应力腐蚀所特有的现象 。 应力腐蚀断裂在三个敏感电位区最易发生 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 32 应力腐蚀敏感电位区示意图应力腐蚀敏感电位区示意图 应力腐蚀在如图所示的阴极保护电位一活化过渡应力腐蚀在如图所示的阴极保护电位一活化过渡 区、活化一钝化电位过渡区，以及钝化一过钝化（再区、活化一钝化电位过渡区，以及钝化一过钝化（再 活化）电

21、位过渡区容易发生活化）电位过渡区容易发生 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 33 u应力腐蚀机理: 应力腐蚀常见的机理有两种： （1）阳极溶解 ：金属表面的保护膜在应力或活性离 子的作用下易引起破坏，裸露出的基体金属与其余表面 膜构成腐蚀电池，新鲜表面就产生了阳极溶解。 （2）氢致开裂 ：若阴极反应析氢进入金属后，对SCC 起了决定性或主要作用，叫做氢致开裂机理。 工程上发生的应力腐蚀现象以上两种机理都存在 。 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 34 氢致台阶式开裂 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 35 飞机不锈钢液压管中分叉的SCC裂纹 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 36 uT10钢的沿晶钢的沿晶SCC断口断口 铝合金、低碳钢、高强度钢 等材料的SCC断口为沿晶的。 沿晶断口常被轻微腐蚀或被 少量腐蚀产物覆盖，以致电 镜下沿晶小刻面的平面不光 滑、棱角不锐利。 地下金属管道腐蚀与防护地下金属管道腐蚀与防护 37 u概念：金属在腐蚀的环境中与交变应力的协同作用下引起材料的破坏， 称为腐蚀疲劳。 u 在腐蚀环境中