腐蚀与防腐论文

1、 设备腐蚀与防护 课程论文 班级： 学号： 姓名: 大多数金属元素以氧化物、碳酸盐、或硫化物等稳定的矿物形态存在于自然界中。将它们冶炼获得有用的金属形态需要能量。腐蚀是让金属从非自然过程（冶炼）返回低能状态（矿物）的一个简单的自然过程。因此在石油和天然气生产过程中防腐蚀至关重要。单美国工业每年的腐蚀代价估计就有$1700亿美元。石油工业生产过程极为复杂和苛刻，环境威胁极大，设备极易失效，腐蚀代价高于工业平均水平。 腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域。各种机器、设备、桥梁在大气中因为腐蚀而生锈；舰船、沿海的港工设施遭到海水和海洋生物的腐蚀；埋在地底下的输油、气管道和地下光缆因土壤和细菌的腐蚀而发

2、生穿孔；各种酸碱盐对设备的腐蚀。腐蚀造成的危害也十分惊人。世界每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30%，我国目前尚缺乏全国性的数字仅根据化工部门十个化工厂的调查，由于腐蚀造成的经济损失为当年生产总值的3-4%更为严重的是由于腐蚀造成的设备破坏而引起的公害甚至发生中毒、火灾或爆等恶性事故。 腐蚀金属或其性能的劣化随时侵袭着石油和天然气生产每个阶段的每个元件。从套管柱到生产平台，从钻井到离弃油井，腐蚀一直是所有高技术的敌人，是我们值得研究和攻克的堡垒。金属的腐蚀现象和机理比较复杂，但可以通过合理地选用材料、有效地采取防腐蚀措施来减缓金属材料的腐蚀速度，这对于延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率都具

3、有十分重要的意义。 氧气在腐蚀中扮演重要角色，它通常不在生产地层出现，而在钻井阶段通过被氧污染的流体首先被引入。不经处理的钻井泥浆不仅会腐蚀套筒，而且还会腐蚀钻井设备、管路和泥浆输送设备。产生的或二次开采注入的水会导致所有管柱严重腐蚀。用于降低井损坏物生成或去除结垢的酸很容易侵害金属。完井和地面管路会受到高速流动的生产介质或产生砂粒冲蚀。硫化化氢引起其他问题。处理所有这些腐蚀情形以及钻井或生产中伴随的高温、高压和应力作用的协同作用，需要腐蚀工程师的专业知识，在工业中扮演越来越关键的角色。由于腐蚀几乎是不可能防止的，控制腐蚀速度可能成为最为经济的解决方式。因此，腐蚀工程师日益纠结于估算他们防腐蚀

4、方案的费用和估算设备的有效寿命。 金属材料受周围介质的作用而损坏,称为金属腐蚀.金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态.腐蚀时,在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应,使金属转入氧化(离子)状态.这会 显 著 降 低 金属 材料 的 强度、塑 性、韧性等力学性能,破坏金属构件的几何形状,增加零 件间的磨损,恶化电学和光学等物理性能,缩短设备的使用寿命,甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故.美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元,占当年国民经济生产总值的4.2.据统计,每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的1020%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算. 1金属材料的腐蚀

5、机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是阳极。遭到的腐蚀不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程 1.2金属腐蚀的发生 自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，从热力学观点来看，金属的腐蚀是很自然的事。金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐

6、蚀。由于腐蚀导致的金属破坏都从表面开始，而破坏的程度，一般来说也是表面最大。在液态和固态电解质中腐蚀过程是电化学过程。因此，腐蚀能否进行取决于金属能否离子化，而金属离子化的趋势可以用电极电位（E）表示。 金属在电解质中的腐蚀是一种电化学变化，它的进行依照法拉第定律及欧姆定律，W=（EcEa）te/(96500AR) 式中，e为常数，如粗略地认为R不变时，则腐蚀速率（W/t）与（EcEa）成正比，而与A成反比。（EcEa）因极化关系有所变化，因此腐蚀率也会随时间变化；阳极面积（A）较小时，腐蚀率将会随着提高。金属腐蚀时，阳极释放电子的阳极过程和阴极获得电子的阴极过程是在同一金属表面进行的。2金属

7、防护的方法2.1改善金属的环境 改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等都可以减少和防止金属腐蚀。也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质(称缓蚀剂)来减少和防止金属腐蚀。 2.2在金属表面形成保护层在金属表面覆盖各种保护，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护层和金属保护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电化学方法实现的。该法就是使金属表面形成转化层和加上一层坚固的保护层，达到隔离大气保护金属的目的.如对金属表面实施电镀、化学镀以及氧化、磷化处理等，可使金属表面覆盖一层耐腐

8、蚀的保护层;也可以对金属表面氮化。渗铅、渗铬等使金属表面合金化；再有，可采用涂料保护法，即对金属涂防锈材料如油漆，防锈油脂，塑料、橡胶、搪瓷、陶瓷等.这些方法在国内外均广泛有效地被使用着。2.2.1金属的磷化处理 钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸盐溶液中浸泡，即可在金属表面形成一层不溶于水的磷酸盐薄膜，这种过程叫做磷化处理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般为520m，在大气中有较好的耐腐蚀性。膜是微孔结构，对油漆等的吸附能力强，如用作油漆底层，耐腐蚀性可进一步提高。2.2.2金属的氧化处理将钢铁制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液，加热处理，其表面即可形成一层厚度约为0.51.5 m

9、的蓝色氧化膜(主要成分为FeO)，以达到钢铁防腐蚀的目的，此过程称为发蓝处理，简称发蓝。这种氧化膜具有较大的弹性和润滑性，不影响零件的精度，故精密仪器和光学仪器的部件，弹簧钢、薄钢片、细钢丝等常用发蓝处理。2.2.3非金属涂层用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆，汽车外壳常喷漆，枪炮、机器常涂矿物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料这种覆盖层致密光洁、色泽艳丽，兼具防腐蚀与装 饰的 双 重 功 能。搪 瓷是含SiO2量较 高的 玻 璃 瓷 釉，

10、有 极 好的 耐 腐 蚀性 能，因 此作为 耐 腐蚀非金属涂层，广泛用于石油化工、医药、仪器等工业部门和日常生活用品中。2.2.4金属保护层金属保护层是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前 一 金 属 常称为 镀 层 金 属。金 属 镀 层 的形成，除 电 镀、化学 镀 外，还有 热浸 镀、热 喷 镀、渗镀、真空镀等方法。热浸镀是将金属制件浸入熔融的金属中以获得金属涂层的方法，作为浸涂层的金属是低熔点金属，如Zn、Sn、Pb和Al等。热镀锌主要用于钢管、钢板、钢带和钢丝，应用最广；热镀锡用于薄钢板和食品加工等的贮存容器；热镀铅主要用于化工防腐蚀和包覆电缆；热镀铝则主要

11、用于钢铁零件的抗高温氧化等。 金属表面保护层的要求薄薄的一层涂料不可能起到绝对的屏蔽作用。因为高聚物都具有一定的透气性，其结极气孔比水和氧分子直径大，所以涂层很薄时，它们可以自由通过。为了提高涂层的抗渗性，除了选用透气性小的成膜物质和屏蔽性小的固体膜料，同时应增加涂覆层数，以使涂层达到一定厚度且致密无孔，达到涂层硬度高，耐磨。即使组成相同，在一层之内，干燥之后往往表面与内部并不完全相同，因此每层之间必须充分附着，形成均匀密合的整体。增强涂层与基体金属的附着力，可以长时间维持金属不受腐蚀。因此金属表面保护层要求: (1)涂层(镀层)致密、完整无孔，不透介质; (2)与基体金属结合牢固，附着力强;

12、 (3)硬度高，耐磨; (4）在金属表面分布均匀。2.3电化学保护法电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。 2.3.1牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及石油管路的腐蚀。2.3.2阳极保护法所谓阳极保护法是指金属在电解质溶液中，给予一定量的阳极电流.使在金属表面形成一层耐腐蚀性能很高的钝化膜，然后再通以较少

13、量的阳极电流就能维持这层钝化膜的存在，像这种防止金属在电解质溶掖中腐蚀手段，称为阳极保护.阳极保护法是一门新型防 腐 蚀 技 术，国 外 从 60年代才 开始 应 用，目 前 也 主 要 用 于 硫 酸、 磷 酸、有 机 酸、氨 水 等 简单设备的防腐。我国从70年代开始也开展了这方面的应用并取得了一定成果，如福建某化工厂小氨分厂的碳化塔冷却水箱实施阳极保护，冷却水箱使用寿命延长3倍以上.由于阳极保护难以控制金属在介质中的电极电位，该技术的推广应用还受到一定限制. 2.3.3阴极保护法将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。金属

14、结构上，使结构上原来存在的腐蚀电池的阴极电位降至与阳极电位相等，从而使金属结构的腐蚀电池消失，达到完全保护结构物的方法.近些年来，阴极保护法及其应用发展很快，如美国自70年代起，从事阴极保护的工程公司就有100多家，其涉及的应用范围渗透到工业各个部门，其中包括石油工业部门中远距离拾送石油、天然气的海底管线和煤气管道的防护;海洋工程设施中的钢浮码头;能源工业部门中的电厂热交换器的防护;城市建筑部门中的钢制水塔，自来水管、污水排水管的防护等等。在国内阴极保护的应用虽然起步稍晚，但也得到了较快发展.此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。3.储运设备强度与防腐 近年来随着国民经济的快速发展

15、，石油及石油制品日益成为主要的能源和化工原料。石油从原油开采、运 输、贮 存、加 工 都 需 要 大 量 的 储 油 罐 ，在主要承担原油和成品油输送储存的石油石化管道运输行业分布着大量的储油设施，尤其正在建设中的国家原油战略储备油库存在各种类型的油罐。储油 罐的防腐是二项重油 的油 罐 建设和修理内容，防腐质量直接影响油 罐 的使用寿命和运营维修等费用，而目前国内的防腐涂料行业品牌众多，厂家林立，品 种 繁多，质量参差不齐。因此储油罐防腐涂料的选用和施工应严格按照有关规程要求执行，才能确保质量，延长储油罐使用年限。31、储油罐防腐的部位和内容 储油罐进行了机械和防腐修理，在储油罐防腐涂料的选

16、用及施工中严格执行有关规程要求，确保了施工质量，按时完成了生产修理工作。在储油罐建设和修理过程中将防腐涂料的选的选用及施工分为储油罐内防腐和外防腐两部分。 311储油罐内防腐 (1)储油罐罐内底板上表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。 (2)油罐罐壁内表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。 (3)浮顶油罐单盘下表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。 (4)浮顶油罐浮仓罐内部位表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。（5)油罐内中央排水管表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。 (6)油罐内中央集水坑下表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。 (7)油罐内中央排水管支架、刮蜡板护托架等附件表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。 312储油罐

17、外防腐 (1)浮顶单盘、罐体外露表面喷砂除锈防腐。 (2)浮舱内表面除锈防腐。 (3)油罐罐上平台、踏板、浮梯、盘梯、加强圈除锈防腐。（4)油罐喷淋管线、消防管线人工除锈防腐。 (5)油罐罐外所有阀门除锈防腐。 (6)油罐罐外壁喷砂除锈防腐。 (7)油罐底板下表面喷砂除锈防腐。 (8)油罐外保温托架、附件表面防腐施工，进行喷砂除锈防腐。 32、储油罐防腐涂料的选用 321内壁用导静电涂料 根据液体石油产品静电安全规程，要求原油罐内壁使用导静电涂料。目前用于贮油罐内壁涂装的导静电涂料按导电介质来分类有金属导静电涂料和非金属导静电涂料，其性能特点各不相同。金属导静电涂料采用电极电位高于钢材的金属粉

18、末作为导电介质。与钢铁基材直接接触时，形成电化学腐蚀。使钢铁作为阳极而加速腐蚀。采用电位低于钢材的金属粉末(如锌粉)作为导电介质，对钢材有阴极保护防锈作用。常用产品无机富锌底漆，环氧富锌底漆。非金属导静电涂料常用产品有环氧耐油防静电防腐涂料，环氧酚醛油罐涂料。G41导静电涂料作为储油罐常用内防腐施工涂料，南环氧树脂、活性稀释性，导电颜填料及各种助剂等组成。其施工过程中不污染环境，涂层具有优良的附着力冲击度及上佳的耐化学品腐蚀性，一次性成膜度大，涂层保护期短，节省施工周期和费用，导静电性能完全达到国家规定的导电标准。涂层表面光亮平整。储存不产生任何污染。主要用于各种原油储罐、成品油储罐、油轮储舱

19、以及气罐、气柜内壁的防腐蚀防静电。 322外壁用防腐涂料 考虑到油罐使用期长涂层应有较长的防腐年限，宜选用防锈性好的底漆，易涂刷施工和维修的面漆。油罐外壁常用涂料底漆有环氧富锌底漆或无机富锌底漆，其性能特点：漆膜中含有大量锌粉，具有优异的防锈性及阴极保护作用。具有优异的耐油性，干燥快，配套性好。面漆选用聚氨酯面漆，主要性能特点是具有优异的保光保色性能，抗粉化，不泛黄，装饰性佳，具有优异的耐油、耐溶剂性 ，同时具有良好的可覆涂性，覆涂时间不受限制。33储油罐防腐施工方法 油罐防腐修理具体内容如下：（1）、对罐底上表面及底圈壁板(1m高以下部位)、罐内附件(包括进油管线罐内段、单盘立柱等)、单盘板

20、下表面与浮舱连接处宽2m的环向表面进行喷沙除锈。要求达到Sa25级，不便喷砂处采用动力工具除锈至Sa3级，用压缩空气吹去灰尘和砂粒，用溶剂去除油污。表面不平处或其它因喷砂处理引起的表面瑕疵须设法磨平填平填补或适当处理。在表面处理后6h内涂装底漆。并对施工留下的毛刺、焊瘤等均应打磨平整，表面不允许有焊渣、药皮、电弧烟尘、边角不允许有毛刺及未除去的锈斑。钢壁表面应无油污、泥土和潮气。达到GB8923(涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级规定的要求。验收合格后进行下一道工序。防腐用G4一l防静电涂料刷3遍。干膜厚度达到2601xm，要求严格按厂家说明书施工。并经用针孔检测仪检测合格。对大角焊缝相临底罔壁

21、板、边缘板各300mm部位应做加强防腐。宜充分 利 用 好 天 气 涂 漆，潮 湿 的 表 面 不 宜涂 漆，雨 天、雾 天、下 雪 天、落 雹 天 气 均 不 宜 施 工。涂装环境温度最宜为1030。空气相对湿度不大于70。涂装场院所宜采取适当遮蔽措施，防止灰尘及雨水落在未干漆面上。按比例把涂料A组分与B组分配在一起，搅拌均匀，放置30min即可使用。使用中，原则上应隔2h加入少量溶剂稀释，并将涂料搅拌均匀，应不时搅拌涂料，随时观察涂料是否增稠太多，及时补加溶剂，避免局部反映过热造成涂料产生结块不能使用。一次所配漆料应在5h内用完。第一道漆应适当兑稀后涂刷，要求薄涂，涂抹连续，完全湿润金属表

22、面，待其干后再涂第二道漆实干。G41防静电涂料不含国家限制使用的任何 毒害 物 质。在 涂 料 作 业 场 所。不 允 许 有 明 火，必 须 保 持 良 好 通 风 ，工人 应 带 防 毒 口 罩 及 抗 溶剂手套。根据施工条件和面积、涂料的性能施-rn,寸采用刷涂法的施工方式：用油漆刷涂刷。刷 涂 时，宜 交 错 纵 涂 与 横 涂 。焊 缝、铆 钉 头 及 边 角 处，应 先作 预 涂。涂 装 时 可 随 时 检 测湿膜厚度并换算出干膜厚度。并通过调节施工手段控制干膜厚度以达到规定要求。涂装时应遵循规定的施工问隔，如超出最长覆涂间隔后涂漆，为保证层间附着力，宜将表面进行打毛处理后涂漆。涂

23、料完全同化后，才能投入使用。质量检验采用放静电涂层针孔检漏仪检查涂层连续性和针孔，发现问题立即修补。采用磁性测厚仪测量涂层厚度，采用低电阻涂层电阻率测定法测定涂层电阻率。 (2）1.6m高范围内、单盘上附件(包括浮梯、导轨、泡沫挡板、中央集水坑、立柱套管，通气阀，人孔等)、维 修 后 的 加 强 圈 等 ，喷 砂 除 锈 后 ，达Sa25级标准，刷HCPET特种防腐底漆4道漆膜厚度达135160斗m。经漆膜涂层测厚仪检测合格。涂漆操作要求双组份涂料配制必须按照规定比例。并充分搅拌均匀，根据不同的施工方法用专用的配套稀释剂调整施工粘度。根据需用量和在使用期内的施工能力来确定双组份涂料的配料量，在

24、使用期内用完，超 出 使 用 期 则 不 能 再 使 用。如用不完一组料，需将 甲 组 份 充 分 搅 拌 均 匀后。分 别 按 比 例称取甲乙组份并混合搅拌均匀。 (3)浮舱内表面进行人工除锈达到Sa20标准后，刷红丹防腐漆2道。浮舱内表面施工要注意安全，施工作业场地严禁存放易燃品(油漆材料除外)，现场严禁吸烟。场地周围距离10m内不准进行焊接或明火作业。存放涂料及施工现场应有必要的消防设旋。在施工中应采用防爆照明设备。施工现场应设置通风设施有害气体含量不得超过有关规定。从事作业人员应 配 带 必 要 的 防 护 用 品，在 容 器 内 施工，应 轮 流 作 业，并 采 取 良 好的 通 风

25、 设 施 。高 空 作 业，要 有 防 滑 措 施 。作 业 人 员 应 系 好 安 全 带。使 用 高 压 无 空 气 喷 枪 时。应 将 喷 枪接 地。以 避 免 静 电火花酿成火灾、爆炸事故。使用无空气喷涂设备在极高压力下作业，切勿将喷枪喷孔对着人体与手掌，以免酿成人身伤害。清洗工具及容器内的废溶剂需妥善处理。 (4)罐 外 壁 喷 砂 除 锈 防 腐。刷HCPET特种防腐底漆4道漆 膜 厚 度 达 1 10130斗m。底板下表面喷砂除锈防腐。刷富锌底漆3道，漆膜厚度达1lO一130斗mo经漆膜涂层测厚仪检测合格。经漆膜涂层测厚仪检测合格。施工过程中应自测湿膜厚度，以有效控制干膜厚度。每

26、道漆膜实干后，用 测 厚 仪 测 量 干 膜 厚 度，涂装 完 毕 后 ，测 试 漆 膜 总 厚 度。检 测 时，测 点 的 选 择 要 注意分 布 的 均 匀 性，对 于 大 面 积 平 整 表 面。每 10m2测 一 个 点 ； 对 于 结 构 复 杂 的 表 面，每 5m测一个点；对于狭小面积区域或部位，需保证每一自由面应有三个以上检测点；对于细长部件，每米测一个点。对于于膜厚度达不到规定要求的部位，应及时进行补涂。漆膜外观检验采用目测检验涂膜外观。要求表面光滑、平整、颜色均匀一致，不得有 流 挂、汽 泡、针 孔、桔 皮、起皱、刷 痕、边 界 不 清 等 现 象 在 防 护保 证 期 内

27、 元 严 重 鼓 泡、开 裂、脱 落、锈 蚀 等 现 象。检 验 过 程 中，发 现有 不 符 合 要 求 的 项 目，立 即 进 行 整 改 以 达 到 技 术 要求。(5)罐 上 抗 风 圈 平 台 、梯 子 踏 板 、 栏 杆， 浮 梯 、 盘 梯 扶 手、 盘 梯 支 撑、加 强 罔 等，人 工 除 锈达Sa20标准后.刷红丹防锈底漆一遍，灰色调和漆2道。栏杆、盘梯扶手及首尾踏步刷色与l、3 # 罐 相 同。喷 淋 管 线、消 防 管 线 人 工 除 锈 达Sa20标准后，刷 绿色 或 红色 调 和 漆 2道。罐外所有阀门，人工除锈，达Sa20标准后，阀体刷黑色手轮刷红色调和漆1道，阀杆涂黄油防腐。 34、对设备强度与防腐的学后感想 通过对本课程的学习，了解到 341、腐蚀的危害：防腐造成重大的经济损失；防腐造成安全事故，破坏环境；引起自然资源的严重消耗；阻碍了科学技术的发展等。 342、防腐涂层的作用和要求 金属外部覆盖层：防腐绝缘层；将防腐层材料均匀致密涂敷在除锈的管道外表面上。防腐材料要与金属材料有良好的粘结性；电绝缘性能要好；防水及化学性能好；耐热抗低温，有足够的机械强度；耐阳极剥离