腐蚀与防护2013金属腐蚀控制

1、金属腐蚀与控制大庆油田公司油田建设2012年12月目录第二章：阴极保护技术第三章：阳极保护技术第四章：埋地管道杂散电流腐蚀第五章：埋地管道的涂层保护第一节：腐蚀的基本概念第二节：腐蚀的八种形态腐蚀无处不在。而且没有任何地方开始有腐蚀，后来自己停止。腐蚀带来的是什么？是环境，是经济损失，理论上腐蚀可避免，实际做不到；理论上腐蚀可控，但往往控制不好，原因：有技术因素，有人的因素。腐蚀学科包括两大内容：腐蚀和防腐蚀。腐蚀研究的是腐蚀的动力哪里来？腐蚀的原因何在？即发生腐蚀的内因和外因。防腐蚀研究的是针对一个具体问题应该采取什么措施，腐蚀研究是科学，是基础，防腐蚀研究是技术，是目的，二者相互，相辅相成

2、，。研究腐蚀和研究防腐蚀同样重要，只是研究的侧重点不同。既有交叉，又有很大区别。共同的目标都是要控制腐蚀。第一节、腐蚀的基本概念1、腐蚀的定义：1） 由于材料与环境反应而引起的材料的破坏或变质。2） 除了单纯机械破坏以外材料的一切破坏。冶炼（还原过程）轧制铁矿石（氧化铁）铁介质（氧化过程）2、腐蚀的基本动力腐蚀的基本动力来自于金属本身，介质只是条件。只要外界条件（介质）合适，它就会由原子态变成化合态。所有的金属从热力学的观点来说都是不稳定的。腐蚀完全是一个3、腐蚀的基本条件内因：含杂质，热处理影响，成分不同，表面状态不同，应力不同等。外因：介质环境中含氧、二氧化硫、各种盐、不同的pH值，细菌、

3、 杂散电流、温度、流速等以4、腐蚀的本质:金属离子离开晶体进入溶液，形成水化金属正离子（腐蚀产物）； 而电子不可能被水化而留在金属上。离子与电锌在充气盐酸中的腐蚀过程5、腐蚀原电池金属的电化学腐蚀很像一个将化学能转化成电能的原腐蚀原电池三个必要条件：1） 电位差：不同金属由于电极电位不同，形成电位差。电位低的金属失电子为阳极，发生腐蚀；电位高的金属得电子为阴极，受到保护。2） 电解质：海水、土壤、酸、碱、盐等能导电的介质。3）导体：电子在金属中，ZHCInPt形成腐蚀原电池的典型情况：1）不同材质、相同环境铁铜相连接：FeCuFe - 2eFe+2：阳极腐蚀、阴极不腐蚀、受保护O +H O+2

4、e2OH-122镁铁相连接：Mg：Mg -2eMg+2阳极腐蚀、阴极不腐蚀、受保护Fe ： O +H O+2e2OH-1222）同一材质、不同环境如铁在贫氧区和富氧区：Fe贫氧 ：Fe-2eFe+2Fe富氧 ：O2+H2O+2e2OH-1阳极腐蚀、阴极不腐蚀、受保护同一材质处在不同环境中，贫氧、盐浓度高、酸性介质、3）材质不均匀、环境不均匀是由铁碳合金组成，两者存在电位差，E ( 碳) 一E ( 铁) ；阴阳埋在土壤中，由于土壤中氧浓差、盐浓差等又形成电位差E ( 富氧) 一E ( 贫氧) 。阴阳电位差金属热力学的不稳定性电极电位微观原电池均匀腐蚀腐蚀原电池局部腐蚀6、腐蚀电解池：腐蚀电解池是

5、由于外界电源漏电形成杂散电流造成的。杂散电流是指土壤中漫流的一种大小、方向都不确定的强电流，它来源于电气机车、有轨电车、电焊机、电解槽、变电站接地、埋地电缆、阴极保护等设备，对管道、设备、贮罐、电气化铁路的直流电从铁轨漏到，进入管道的涂层破损处，再由管道另一涂层破损处，回到铁轨( 变电站负端) ，杂散电流从管道的地方成为电解电池的管道不同部位电位不解池腐蚀外部电流流入阴极区（不腐蚀）外部电流阳极区（腐蚀）7、腐蚀的基本分类腐蚀有很多种分类方型的分法：1）分为低温腐蚀和高温腐蚀；（温度）2）分为电化学腐蚀和化学腐蚀；（行为）（介质）第二节 腐蚀的八种形态按照腐蚀本身所显示的形态一般分为八种，有些

6、是独特的，有些是多少有些的。（1）均匀腐蚀或全面腐蚀（2）电偶腐蚀（3）缝隙腐蚀（5）晶间腐蚀（7）磨损腐蚀（4）孔蚀（6）选择性腐蚀这八种形态实际上包括了所有的腐蚀破坏和问题，但这些形态不是按照重要性次序排列的。腐蚀可概括分为均匀腐蚀和局部腐蚀。均匀腐蚀可以掌握，危害性不大；局部腐蚀具有更大的1、均匀腐蚀化学或电化学反应在全部的表面或大部分面积上均匀地进行是均匀腐蚀的一般特征。均匀腐蚀是最常见的腐蚀形态，其结果是金属变薄，最后破坏。从失重的角度看均匀腐蚀代表金属的最大破坏，从技术角度，这种形态不重要，不可怕。利用简单试验就可掌握它的规律。2、电偶腐蚀如果将两种金属接触或用导线连接，电位差会使

7、电子在两金属之间。与原来不接触时相比，一个腐蚀变快，一个腐蚀变慢，变慢的甚至会停止腐蚀。这类腐蚀因为涉及到了电流和不同金属，所以称为电偶（双金属）腐蚀，它是电化学腐蚀。原因是两金属之间会存在电位差。在一段旧管线上，连接一个新管节，新管节会加快电动序按照金属相对于标准氢电极的标准还原电位代数值增大的顺序排列起来的表，反映金属氧化还原能力强弱的顺序。标准电动序：（相对于标准氢电极，25）钾钠镁铝锌铬铁镍铅（氢） 铜银铂金电极电位由低到高活性由高到低25水溶液中可逆电极的标准电极电位镁 ：Mg22e铝： AL3 3eMg ALFe CuAu2.363伏1.662伏0.440伏0.337伏1.498伏

8、铁： Fe22e铜： Cu2 2e金： Au3 3e电偶腐蚀在大气中也发生。其严重性取决于所含水分的类型和数量。近海岸的腐蚀比干燥的乡村大气严重，近海岸的冷凝液含盐分，它比内陆的冷凝液导电性（腐蚀性）更当金属完全干燥时，不发生电偶腐蚀，因为在两个电极区域之间没有传递电流的电解质。电位差:- E阳I = E阴R式中:E -E： 表征腐蚀电池推动力阴阳R ：介质电阻I：面积的影响：电偶腐蚀中的一个重要因素是面积效应，即阴极和阳极的面积比例，大阴极和小阳极构成不利的面积比。与阳极面积和阴极面积相等的情况相比，大阴极小阳极时，小阳极区的腐蚀可能要严重100倍或1000倍。距离的影响：由电偶效应引起的腐

9、蚀通常在连接处最大，离连接处越远，腐蚀越小。电偶作用的距离取决于3、缝隙腐蚀金属浸在腐蚀介质中，在缝隙和其他隐蔽的区域内常常发生局部腐蚀。这类腐蚀常和孔穴、垫片底面、搭接缝、表面沉积物以及螺帽和铆钉下的缝隙内积存的少量静止溶液有关。这种腐蚀形态称为缝隙腐蚀，也叫作沉金属和非金属表面接触能引起缝隙腐蚀。如一条橡皮带绕在不锈钢上放到海水中。一条缝隙要成为腐蚀的部位，必须宽到液体能流入，但又必须窄到能维持静滞的区域。一般是几十到上百个微米。垫片引起的缝隙腐蚀最常见，因为垫片材料吸水，又能维持静止。防止的措施：1、采用对接焊，不用或少用铆或螺杆连接，焊接要坚实并焊透，避免内部产生微孔和缝隙。2、搭接焊

10、的焊缝要用连续焊。3、设计容器时要使液体能完全排净，避免锐角和静滞区（死角），液体能排净便于，可防止固体在底部沉积。4、经常检查设备并除去沉积物。5、尽可能使用不吸水的垫片。4、孔蚀孔蚀是在金属上产生小孔的一种极为局部的腐蚀形态。这类孔的直径可大可小，但在大多数情况下都比较小。有些孔是孤立的存在，有些则紧凑在一起，看上去像一片粗糙的表面。深度明显大于表面直径的为孔蚀，表面直径近似于深度的为点蚀。孔蚀示意图孔蚀是破坏性和隐患性最大的腐蚀形态之一。孔蚀不易检查，因为孔既小，又通常被腐蚀产物所覆盖。孔蚀特别有害，因为它是一种局部的和剧烈的腐蚀形态，会在突然间导致事故。孔蚀为什么进展很快？蚀孔内部是一

11、种自催化过程。金属表面存在的“位错”等缺陷往往成为腐蚀孔的成核处。腐蚀孔成核后，最后长成什么形状，受以下因素影响：电位组织结构影响应力温度5晶间腐蚀晶间腐蚀主要是指合金的腐蚀，当晶界或其邻近产生局部腐蚀，而晶粒的腐蚀相对较小，就是晶间腐蚀。晶间腐蚀是由晶界的杂质，或晶界区某一合金元素增多或减少引起的。危害：改变了金属的成分，改变了性能，破坏了强度。不锈钢的晶界示意图晶界区界面6、选择性腐蚀也叫选择性浸出，是由于腐蚀过程而从一种固体合金中除去其中一种元素。如黄铜中选择性的除锌（脱锌）；如铸铁使用一段时间后看上去象石墨，实际上是铁经过渗出而剩下石墨体，因为石墨对于铁是阴极，所以使铁发生溶解。7、磨

12、损腐蚀磨损腐蚀是由于腐蚀流体和金属表面间的相对运动，引起金属的破坏或腐蚀。这种运动的速度很快，同时还包括机械磨耗或磨损的作用。磨损腐蚀的外表特征是槽、沟、波纹、圆孔和山谷形，常常显示有方向性。许多情况下磨损腐蚀在比较短的时间内就造成破坏，而且破坏出乎意料。大多数金属和合金都会磨损腐蚀。许多金属的耐蚀性是依靠产生某种表面膜（钝化），如铝、铅、不锈钢，当这些保护性表层受破坏或磨损，金属和合金的腐蚀就以高速进行，结果就形成磨损腐蚀。铜和铅，非常容易磨损腐蚀。气体、水溶液、有机体系和液态金属，都可能引起磨损腐蚀。悬浮在液体中的固体颗粒特别有害。与磨蚀腐蚀直接有关的因素是：表面膜，流速，湍流，冲击，金属

13、或合金的性质，空泡腐蚀等。空泡腐蚀。空泡腐蚀是磨损腐蚀的一种特殊形式，是由于金属表面附近的液体中有蒸气泡的产生和破灭所引起的。在高流速液体和变化的设备中易发生空泡腐蚀，如船用螺旋桨，泵叶轮等。空泡腐蚀的外表有些像孔蚀。空泡腐蚀经历的步骤：（1）在保护膜上形成气泡（2）气泡破灭，使膜毁坏。（3）新的表面腐蚀，又重新成膜。（4）在同一点上又形成一个新气泡。（5）气泡破灭，又使膜破坏。（6）暴露区腐蚀，又重新成膜。这个过程反复进行，结果是产生深孔。8、应力腐蚀应力腐蚀也叫应力腐蚀破裂，是拉应力和特定腐蚀介质共同作用而引起的。金属或合金发生应力腐蚀破裂时，大部分表面实际不腐蚀。破裂在常用的设计应力范围

14、之内发生，后果非常严重。裂纹方向一般与作用力垂直。1）、改变介质改变介质状态为减轻腐蚀提供了多种途径。通常采用改变介质状态的典型方法有：（1）降低温度，（2）降低流速，（3）除去氧或氧化剂，（4）改变浓度。在许多情况下这类改变可以显著减轻腐蚀，但是实施起来必须。这类改变产生的效果随特定体系而不同。2）改变金属表面状态采用有机、无机、金属、甚至复合的涂（镀）层、包覆层来改变金属表面状态。有机涂层、无机涂层、镀锌、镀镍、镍磷镀、2LPE、3LPE等等。3）设计结构设计常常和选材一样重要，设计既要考虑机械和强度上的需要，同时也要考虑腐蚀裕量。裕量不是越大越好，还要考虑其他因素，如重量、应力等。应当遵

15、守设计上的规则：1、槽和其他容器用焊接不用铆接。因铆接缝会提供缝隙腐蚀的部位。2、设计槽和其他容器时，应考虑易于和将液体排放干净。槽底和排液口应有坡度，使槽放空后不至积留液体。3、预计在使用中很快会损坏的部件，设计时应考虑更换方便。4、在腐蚀介质中的部件要避免承受过大的机械应力和应力集中。5、避免不同金属接触以防止电偶腐蚀。可能时，全部体系选用同类材料，或使不同材料之间绝缘。6、避免管路中的急弯。因为容易引起磨损腐蚀。7、换热操作中应避免局部过热点。8、设计中要排除空气。腐蚀中最普遍的阴极反应是氧还原，如果消除了氧，腐蚀常常可以减轻或停止。4） 电化学保护电化学保护：对被保护金属施加直流电，通

16、过电化学极化使其电极电位移至特定的区域，从而抑阻金属腐蚀的保护方法称为电化学保护。电化学保护包括： （1）阴极保护（2）阳极保护第一节腐蚀电化学基础金属腐蚀是一种普遍存在的热力学倾向。金属在电解质（海水、淡水、土壤、潮湿大气和酸、碱、盐等工业介质）中的腐蚀过程实际上是一个电化学反应过程。第二章阴极保护技术 任何反应如能分解为两个（或个）氧化和还原反应，就叫做电化学反应。Zn +HCIZnCI +H2Zn Zn+ + 2e2H + 2e H2(1)(2)第二章阴极保护技术氧化反应又叫做阳极反应，还原反应又叫做阴极反应阳极反应的标志是产生电子阴极反应的标志是消耗电子由电化学反应引起的腐蚀就是电化学

17、腐蚀。电化学腐蚀最重要的基本原理之一：两个反应必须同时产生，具有相同速度。第二章阴极保护技术电化学腐蚀的主要特点：（1） 两个反应可以同时同地、也可同时异地发生，还原反应间接影响腐蚀过程；（2） 只发生在与电解质溶液接触的金属界面上；（3） 不仅与金属材料和溶液介质有关，还与电荷的传输速度有关。第二章阴极保护技术电化学腐蚀反应具有一般电化学反应的规律和特征，这些规律和特征就是腐蚀电化学的基础，阴极保护就是基于腐蚀电化学原理而发展起来的控制技术。第二章阴极保护技术阴极保护的基本原理：从外部对被保护金属结构物施加阴极性电流，通过阴极极化使被保护金属的电极电位负移至某个保护电位范围，从而抑阻金属结构

18、物的电化学腐蚀。第二章阴极保护技术阴极极化示意图第二章：阴极保护技术铁在中性水溶液中的自腐蚀电位约为-0.55V（CSE）。通过外加负电流使金属阴极极化至-0.85V（CSE），外加负电流等于阴极还原反应电流，即保护电流，此电位下铁获得完全的阴极保护。若进一步阴极极化，铁的电极电位将负移进入氧扩散控制区域。在-0.85V-1.15V（CSE）电位范围内，阴极还原反应电流不随电位变化而变化，这就是最极保护电位范围。第二章阴极保护技术阴极保护有两种方法：（1） 用合适的金属连接牺牲阳极（2） 外电源的负极接到金属构件上外加电流阴极保护实质上就是利用电化学的阴极极化原理第二章：阴极保护技术第二节：牺

19、牲阳极保选择一种电极电位比被保护金属更负的活泼金属（合金），把它与共同置于电解质环境中的被保护金属从外部实现电连接，活泼金属在所构成的电化学电池中为阳极而优先溶解，出的电子（负电流）使被保护金属阴极极化到所需的电位，从而使被保护金属得到保护。第二章阴极保护技术牺牲阳极原理图第二章：阴极保护技术牺牲阳极示意图牺牲阳极是选择一个电位更负的金属与金属构件相连，电位越负，输出的电流越大。第二章：阴极保护技术埋地管道牺牲阳极保护示意图第二章：阴极保护技术埋地管道牺牲阳极阴极保护的设置第二章：阴极保护技术海洋平台上使用的牺牲阳极第二章：阴极保护技术钢板桩码头上使用的阳极第二章：阴极保护技术第二章：阴极保护

20、技术第二章：阴极保护技术牺牲阳极法的优点：1） 不需要外部电源，应用广泛；2） 对邻近结构物可能产生的杂散电流干扰很小甚至无干扰：3） 对于小型工件使用成本低；4） 输出电流具有一定的自调节能力，保护电流分布均匀，利用率高；5） 安装简单，系统运行期间的维护成本低，甚至不需维护；6） 在低电阻率环境中运行工作良好。第二章阴极保护技术牺牲阳极法的局限性：1） 输出功率小，在高电阻率环境中慎用，过高电阻率环境中则不宜使用；2） 可提供的保护电流小，可调节的电流范围很小；3）消耗有色金属，重量大，工作需要更换。短，若干年后第二章阴极保护技术镁阳极相当负的电极电位，很高的电流容量，理论电量2200Ah

21、/ Kg 以及不易钝化的特性，适用于土壤、海水、海泥、淡水，热水装置和冷却水装置。优点：同铁相比， Mg-Fe之间驱动电压0. 7V （驱动电压指阳极开路电位减去管道保护电位即-0. 85- （-1. 55 ）=0. 7V ）。缺点：效率低（仅50%），碰撞或摩擦，可能产生火花，因此不能用在油仓中。第二章阴极保护技术锌阳极：必须使用高纯锌( 含锌99. 995%， 铁小于0. 0014%)或制成锌合金阳极才具有优良的电性能。锌阳极主要应用在海水设施，带有填包料的 锌阳极可应用在电阻率15的土壤中。优点：电流容量820Ah/ Kg，电流效率高达95%（海水），土壤中效率65%，长。缺点：同阴极保

22、护的铁相比，锌有大约0. 2V 的驱动电势，在高于60的环境下工作，会产生晶间腐蚀，温度再高有可能发生极性逆转。在自来水中应用，主要问题是钝化。第二章阴极保护技术铝合金阳极：适于海水，不适于土壤中，因为铝阳极腐蚀后生成氢氧化物Al (OH) 3形成坚硬的外壳，影响发出电流。优点：很高的电流容量( 理论电量2980Ah/ Kg)， 效率可高达80%(常温)，长。但温度升高，效率会进一步下降。缺点：相对阴极极化后的钢铁只有0. 25V的驱动电压；因为钝化不能在淡水中使用，对铝阳极上交流干扰电压不宜超过10V。第二章阴极保护技术牺牲阳极的其他应用：1）牺牲阳极做接地电池在交流干扰影响范围内及雷电多发

23、区，为了防止强电冲击引起的破坏，需要在绝缘接头两侧或电力接地体与管道之间装设由牺牲阳极构成的接地第二章阴极保护技术2) 牺牲阳极做接地极过去接地极用铜或钢，一方面造成电偶腐蚀，另一方面使阴极保护电流大量流失。改用锌接地极不影响阴极保护，防电偶腐蚀，排流效果好，不排流时提供保护电流。第二章阴极保护技术3）牺牲阳极做参比电极锌参比做为固体参比、牢固可靠，同一般牺牲阳极一样，要埋在长年潮湿环境中，否则表面钝化，电位正移。按锌阳极开路电位- 1 . 10V计算，若保护电位为- 0 . 85V（相对CSE），即对锌参比应是- 0. 8 5-( - 1. 10)= +0. 25V。经常用硫酸铜参比校正锌参

24、比是十分必要的。第二章阴极保护技术4）牺牲阳极用作接地排流和安全防范埋地管道有时要与高压线路平行埋设，管道上会由于电磁感应产生次生电压，即交流干扰。为减轻和消除这种干扰，一般要采用接地排流技术，采用牺牲阳极对交流干扰进行接地排流，可产生排流和阴保的双重功效。第二章阴极保护技术第三节：外加电流保利用外部电源对被保护金属（结构物）施加一定的负电流，使被保护金属的电极电位通过阴极极化达到规定的保护电位范围，从而得到保护。第二章阴极保护技术外加电流阴极保护的原理第二章：阴极保护技术第二章：阴极保护技术第二章：阴极保护技术外加电流法的特点：1） 具有较大的输出功率，可以进行远距离阳极配置，可以实现更大范

25、围的保护电流供给；2） 辅助阳极的有效保护半径大，可显著增大保护范围；3） 可适用于各种环境介质（包混凝土等；4） 输出电流和电压可连续调节；电阻率环境），如淡水、5）服役长；6）用于大型工程时成本较低。第二章阴极保护技术外加电流法的局限性：1） 可能对邻近的金属结构物产生杂散电流干扰；2） 容易使高强钢过保护，导致氢脆；3） 可能使被保护物上的防腐层产生阴极剥离；4） 使用中管理维护的工作量大；5） 被保护物上的电流分布不易均匀；6）投资较大。第二章阴极保护技术埋地管道应用外加电流的条件：(1)(2)良好的纵向导电性，有法兰连接处要加跨接线，加设绝缘接头，与管桥( 柱) 、固定墩、混凝土钢筋

26、保持电绝缘，被保护管与其它管、电缆交叉最小间距30cm，交叉(3)点两者绝缘。第二章阴极保护技术电源的选择：电源设备有整流器和恒电位仪。在国外，恒电位仪主要用于排流、船舶、码头等所需保护电流变化幅度大，较频繁的地方。埋地管道的保护电流虽然随季节有所变化，但变化很小，且很慢( 以月为周期) ， 故多用整流器。采用恒电位仪，不是最佳、最经济的方案。整流器装置要求具有结构简单，耐气候性强的特点。第二章阴极保护技术恒电位仪和整流器的比较项目整流器恒电位仪制造、电原理环境适应性 可靠性调节次数检修、维护价格简单强 高较频繁简单低复杂差视质量，大多数不高较少复杂高第二章阴极保护技术辅助阳极：1）辅助阳极的

27、作用辅助阳极是外加电流阴保系统完整电流回路中的重要部分。外部电源的正极与辅助阳极连接。其作用是长、可靠地承载电流并向被保护物提供电流。第二章阴极保护技术2）辅助阳极材料石墨、高硅铸铁、含铬高硅铸铁、混合金属氧化物电极如铂一钛(铌、钽) 、柔性阳极、钢铁阳极( 高电阻率环境) 。形状以棒状居多。高硅铸铁主要应用领域为土壤、淡水、半咸水和海水。高硅铸铁阳极 在土壤中可单独使用，若土壤中含有相当高浓度的氯化物时，以含铬高硅铸铁为宜。高硅铸铁直接埋入土壤使用要充分考虑排气问题。有缩颈现象，腐蚀不均匀，受影响。第二章阴极保护技术石墨是一种耐蚀材料，作辅助阳极使用时属于低溶性材料。石墨阳极耐氯性能好，适用

28、于海水和含氯化物土壤中。石墨阳极性脆、易损伤、机械强度低，适合用于固定结构物的阴极保护。石墨阳极不应用在密闭系统中，因为损耗剥落下来的石墨颗粒会造成局部电偶腐蚀。第二章阴极保护技术镀铂钛、镀铂铌阳极：这两种阳极是由在钛基材或铌基材上烧结金属铂制成。体积小，重量轻，输出电流大，损耗低，通常用于容器内壁的阴极保护。第二章阴极保护技术柔性阳极：柔性阳极又名聚合物型电缆阳极，用导电的、性能稳定的改性聚合 物制成，石墨粉作为导电材料，铜质电缆芯用作电流导线，做成电 缆状的阳极柔韧性好，抗机械损伤能力强，化学稳定性好，柔性阳 极主要用于埋地管道和储罐底部的阴极保护。柔性阳极一般由以下几部分组成：铜芯、导电

29、聚合物阳极材料、焦炭渣、编织物等。第二章阴极保护技术阳极地床：阳极地床是焦炭填料和辅助阳极构成的一种“形式阳极”，它 延长了阳极的有效长度和增大了有效直径，显著降低了阳极接地电 阻。阳极地床设在土壤电阻率低的地方，设计阳极地床应考虑两个问 题，一是阳极材料的消耗，二是阳极气体的逸放。为防止“气阻”有利于气体的逸出，在焦炭地床的上部还要填放一些粗砂或砾石，有些地方还要用多孔是必要时可往里注水。管插至阳极地床中心，一是用于排气，二第二章阴极保护技术阳极地床分浅埋地床和深埋地床。在浅埋地床中又分为立式和水平式两种，当周围设施多且地表层土壤电阻率太高，不宜埋设地床时，就应考虑深井地床。深井地床一般埋深

30、在20300m，施工费用较高，第二章阴极保护技术第二章阴极保护技术淡水、海水所需保护电流密度淡水钢构筑物覆盖层状况保护电流密度mA/ m 2桥梁，上、下水构筑物、水坝水罐、水井热交换器、锅炉良好涂覆层旧涂覆层无涂覆无涂覆0. 05 0. 60. 5 8513100600海水趸船、系船浮标航行中船舶码头设施、浮桥、浮筒钢板桩、压载舱良好涂覆层旧涂覆层旧涂覆层无涂覆层0. 2 202010005010001001000第二章阴极保护技术第三章埋地管道杂散电流腐蚀第一节：埋地管道外腐蚀第二节：直流杂散电流腐蚀第三节：交流杂散电流干扰第四节：交流电对金属腐蚀的影响作用第一节：埋地管道外腐蚀1、土壤腐蚀

31、的特点1） 土壤的多相性。土壤是由土粒、水、空气、有机物等多种组分构成的复杂的多相体系。实际的土壤一般是这几种不同组分按一定比例组合在一起的。2） 土壤的导电性。土壤中的水分能以各种形式存在，土壤中总会或多或少的存在一定的水分，土壤有导电性。土壤的孔隙及含水的程度影响着土壤的透气性和电导率。第三章埋地管道杂散电流腐蚀3）土壤的不均匀性。土壤中的氧气，有的存在于土壤的缝隙中，有的溶解在水中。土壤中的氧浓度与土壤的湿度和结构都有密切关系，氧含量在干燥的砂土中最高，在潮湿的砂土中次之，在潮湿密实的粘土中最少。充气的不均匀性是造成氧浓差电池腐蚀的原因。第三章埋地管道杂散电流腐蚀4）土壤的酸碱性。大多数

32、土壤是中性的，有的土壤是碱性的，如我国西北的盐碱土；也有一些土壤是酸性的，如腐殖土和沼泽土。一般认为，pH值越低，腐蚀性越大。影响在土壤中腐蚀的环境因素主要有土壤的不均匀性、含盐量、含氧量、含水量、pH值、温度和微生物种类等。第三章埋地管道杂散电流腐蚀3、土壤腐蚀的几种形式1）充气不均匀引起腐蚀由于土壤的渗透性不同导致氧含量不同，密实、潮湿的粘土中的氧含量低，疏松、干燥的砂土中的氧含量高， 粘土中的管道电位低于沙土中的管道，在周围土壤的作用下，发生氧浓差电池腐蚀，使粘土中的管道被腐蚀。第三章埋地管道杂散电流腐蚀受腐蚀阳极区阴极区阴极区阳极（腐蚀）砂土粘土砂土土壤透气性差异引起的腐蚀管道在结构不

33、同的土壤中所形成的氧浓差电池河底土壤透气性差，使底部管道呈阳性，受到腐蚀第三章埋地管道杂散电流腐蚀2) 杂散电流引起的腐蚀引起杂散电流腐蚀的外部因素很多，电气化铁路、有轨电车、电焊机、高压输电线路、地铁、变电站接 地、电解槽、施加阴极保护的并行管线等。埋地管线电流的部位作为阳极区发生腐蚀，流入电流的部位作为阴极区。第三章埋地管道杂散电流腐蚀金属损失量与流过杂散电流的电量成正比。1A电流，一年就相当于约9-10公斤的铁电解腐蚀而溶解掉,杂散电流引起的腐蚀是相当严重的。由于这种腐蚀是由外电源引起的一种强制性腐蚀行为，故称为电解腐蚀。根据干扰源不同可分为直流干扰腐蚀和交流干扰腐蚀，腐蚀形式分静态和动

34、态二种。第三章埋地管道杂散电流腐蚀3）微生物腐蚀对腐蚀有作用的、最重要的是硫酸杆菌和硫酸盐还原菌（厌氧菌）。这两种细菌能将土壤中硫酸盐还原产生S2-，其中仅小部分消耗在微生物自身的新陈代谢上，大部分可作为阴极去极化剂，促进腐蚀反应。第一步：SO42-+8HS2-+ 4H2OFeS+2OH-+3Fe(OH)2最终：4Fe+ SO -2 +4H O42土壤的pH值在4. 5 9. 0时，最适宜硫酸盐还原菌生长，pH值在3. 5以下或11以上时，这种菌的活动及生长就很。第三章埋地管道杂散电流腐蚀4）电偶腐蚀当一段新管道和一段旧管道搭接时，新管道电位低于旧管道，在土壤介质的作用下发生腐蚀，腐蚀的结果是

35、新管道被腐蚀。供热成，与中的波纹管补偿器，是由奥氏体不锈钢制焊接后，由于补偿器和管道的电位不同，在周围土壤环境作用下，发生电偶腐蚀，供热管道被腐蚀。第三章埋地管道杂散电流腐蚀5）应力电池腐蚀金属材料受到外加应力作用后，会引起电极电位的改变。埋地管道不同部位的受力不同会产生电位差，进而形成应力电池腐蚀。土壤摩擦力引起供热管道应力电池腐蚀C阴极区阳极区AB第三章埋地管道杂散电流腐蚀6）温差电池腐蚀温度的存在使腐蚀变得更加复杂。温度升高不仅会提高供热管道的腐蚀速度，而且有可能发生供热管道特有形式的腐蚀温差电池腐蚀。当供热管道的不同部位所 处的环境温度不同时，它们的电位也将不同，通常情况下，具有较高温

36、度的部位将成为阳极，被优先腐蚀。低温区（可能的阴极）高温区（可能的阳极）中心换热站凝结水管道凝结水电流电解质（土壤）第三章埋地管道杂散电流腐蚀第二节直流杂散电流的腐蚀在设计规定的电回路以外的直流电流称为直流杂散电流（直流干扰电流）。环境介质中的杂散电流可以通过防腐层的某处缺陷进入管道，再从防腐层的某处缺陷流出管道进入环境介质，这就构成了一个电解腐蚀电流处发生腐蚀。直流供电分站正极供电线铁轨载荷电流铁轨阳极腐蚀区供热管道第三章埋地管道杂散电流腐蚀直流杂散电流干扰源的分类对埋地管道影响最普遍、最严重的是直流电气化铁路。电气化机车运行时，大地电位受到铁轨电位的影响，大地电位的变化又会引起管道电位的变

37、化。通过测量大地电位和管道电位分布，就可分析杂散电流的干扰状态及其腐蚀状况。项目分类杂散电流源动态干扰源工业干扰源直流电气化铁路高压直流电力线直流用电装置（电焊、电解、电镀）自然干扰源地磁场作用引起的地电流静态干扰源工业干扰源阴极保护系统第三章埋地管道杂散电流腐蚀如果一条管道平行或交叉地紧邻着一条直流供电的电气化铁路时，就有可能产生杂散电流引起的腐蚀。管线的阴保系统同样也会严重的干扰。高强钢如果吸收过多的杂散电流而引起过保护，还有可能出现氢致开裂。第三章埋地管道杂散电流腐蚀杂散电流腐蚀与腐蚀原电池作用过程相比，有以下几个特点：（1）在杂散电流腐蚀中，必定存在至少一个外部杂散电流源，而腐蚀原电池

38、的作用过程是自发形成的过程；（2）在杂散电流腐蚀的管道上形成了远距离的阳极区和阴极区；（3）杂散电流腐蚀过程中的电学极性符合电解池的极性关系，与腐蚀原电池的极性正好相反。第三章埋地管道杂散电流腐蚀杂散电流的腐蚀强度与土壤电阻率成反比，土壤电阻率越大，杂散电流腐蚀强度越低。杂散电流腐蚀速度快、强度高；腐蚀集中于管道的防腐层缺陷处，影响范围广，破坏的位置和强度具有随机性和机动性。第三章埋地管道杂散电流腐蚀·源于阴保系统的直流杂散电流埋地管线外加电流阴保系统的阳极地床处会形成一个有一定作用范围的阳极电压漏斗，位于此影响区内的管道或其他金属结构物必定会受到干扰。阴极保护系统本身就是一个重要的

39、杂散电流源。由阴保系统引起的杂散电流干扰通常分为阳极干扰、阴极干扰和混合干扰。第三章埋地管道杂散电流腐蚀1）阳极干扰当一条“外来”管道“平行”于保护管道穿过阳极地床的电压漏斗时，就会在靠近阳极地床处“吸收”电流，这些电流（杂散电流）就会沿管道，在离阳极床较远的管道表面“防腐层缺陷”处进入大地。第三章埋地管道杂散电流腐蚀与阴极保护管道平行埋设的外来管道穿过阳极地床周围而产生的杂散电流干扰（阳极干扰）“外来”管道在接受电流的区域，管道电位向负的方向移动，受到保护但有可能产生过保护。当电流在远离阳极床的管道表面某一处时，将使此处管地电位正移，管道受到腐蚀。第三章埋地管道杂散电流腐蚀2）阴极干扰阴极干

40、扰是指“外来”管道与受保护管道垂直相交埋设，在其接近区域使“外来”管道发生杂散电流腐蚀的现象。与阴极保护管道垂直埋设的外来管道穿过阳极地床周围而产生的杂散电流干扰（阴极干扰）第三章埋地管道杂散电流腐蚀与阴极保护管道 “交叉”埋设的一条“外来”管道，交叉部位之外的较大范围管段“吸收”电流，在与被保护管道相交处“”，进入土壤或阴保管道。在电流离开的部位管地电位正移，具有很高的腐蚀破坏倾向。“吸收”电流的管段区域，管地电位负移，如果吸收过多也会出现过保护。第三章埋地管道杂散电流腐蚀3）混合干扰阳极干扰和阴极干扰共同作用时称为混合干扰。与阴极保护管道交叉埋设的“外来”管线穿越阳极地床周围而产生的杂散电

41、流干扰（混合干扰）第三章埋地管道杂散电流腐蚀“外来”管线在紧靠阳极地床的部位“吸收”大量电流，又在紧靠阴保管道的附近“”，就会在电流部位造成腐蚀。这种混合干扰的腐蚀破坏要比单独的阳极干扰或单独的阴极干扰严重得多。如果“外来”管线的电流吸收区和电流排放区相距较近，则破坏作用更为明显。在吸收区可能出现的过保护和排放区的腐蚀破坏都会更大。第三章埋地管道杂散电流腐蚀·直流杂散电流腐蚀的判定埋地管道直流杂散电流的干扰，可通过测量管地电位和电位梯度来判断，各国标准不尽相同。英国认为：管地电位正向偏移超过20mV时就可能产生不允许的干扰腐蚀，以正向偏移超过20mV为判断指标；认为：管地电位正向偏移

42、达到20mV时就存在腐蚀危险，但判据是50mV。第三章埋地管道杂散电流腐蚀德国规定：管地电位正向偏移100mV为直流干扰判定标准；中国规定：（1）当在管道任意点上管地电位较自然电位正向 偏移20mV或管道附近土壤中的电位梯度大于0. 5mV/ m 时，确定为有直流干扰；（2）管道任意点上地电位较自然电位正向偏 移100mV或管道附近土壤中的电位梯度大于2. 5mV/ m 时，管道应采取直流排流保护或其他防护措施。第三章埋地管道杂散电流腐蚀·杂散电流腐蚀类型及形貌判定杂散电流腐蚀与自然腐蚀之间的差异比较项目杂散电流腐蚀自然腐蚀钢铁腐蚀形貌孔蚀倾向大，腐蚀面光滑，有时呈金属光泽，边缘较整

43、齐，腐蚀产物似黑色细粉末，有水分存在时，可明显观察到电解过程迹象。孔蚀倾向较小，有黄色或黑色的质地较为疏松的锈层，腐蚀面边缘不整齐，清除腐蚀产物后腐蚀面较粗糙环境通常在土壤电阻率100m 环境下，杂散电流较难发生几乎在任何土壤中均可发生第三章埋地管道杂散电流腐蚀·直流杂散电流腐蚀的防护措施1）减少干扰源的电流泄漏对于电气化铁路，要求铁轨导电性良好，铁轨上流过电流所产生的电位差不大于3V/ Km ，各区段铁轨接头所增加的电阻，不大于该区段铁轨 电阻的20%。还应采取措施保障铁轨对大地的绝缘性能。第三章埋地管道杂散电流腐蚀2）被保护物与干扰源之间的相关关系埋地管道与直流电气化铁路的铁轨平

44、行接近或交叉时，相互间的距离应不小于1m, 且尽量缩短与之平行的管道长度。规定，直流回归线的非绝缘部分，与埋地管道接近或交叉时，相互间的间距必须大于1m。第三章埋地管道杂散电流腐蚀保护的平行管道之间，距离不宜小于10m；非被保护管道与外部管道交叉时，其间净垂直距离不应小于0. 3m;如 果净距离0. 3m， 间隔处必须安装坚固的物，确保其互不接触或短路；交叉点两侧的双方管道都应在10m以上的距离使用特加强防腐层。管道与电缆交叉时，在交叉点处的相互净垂直距离应不小于0. 5m。交叉点两侧也应各延伸10m以上使用特加强防腐层。第三章埋地管道杂散电流腐蚀3）排流法防止杂散电流将结构物中的杂散电流，人

45、为动地使之直接流回干扰源或排放到大地中去，就是排流。排流方法分为：直接排流、极性排流、强制排流和接地排流。对于同一个埋地结构物，可以采用一个或几个排流法，可以选择一点或多点排流。第三章埋地管道杂散电流腐蚀第三节 交流杂散电流干扰在埋地管线附近的高压交流输电线路或交流电气化铁路会通过电阻耦合、电容耦合、电磁感应耦合，对埋地管线产生交流腐蚀，还会对埋地管线的阴保系统运行产生干扰。在交流干扰的环境中，尽管能够满足传统的“以电位为基础”阴保判据，仍有可能发生交流腐蚀。交流干扰对阴保系统的影响是一个很重要的实际问题。第三章埋地管道杂散电流腐蚀1、电阻耦合干扰埋地管道与交流电力系统的接地极共存于大地环境

46、中，通过等效电阻（大地）将两者连接起来，产生的电阻耦合作用可以将交流能量以交变电流或电位的形式传送到埋地管道上，从而对管道的腐蚀状态和防腐蚀状态产生干扰影响。第三章埋地管道杂散电流腐蚀管道铺设在高压输电线路或变电站区域内，或靠近高压铁塔的接地极，或与交流供电的电气化铁路邻近或相交时，就会产生电阻耦合干扰。管道的位置至少要与电力接地保持3m管道第三章埋地管道杂散电流腐蚀2、电容耦合干扰带有防腐层的不论在下沟之前还是埋在，都有电容存在。这种电容跨接在高压线路的相导线与管道之间以及串接在管道与相邻大地之间。输电线C1。输电线C。1管道。管道C2C2=R对管道电容耦合作用示意图第三章埋地管道杂散电流腐

47、蚀这种电容耦合作用并不是一个严重问题。如果管道铺设在与土壤绝缘良好的垫块上、在高压输电线路或电气化铁路电力线附近且并行，就会发生电容耦合干扰。输电线路10m范围内、与大地绝缘的地上焊接管道如果处于超过以下长度就要采取措施，以防发生不允许的电容耦合干扰：标称电压110KV的三相110KV电气化铁路电力线或线路旁1000m。输电线路旁200m;导线以及交流电气化铁路供电第三章埋地管道杂散电流腐蚀3、电感耦合干扰高压输电线路中的交流电在其周围产生交变磁场，穿越该磁场的导体会感应出交变电位并有电流，这种作用称为电感耦合作用。对管道的电感耦合干扰通常只发生在与的三相高压输电线路及交流电气化铁路的运行线和

48、供电线紧邻或平行的地段。第三章埋地管道杂散电流腐蚀随着高电压系统中工作电流和短路电流增大以及管道防腐层绝缘电阻增大，产生这种干扰的可能性增大。通过与高压线的电感耦合作用，在邻近的管道中感应生成交变电压，导致管道中出现交流电的电流并且在管道与周围土壤中形成一个电压。第四章埋地管道杂散电流腐蚀电感耦合产生的感应电流大小取决于：被影响结构物的几何形状和；高压输电线路中流过的交变电流频率和大小；干扰源中的任何不平衡电流；作为干扰源的电力线与被影响结构物之间的距离；被影响结构物的防腐层绝缘电阻；被影响结构物周围环境电解质的电阻率；被影响结构物的纵向阻抗；作为干扰源的电力系统的性质（单相、三相、中性点接地或不接地）。第四章埋地管道杂散电流腐蚀在三相电力系统中，如果三相电流是相等（平衡）的，而且管道与每一相的距离也相等，总的感应电压为零。大多数情况是，三相导线与管道不对称，发生电磁感应的现象不可避免，管道上通常会产生感应交变电压。如果多相回路中发生故障，系统的故障电流会很大，产生的电磁感应电压也会很大，就会引起管道与大地之间的交流电流。被影响结构物上绝缘防腐层的介电强度和电阻越高，以及土壤电阻率越大，则感应的交流电压就越大