专业课-石工院储运腐蚀

2023/1/21金属腐蚀与防护

MetalCorrosionandProtection主讲：蒋宏业李又绿石工院油气储运教研室2023/1/22课程的主要内容1绪论2金属腐蚀基本原理3油气田的腐蚀环境4腐蚀控制方法5储运工程中金属腐蚀与防护6金属腐蚀试验方法7上机“土壤腐蚀性评价”8实验

2023/1/231绪论1.1课程的目的和任务1.2课程基本要求1.3主要参考资料及要求1.4金属腐蚀的危害及防腐蚀工作的重要性1.5腐蚀科学技术的发展简史1.6我国石油工业腐蚀与防护技术的发展及展望2023/1/241.1课程的目的和任务《金属腐蚀与防护

》为油气储运工程专业的专业基础课任务：在比较系统地介绍金属腐蚀机理与防护方法基础上，着重分析油气集输系统、长输管道和金属油罐的腐蚀形态以及相应的防护方法，为学生毕业后从事油气储运系统的管理工作、储运工程防腐蚀设计与施工打好基础。2023/1/251.2课程基本要求

学生应掌握金属腐蚀的基本理论，阴极保护系统的设计与应用、在石油天然气储运过程中腐蚀与控制方法。

了解金属材料的选择、金属在自然环境下的腐蚀与防护，金属表面覆盖层和缓蚀剂应用。

要求学生能根据实际腐蚀情况选择正确的防护方法，绘制必要的图件及正确计算相关参数，能恰当评估已建防护系统的合理性，并能根据既定图件完成施工技术工作，对管道设计提出合理化建议。2023/1/261.3主要参考资料及要求(1)相关杂志、学会美国腐蚀工程师协会（NACEInternational）中国腐蚀与防护学会三大刊物（国内）:《中国腐蚀与防护学报》——中国腐蚀与防护学会《材料保护》——武汉材料保护研究所、中国腐蚀与防护学会《腐蚀与防护》——上海腐蚀科学技术学会2023/1/27（2）课程考核及相关要求严格遵守课堂纪律，认真听课，做好笔记。严禁使用手机！！最后成绩=考试卷面成绩70%+平时作业和考勤15%+实验和上机15％按时完成作业和实验报告（每周三交作业）。2023/1/281.4金属腐蚀的危害及防腐蚀工作的重要性

金属腐蚀遍及国民经济各部门，给国民经济带来巨大的经济损失,甚至带来灾难性的事故。腐蚀的巨大危害不仅体现在经济损失上，它还会带来惨重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、阻碍新技术的发展、促进自然资源的损耗。2023/1/29金属腐蚀的危害及防护重要性1.4.1腐蚀造成严重的经济损失1.4.2对安全和环境的危害1.4.3腐蚀阻碍新技术的发展1.4.4油气储运系统防腐蚀工作的重要性2023/1/2101.4.1腐蚀造成严重的经济损失腐蚀遍及国民经济各部门，给国民经济带来巨大的经济损失。因腐蚀报废金属占金属产量20-40%发达国家，因腐蚀所造成的经济损失约占GDP的2%-4%美国每年因腐蚀要多消耗3.4%的能源2023/1/211随着工业化的进程，腐蚀问题日趋严重化。腐蚀消耗（材料消耗和腐蚀）经济损失图

1949年美国1985年美国

中国1975年美国700亿，占GDP的4.2%1680亿300-600亿,占GDP的3.9%50亿现美国3000亿美元，大于1100美元/人年。直接经济损失大大超过大于由于水灾、火灾、地震(特大除外）和飓风造成的损失注：数据出自美国腐蚀工程师协会（NACE）

1.4.1腐蚀造成严重的经济损失2023/1/212①直接损失:更换被腐蚀的构件、机械或它们的零部件，如管道、金属罐顶，并包括这种更换工作所需的劳动力在内合计花费的金额。对构件进行以防腐为主要目的的重新油漆的费用、修补覆盖层的费用和建立对管道阴极保护的基本投资及维持费用。因使用耐蚀材料代替机械强度足够，但耐蚀性不足的碳钢时所需支付的额外费用，此外还包括钢上镀锌或镀镍的费用以及向水里加缓蚀剂的费用和对储存金属设备的仓库内除湿所需的费用。

腐蚀造成石油工业巨大的经济损失2023/1/213②间接损失:停产损失产品损失效率损失产品污染过度设计腐蚀造成石油工业巨大的经济损失2023/1/214案例：中原油田频繁腐蚀穿孔，造成大量原油泄漏，农田污染。仅中原油田胡状油田1991~1993年被迫停产750井次，影响原油产量9600吨，损失1651万元，污染赔偿费318万元。1993年中原油田生产系统因腐蚀造成的经济损失达1.6亿元。我国石化工业（仅指原石化总公司所属企业）1989年因腐蚀造成的经济损失约20亿元。2023/1/215腐蚀也经常构成对安全的威胁。均匀腐蚀，如铁生锈，一般进展缓慢，危险性不大一些局部腐蚀如孔蚀（穿孔）和应力腐蚀破裂，常常是突然发生的，可能引起事故，造成意外危险。1.4.2腐蚀对安全和环境的危害化工厂的腐蚀事故更多，如：贮酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染液氨贮罐爆炸，造成人员伤亡管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境有毒气体如氯、硫化氢、氰化氢等的泄漏则更危及工作人员和附近居民的生命安全2023/1/2161.4.2腐蚀对安全和环境的危害一些化工厂的统计化工设备的破坏约有60％是由于腐蚀引起的腐蚀破坏中约30％是均匀腐蚀70％则属于危险的局部腐蚀其中以应力腐蚀破裂为最多。2023/1/217腐蚀是造成石油工业中金属设施破坏的主要原因之一，可能造成设备灾难性的重大事故，引起设备及管道的损坏和人员伤亡，造成石油生产中停工、停产，跑、冒、滴、漏等事故。例如：

1965年3月美国一输油管线因应力腐蚀破裂而着火，造成17人死亡。

1980年3月北海油田一采油平台发生腐蚀疲劳破坏，致使123人丧生。1.4.2腐蚀对安全和环境的危害2023/1/218

据统计，在我国的管道事故中腐蚀造成的破坏约占30％1987年的有关资料表明东部几个油田的容器腐蚀报废率为4.93％，容器平均穿孔率0.14次／（台·年），管线因腐蚀穿孔达2万次／年，更换管线数量达400km/年。特别近几年不少油田生产开发进入后期，原油含水量增高，设备老化，腐蚀问题越来越严重。1993年仅中原油田金属设施的腐蚀速率高达1.5~3.0mm／a，一年内油田地面生产系统腐蚀穿孔达8345次。1.4.2腐蚀对安全和环境的危害2023/1/219腐蚀事故举例2003年12月23日21时55分，开县高桥镇罗家寨发生国内乃至世界罕见的特大井喷事故，4个乡镇、9.3万人受灾，6.5万余人被迫疏散，243人遇难。事故的连锁反应是中石油时任总经理马富才引咎辞职。2023/1/220腐蚀事故举例2006年，西南油气田分公司所属一天然气管道突然发生爆炸着火，几秒钟后在距离第一次爆炸点不远处紧接着发生第二次爆炸。随后又发生了第三次爆炸。当第一次和第二次爆炸发生后，天然气站值班宿舍内的职工和家属，在逃生过程中遇第三爆炸点爆炸，导致多人伤亡。此次事故共造成多人死亡和重伤、几十人轻伤，输气管道爆炸段长几十米，直接经济损失近千万元。2023/1/221对环境的危害主要是指金属资源，因为它们在全球的储量有限，并且，它们的浪费还伴随着这些金属构件生产制造中的能源和水的浪费。在腐蚀作用下，世界上每年生产的钢铁中有10%被腐蚀消耗。腐蚀事故造成的对环境的污染。2023/1/2221.4.3阻碍新技术的发展一项新技术、新产品、和新工业的产生过程中，往往会遇到需要克服的腐蚀问题，只有解决了这些困难的腐蚀问题，新技术、新产品、新工业才能发展。如铅室法硫酸工业是在找到了耐稀硫酸的铅材才得以发展起来的;发明了不锈钢以后，生产硝酸和应用硝酸的工业才蓬勃兴起。人类登上月球：在实施登月计划的过程中，遇到一个严重的腐蚀问题：盛四氧化二氮（氧化剂）的容器是用钛合金（6％A1，4％V）制成的，试验中几小时内就破裂，经查是应力腐蚀所致。后来科学家找到了防止破裂的方法：在氧化剂中加入少量水（＞1.5％）或加0.6％NO，作为缓蚀剂，控制了应力腐蚀，克服了这道障碍，人类终于登上了月球。2023/1/2231.4.3阻碍新技术的发展现在和未来在发展新技术、新产品的过程中，还会不断遇到各种新的腐蚀问题，而且是越来越困难的问题。例如化学、能源（包括核能）、航天工业等都有向高温、高压方向发展的趋势，这样可获得更高的生产率，更快的速度和更低的生产成本。但高温高压会造成更加苛刻的腐蚀环境。早期的喷气机油泵温度约为790℃，现在已达到约1100℃，这就需要适应高温、高速的新材料。由于石油和天然气的短缺，特别是我国，利用蕴藏量巨大的煤转化为气或液体燃料，是有重大意义的，但这就会遇到一连串的腐蚀问题：高温（超过1650℃）、高压、庞大的容器、粉尘的磨损腐蚀，硫化氢以及加氢引起的氢腐蚀，适应高温、高速、高磨蚀的泵和阀等。解决了这一系列问题，将可能获得廉价的煤的液化、气化燃料，将使我国以至世界的经济面貌大为改观。2023/1/224延长管道使用寿命要求提高防腐蚀技术1.4.4油气储运系统防腐蚀工作的重要性防腐蚀有很大的难度管道输送事业的发展要求提高防腐蚀技术腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素材料腐蚀是全世界面临的一个严重问题。

消耗财富，破坏生产、生活；环境污染7000亿$/yearintheword,6倍地震、水灾、台风等占国民生产总值的2%-4%（我国占4%）钢铁因为腐蚀报废数量占当年产量的25%-30%我国每年因腐蚀消耗的钢材为年产量的1/3，其中占总产量1/10的腐蚀钢材是不可回收利用的.英国天然气公司，失效，40%以上；美国运输安全局报告，管道损坏腐蚀占45%；泄漏事故，74%；我国地下油气管道投产1-2年即发生腐蚀的事故屡见不鲜。火灾爆炸——财产、人身安全、环境污染埋地管道长、所经地地形复杂输送介质的腐蚀性差异大埋于地下，腐蚀难于检查2023/1/225重视腐蚀问题，防止或减缓腐蚀的危害，加强石油工业的防腐蚀工作，提高防腐蚀技术水平和管理水平不仅有明显的经济效益，也有重大的社会效益，对石油工业的发展至关重要。实践证明：当采用了有效的防腐蚀措施和科学管理，30％的腐蚀是可预防的。按美国每年的腐蚀损失量，就可节省1000亿美元。2023/1/2261.5腐蚀科学技术的发展简史

可以毫不夸张地说，人类有效地利用金属的历史，就是与金属腐蚀作斗争的历史。我国早在商代就冶炼出了青铜，即用锡改善了铜的耐蚀性。金属腐蚀防护的历史虽然悠久，但长期处于经验性阶段。到了18世纪中叶以后，才陆续出现对腐蚀现象的研究和解释。2023/1/227

但是，金属腐蚀作为一门独立的学科则是从20世纪初才逐渐形成的。20世纪50年代以来，金属腐蚀已发展成为一门独立的综合性边缘学科。近30多年来，形成了许多边缘腐蚀学科分支，如腐蚀电化学、腐蚀金属学、腐蚀工程力学、生物腐蚀学和防护系统工程等。1.5腐蚀科学技术的发展简史2023/1/228

我国的腐蚀与防护的科技研究工作在新中国成立之后得到很大发展。早在建国初期，国家科学技术委员会在机械科学学科组内成立了腐蚀与防护分组。1958年以后我国一些高等院校建立了腐蚀防护专业。1961年，国家科学技术委员会成立国家腐蚀科学学科组（一度停止工作，1978年12月恢复）。1979年12月成立了中国腐蚀与防护学会。1.5腐蚀科学技术的发展简史2023/1/2291.6我国石油工业腐蚀与防护技术的发展及展望1.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状1.6.2发展趋势2023/1/2301.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状①形成了较完整、适应我国石油工业生产需要的系统腐蚀与防护技术。

建立并完善了符合我国应用特点、接近国际水平的石油腐蚀与防护技术标准体系。如：钢制管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价（SY/T0087.1-2006）埋地钢质管道阴极保护技术规范（GB/T21448-2008）埋地钢质管道直流排流保护技术标准（SY/T0017-2006）埋地钢质管道交流排流保护技术标准（SY/T0032-2000）钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范（SY0007-1999）阴极保护管道的电绝缘标准（SY/T0086－2003）钢质管道内腐蚀控制标准（SY/T0078-1993）2023/1/2311.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状管道防腐层检漏试验方法（SY/T0063-1999）原油处理容器内部阴极保护系统技术规范（SY/T0047-1999）

城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程

（CJJ95-2003）埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范（SY/T0019-1997）

埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范（SY/T0036-2000）埋地钢质管道阴极保护参数测量方法（GB/T21246-2007）埋地钢质管道阴极保护技术管理规程（SYT5919-2009）2023/1/232②建立并深化了防腐蚀技术和管理“系统抓，抓系统”的工作方针，形成了石油工业防腐蚀工程设计、施工和管理各环节腐蚀控制的基本原则。石油管道及设施防腐蚀方案的确定要依靠科技进步，因地制宜，根据保护对象特点一般采用系统的联合保护技术及综合治理。保护措施应与主体工程寿命相匹配，防腐蚀工程应与主体工程同时设计、同时施工、同时投产等。1.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状2023/1/233③研究、开发了指导油气田及长输管道科学管理及决策的评价、预测等综合技术。④开发、引进了防腐蚀新材料，形成了较完善的防腐层材料系统及应用技术。1.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状2023/1/234⑤阴极保护技术逐步走向成熟，并且发展了区域阴极保护技术，开发了阴极保护优化设计技术，阴极保护电参数检测及效果评价技术，阳极新材料（高电位牺牲阳极、复合牺牲阳极）、新结构等新技术（如带状阳极、柔性阳极）。⑥控制高含硫化物油气处理及炼油装置的腐蚀已形成了系列技术：即抗硫化物新材料的开发，抗硫化物材料选择技术，含硫化物气井、输气管线用缓蚀剂及含硫化物气田管线内防腐层应用技术等。1.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状2023/1/235⑦检测及监测技术得到快速的发展。

该方面技术向着非破坏、在线、自动采集数据的方向迈进。研制成功了埋地管道变频-选频防腐层绝缘电阻测试技术等几项成果，引进了如智能清管检测仪、阴极保护参数的遥测技术等测试技术，促进了测试手段的更新换代。1.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状2023/1/236⑧开发并形成了石油工业防腐蚀化学药剂系统应用技术如油、气田地面设施的水处理系统，注水系统及炼油厂装置等内壁防腐蚀缓蚀剂、防垢剂、杀菌剂、除氧剂、中和剂等化学药剂的选择及应用技术。1.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状2023/1/237⑨开发了多种埋地旧管线内外壁修复技术包括修复材料的基本选择技术、埋地管道的外防腐层修复技术、埋地管道的内防腐层修复技术（如穿插衬塑技术、翻转内衬技术、管内涂布技术）。并在工程中得到了较好的应用，基本解决了在用老管线延长使用寿命的问题。⑩为了适应石油工程及油田、炼厂生产的需要，及国内外防腐蚀新技术交流的需要，开展了多种形式的学术及技术交流活动。促进了新技术的开发、推广和应用。1.6.1我国石油工业腐蚀与防护技术现状2023/1/238

1.6.2发展趋势①进一步加强导向性的应用基础研究。如结合油气田、炼厂、管道等实际，深化腐蚀规律、腐蚀预测方法的研究；防腐蚀材料寿命及失效机理的研究等。2023/1/239②加强预防性防腐蚀生产管理，提高管理决策水平。实行主动、预防性的防腐蚀生产管理是目前国内外生产管理的基本指导思想，国外开发的“风险管理”、“条件评估管理”及国内研究的“分级管理”等技术均反映了这种新型的防腐蚀生产管理模式。这种管理模式不仅能提高管理、决策的准确性及预防性，同时也能带动石油工业防腐蚀应用技术的深化及发展。1.6.2发展趋势2023/1/240③深化阴极保护应用技术。

在区域阴极保护技术方面，不同程度上仍存在着凭经验进行设计等问题。阴极保护设计的优化技术研究和应用计算机模拟技术进行阴极保护系统干扰等分析完善阴极保护参数检测及保护效果评价技术深入开展阳极新材料、新结构的研究，使其更宜于工程应用，保护效果得到进一步提高。