管道的腐蚀与防护培训(输油工)

管道腐蚀与防护第一章管道的腐蚀控制腐蚀的定义腐蚀的分类腐蚀的基本原理管道腐蚀控制的基本方法一、腐蚀的定义从广义上讲，腐蚀是材料和环境相互作业而导致的失效。金属腐蚀是金属表面受周围介质的化学或电化学作用所引起的金属损失的现象和过程。ISO的腐蚀定义金属与环境间的物理-化学相互作用，其结果使金属的性能发生变化,并常可导致金属、环境或由它们作为组成部分的技术体系的功能受到损伤。注：该相互作用通常为电化学性质。（见GB/T10123-2001）金属腐蚀发生的原因从热力学的规律可知，材料总是趋向于最低能量状态存在。金属从矿石中提炼出来时，需要提供很大的能量，使其处于一个高能级状态。这些矿石是典型的金属氧化物，如用来炼钢的赤铁矿（Fe2O3），因此大多数金属处于热力学不稳定状态，具有寻求低能量状态的倾向，如氧化物或其他化合物。金属转化成低能量氧化物的过程称为腐蚀。腐蚀过程

防腐蚀的意义腐蚀损失美国:1975年为700亿，占4.2%GDP；1986年为1260亿；1995年为3000亿；石化系统1989年统计腐蚀损失约20亿；2003年10月发表的《中国腐蚀调查报告》指出:我国腐蚀损失为5000亿元/年占5%GDP，其中20%腐蚀可以避免，可节省1000亿元。二、腐蚀的分类◆按照材料的类型分：（1）金属腐蚀（2）非金属腐蚀◆按照腐蚀的破坏特征分：

（1）全面腐蚀（2）局部腐蚀◆按照腐蚀的作用机理分：（1）化学腐蚀（2）电化学腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。电子传递直接在金属与氧化剂间直接进行，在反应过程中没有电流产生。电化学腐蚀电化学腐蚀指与电解质因发生电化学反应所引起的腐蚀。金属在电解质中形成腐蚀原电池，在反应过程中有电流产生。将金属棒（阳极）浸入电解液中,见右图：金属棒产生氧化反应：Fe-2e=Fe2+

阴极发生还原反应：O2+2H2O+4e=4OH-

或2H2O+2e=H2+2OH-在导线中流动的是电子,在电解液中流动的是带电离子,从阳极流向阴极阳极电流流出处产生腐蚀阳极阴极三、腐蚀的基本原理腐蚀的基本原理是腐蚀原电池理论腐蚀原电池形成的充要条件必须有阴极和阳极阴极和阳极之间必须有电位差阴极和阳极之间必须要有金属的电流通道阴极和阳极必须浸在同一电解质中，该电解质中有流动的自由离子。只要阻止其中一项，即可阻止金属的电化学腐蚀。金属电位纯镁-1.75镁合金（6%AI，3%Zn，0.15%Mn）-1.60锌-1.10铝合金（5%Zn）-1.05纯铝-0.80熔练钢（精）-0.5～-0.8熔练钢（粗）-0.4～-0.55铸铁-0.50铅-0.50混凝土中的钢-0.20铜、黄铜、青铜-0.20金属的电位序列管道腐蚀过程示意图

电流

阴极

阳极

土壤A

土壤B

一根钢管穿过不同的土壤层，在有氧气和压力的情况下能够形成电化学腐蚀，腐蚀的速率是与电流的大小成正比。管道腐蚀的基本原理

(-)(+)腐蚀原电池形成的示意图

阴极

阳极

电流

电流

电流流出的金属体为阳极，这个过程造成阳极金属损失

四、管道腐蚀控制的基本方法

控制的基本原则（1）选用在该管道具体运行条件下的适用钢材和焊接工艺；（2）选用管道防腐层及阴极保护的外防护措施；（3）控制管输流体的成分，如净化处理除去水及酸性组分；（4）使用缓蚀剂控制内腐蚀；（5）选用内防腐涂层；（6）建立腐蚀监控和管理系统。1、管道防腐绝缘层石油沥青煤焦油瓷漆聚乙烯胶粘带熔结环氧粉末（FBE）三层结构挤压聚乙烯防腐层（3PE）硬质聚氨酯泡沫塑料2、管道阴极保护牺牲阳极法：在管道上连接一种电位更负的金属和合金，如镁、铝等，连接上的金属成为牺牲阳极，使管道成为阴极受到保护外加电流法：将被保护的管道与直流电源的负极相连，把辅助阳极与电源正极连接，使管道成为阴极受到保护。3、排流保护直接排流保护：当杂散电流的极性稳定时（直流干扰），管道接干扰源的负极，在排流的同时管道得到保护。极性排流保护：当杂散电流的极性正负交变时（交流干扰），通过串入二极管将杂散电流正向排回干扰源，保留负向电流作阴极保护。强制排流：在没有杂散电流时通过电源、整流器供给管道保护电流，当有杂散电流存在时，利用排流进行保护。杂散电流腐蚀是由于外界的杂散电流使处于电解质溶液中的金属发生电解而造成的腐蚀。直流杂散电流腐蚀来源：直流电气化铁路、地下电缆漏电、电解电镀车间、直流电焊机等。交流杂散电流腐蚀来源：高压交流输电线路、交流电气化铁路供电线路等。杂散电流腐蚀杂散电流腐蚀的特点直流杂散电流干扰腐蚀的损耗量与杂散电流强度成正比。杂散电流强度越大，引起的金属腐蚀就越严重。直流杂散电流造成的集中腐蚀是很严重的。壁厚8－9mm的钢管，快者2－3个月就会穿孔。与直流杂散电流腐蚀相比，交流杂散电流的腐蚀量并不大，但集中腐蚀性强。由于种种因素的影响，作用于管道上的交流电场是非常不均匀的，从而造成了强电场的集中腐蚀，这比直流干扰腐蚀更明显，易形成小孔腐蚀，造成穿孔，反应时间也比自然腐蚀所需的时间短得多。杂散电流对管道的腐蚀图解杂散电流对管道的腐蚀就是电化学腐蚀的过程土壤相当于电解液,管道破损B点相当于阳极,A点为阴极大地中杂散电流流动,高电位为正极,低电位为负极金属管道电阻低,防腐层一旦破损,电流会从A流入,B流出电流流入处不会腐蚀,流出点会形成电化学腐蚀(阳极腐蚀)AB大地杂散电流流入杂散电流流出阳极区阴极区+－接通电机电源，电流流入电机由于感应和泄漏，电机外壳带电该电流经过机座或地线流入大地，形成杂散电流如果电机与大地绝缘，机壳带电会对人产生危害杂散电流三相电源电机杂散电流来源（电机）杂散电流来源(有轨电车)铁轨铁轨周围的杂散电流供电架空线供电所电机机车破损点B防腐层金属管道破损点A轨道电流杂散电流来源(高压线)管道管道周围杂散电流的产生(相互干扰)杂散电流被保护管道无保护管道杂散电流对管道的典型腐蚀*孔蚀,口大底小,创面光滑,有光泽,边缘整齐杂散电流造成的管道腐蚀（穿孔）杂散电流电蚀导致76mm钢管出现腐蚀空洞五、管道的外防腐层管道外防腐层的作用

使金属构件与土壤介质隔离开来，使腐蚀电池的回路增大，以阻碍腐蚀作用，从而减缓金属的腐蚀速度。1、管道防腐层的基本要求（1）与金属有良好的粘结性；（2）电绝缘性能好；（3）防水及化学稳定性好；（4）有足够的机械强度和韧性，耐热和抗低温脆性；（5）耐阴极剥离性能好；（6）抗微生物腐蚀；（7）破损后易修复，并要求价格低廉和便于施工。石油沥青熔结环氧粉末3PE聚乙烯胶粘带2、埋地管道防腐层主要种类石油沥青熔结环氧粉末3PE聚乙烯胶粘带防腐材料石油沥青环氧粉末环氧粉末+高（低）密度聚乙烯聚乙烯胶粘带防腐层结构石油沥青+玻璃布+塑料薄膜（3～5层沥青，总厚4～7mm）环氧粉末熔结在管壁上，涂层厚0.3～0.5mm环氧粉末+胶粘剂+聚乙烯（挤压），总厚2～4mm底胶+防腐胶粘带（内带）+保护胶粘带（外带），总厚1～4mm适用温度（℃）-20～70-40～100-40～70-30～60施工方法人工或半机械化作业静电或等离子喷涂，工厂机械化作业线分段预制，现场热收缩套补口挤出成型法，工厂机械化作业线分段预制，现场热收缩套补口人工或机械化作业优缺点机械强度和低温韧性差，吸水率高，易受细菌腐蚀，施工劳动条件差，但成本低，目前国内应用最广机械性能和粘结性能强，耐阴极剥离及耐温性好，对施工质量要求高，成本高，损耗小机械性能、耐低温性及电绝缘性能强，其突出的优点是耐磨，对现场补口质量要求高，损耗小防腐性可靠，便于施工，进度快，对管材焊接部位的包覆质量不易达标3、单层熔结环氧粉末性能粘结力强，耐化学介质侵蚀性、耐温性能好，抗腐蚀性、耐阴极剥离性、耐老化性、耐土壤应力性能好，使用温度宽。涂层较薄，抗尖锐物冲击力较差，易被冲击损坏，不适合石方段，适合于大部分土壤环境和定向钻穿越粘质土壤。FBE防腐层结构序号涂层级别最小厚度(μm)参考厚度(μm)1普通级300300～4002加强级400400～500FBE涂层厚度要求（见上表）涂敷：喷（抛）射除锈Sa2.5级，锚纹深度40～100µm→加热至粉末涂敷温度→冷却→检测漏点修补：双组分液体环氧树脂涂料FBE涂层生产过程SurfaceCleaningExtrusionoftheadhesiveExtrusionofthepolyethyleneSprayingofepoxypowderAnnulardieHeating4、双层熔结环氧粉末涂层优越性：增强防腐涂层的抗冲击、耐划伤以及抗渗透性。涂层要求：普通级：涂层总厚度≧620µm加强级：涂层总厚度≧7000µm双层熔结环氧粉末涂层生产过程SurfaceCleaningSprayingoftheadhesiveSprayingofepoxypowderIR-HeatersAnnulardieHeating5、聚乙烯防腐层结构：底层－环氧粉末涂料中层－胶粘剂外层－聚乙烯性能：具有优良的机械强度、化学稳定性、绝缘性、抗植物根茎穿透性、抗水渗透性等，适用于对覆盖层机械性能、耐土壤应力级阻水性能要求较高的苛刻环境，如碎石土壤、石方段、土壤含水量较高、植物根系发达地区、3PE防腐层生产涂敷：预热钢管40～60℃喷射除锈Sa2.5级，锚纹深度50µm～75µm加热至涂敷温度挤出缠绕胶粘剂挤出缠绕聚乙烯冷却质量检查修补：损伤≦30㎜，采用辐射交联聚乙烯补伤片损伤＞30㎜。采用补伤片加热收缩带钢管防腐层生产过程六、管道防腐层的维护1、防腐层损伤及失效的原因（1）防腐层类型选择不当（2）防腐补口的质量不好（3）外力破坏造成防腐层损伤（4）防腐层自然老化（5）阴极保护的参数不适当（6）管理不善2、防腐层的维护1、经常监测防腐层状况2、防腐层分级管理3、制定、实施维修计划第二章

管道阴极保护基本知识

一、阴极保护的原理图3-1腐蚀电池示意图阴极保护的原理是给金属补充大量的电子,使被保护金属整体处于电子过剩的状态,使金属表面各点达到较负的电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。

从电化学原理可知，腐蚀电池的阴极是不发生腐蚀的，而只有阳极才发生腐蚀。因此，将被保护金属变成阴极，就可以防止金属的腐蚀，这种方法叫做阴极保护。阴极保护2种方法：1.牺牲阳极:将被保护金属和一种电位更负的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体阴极极化以降低腐蚀速率的方法。2.强制电流法(外加电流法)阴极保护：将被保护金属与外加电源负极相连，辅助阳极接到电源正极，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方法有：恒电位、恒电流等。图3-2牺牲阳极阴极保护金属活泼性顺序钾钙钠镁铝锌铁锡铅氢铜汞银铂金K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Pt>Au图3-3利用恒电位仪对管道强制电流阴极保护图二、阴极保护的基本参数1.自然电位自然电位是金属埋入土壤后，在无外部电流影响时的对地电位。自然电位随着金属结构的材质、表面状况、土质和含水量等因素的不同而不同,钢铁一般取平均值-0.55V。表3-1金属的在土壤中的自然电位（V）金属电位（CSE）高纯镁-1.75镁合金(6%Al,3%Zn,0.15%Mn)-1.60锌-1.10铝合金(5%Zn)-1.05纯铝-0.80低碳钢(表面光亮)-0.50to-0.80低碳钢(表面锈蚀)-0.20to-0.502.最小保护电位

使腐蚀停止，金属阴极极化所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。钢铁在土壤中的最小保护电位为-0.85V(相对于饱和硫酸铜参比电极)。3.最大保护电位

过大的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气,造成涂层与管道脱离，即阴极剥离,不仅使防腐层失效,而且大量消耗电能。金属阴极极化所允许施加的绝对值最大的负电位值，称之为最大保护电位。石油沥青的最大保护电位可到-1.50V，而熔结环氧粉末的最大保护电位可达-2.0V(CSE)。4.最小保护电流密度阴极保护时，使腐蚀停止或达到允许程度时所需的电流密度称为最小保护电流密度，例如新建沥青管道为30—50μA/m2，FBE管道为10--30μA/m2。与金属种类、腐蚀介质、防腐绝缘层等有关。5.IR降与断电电位

IR降指电流在介质中流动所形成的电压降，在电位测量中应去除。瞬间断电法是测IR降最普通的方法，断电意味着I=0，因而IR=0。断电之后，管道电位立即降落下来，然后再慢慢衰减。前面这一瞬间急落的电位便是IR降。

三、外加电流阴极保护

外加电流阴极保护是防止地下金属结构如管道、储罐等腐蚀的有效方法，它由恒电位仪、阳极地床、参比电极、测试桩、连接电缆等组成。

1.电源设备

目前常用的阴极保护电源设备有恒电位仪、整流器，恒电位仪不仅能够恒电位输出，还能恒电流输出。恒电位仪的供电方式首选交流市电，比较稳定。没有交流市电时，可选用农电、太阳能电源、热电发生器（TEG）、风力发电机等。国内大多采用太阳能电池供电。

2.3填包料：焦炭2.4辅助阳极的结构(1)浅埋式地床结构(2)深埋式阳极(深井式)

2阳极地床其作用是将保护电流经过介质传递到被保护结构物表面上。2.1阳极材料的选择在一般土壤中可采用高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极；在盐渍土、海滨土或酸性和含硫酸根离子较高的环境中，宜采用含铬高硅铸铁阳极。图3-9立式浅埋阳极示意图图3-10水平式浅埋阳极示意图2.5阳极数量与接地电阻(1)允许输出电流(2)接地电阻一般不大于1欧(3)使用寿命2.6阳极地床与管道的距离3.参比电极为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极，具有良好的重复性和稳定性,构造简单,广泛采用。4.电绝缘装在管道、管道支撑构筑物上。没有电绝缘就没有有效的阴极保护。常用的有绝缘法兰、绝缘接头、绝缘短管、绝缘支撑垫和绝缘胶皮，绝缘法兰不能埋地，只能架空；绝缘接头可以埋地设置。电气绝缘装置一般安装在：(1)管道所有权改变的分界处；(2)管道进出站处；(3)大型跨越段的两端。……管道套管与输送管应该电绝缘，通过绝缘支撑垫来实现。管道通过支墩或钢架时，也应避免管道与金属直接接触，通常管道下面垫加绝缘胶皮。500V兆欧表测量，绝缘电阻>2MΩ。5.接地电池为防止强电冲击，在绝缘装置两侧装设由牺牲阳极构成的接地电池，一旦有强电冲击，强大的电涌将通过填料的低电阻传至另一侧，而不损坏绝缘装置。图3-11接地电池示意图

6.检查片有阴保：0.0008mm/a

无阴保：0.017mm/a

图3-12检查片安装示意图

7、测试桩、里程桩和转角桩

定期检测管道阴极保护参数和防腐层状况。(1)电位测试桩，汇流点及每公里设一支；(2)电流测试桩，每5～8km处设一支；(3)套管、穿跨越处设一支；(4)绝缘接头测试桩，每一绝缘连接处设一支；(5)与其它管道、电缆等构筑物相交处设一支。管道测试桩按油气流向排列编号，一般位于流向左侧距管道中心线1.5m处。桩的标志应醒目，埋设要牢固稳定；测试桩可用钢管、玻璃钢和混凝土制作；与里程桩合用。图3-13混凝土测试桩图3-14里程桩和标志桩正面管道标志的前面和后背上应根据标志类型标注管道的主要参数，包括：工程名称、标志形式、里程、转角参数(转角方向、角度、转角方式、曲率半径等)图3-15穿越铁路和分界桩标志图图3-16均压线测试桩8、电缆敷设连接导线宜采用电缆直埋敷设，也可采用架空线方式。宜采用下列型号：电缆VV-1kV型架空线索LGJ型电缆与管道的连接，应采用铝热焊或锡焊。确保机械牢固可靠，导电性能良好。焊接处重新防腐绝缘。阳极电缆VV-1kV/1×25或35mm2阴极电缆VV-1kV/1×16mm2零位接阴电缆VV-1kV/1×6mm2参比电极电缆KVVP2×2.5mm2五、阴极保护的运行管理

1、阴极保护投入前的准备(1)检查管道对地绝缘(2)检查管道导电性(3)检查通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的连接。尤其是阳极引线接正极,管道汇流点接负极，严防电缆接反。(4)测自然电位、土壤电阻率、各站阳极地床接地电阻。2、阴极保护投入运行开始给定电位保持在-1.20伏左右

3、杂散电流

设计的回路以外流动的电流称杂散电流。(1)直流干扰直流电气化铁路、别的阳极地床、别的管道等>2.5mV/m时，防护管地电位正向变化100mV时，防护(2)交流干扰1)电容影响：施工时管道接地2)电阻影响:远离接地极3)感应影响：远离高压线表3-7管道与接地极安全距离表接地形式电力等级(kV)1035110220安全距离(m)铁塔或电杆接地13510电站变电所接地51015303)排流图3-17牺牲阳极排流

嵌位式排流接地体平面示意图>25000管道250025002500图3-18极性排流图3-19极性排流原理六、阴极保护的管理目标（主要控制指标）1、保护率等于100％；保护率：对所辖埋地钢质管道施加阴极保护的程度。计算公式：

管道总长－未达有效阴极保护管道长保护率=─────────────────×100％

管道总长2、运行率（开机率）大于98％运行率：埋地钢质管道年度内阴极保护有效投运时间与全年时间的比率。计算公式：全年小时数－全年停机小时数开机率=─────────────×100％

全年小时数3、保护度大于85％；保护度：衡量埋地钢质管道阴极保护效果的指标。计算公式：G1/S1－G2/S2保护度=─────────×100％

G1/S1

式中：G1—未施加阴极保护检查片