输气管道防腐技术ch2s-080825

第二章自然环境下的腐蚀1金属材料暴露在空气中，由空气中的水和氧气等的电化学作用而引起的腐蚀称为大气腐蚀。

§2.1大气腐蚀

概述

在腐蚀学科中，常把大气分为海洋、工业、城市、农村大气四类（根据地域划分），其中的海洋大气腐蚀最为严重，工业大气、城市大气次之，农村大气最轻。日常生活中，常可看到海边城市自行车圈锈蚀比内陆的严重的多，据文献介绍钢在海岸的腐蚀比在沙漠中大400～500倍；工业大气比沙漠区的腐蚀可能大50至100倍。2工业大气、城市大气的腐蚀性超过农村大气，主要原因是空气污染严重，含有大量的腐蚀性气体，如SO2、CO2等。海洋大气因其含有盐分及海水的蒸发使其腐蚀性较之工业和城市大气都严重。3

大气腐蚀是一种电化学过程，对于大气的腐蚀性，有时不能光看某些腐蚀性气体的含量和降尘量的大小，如沈阳大气污染中SO2最大浓度达1.38mg/m3，降尘量高达953mg/m2，五年合计相对湿度≥70％的天数为619天；上海大气中SO2最大浓度为0.19mg/m2，五年合计相对湿度＞70％的天数为1162天，且气温比沈阳高。实验结果表明腐蚀以上海比沈阳严重。因为上海湿度大的天数比沈阳高一倍。大气腐蚀是一个综合作用的结果，在分析大气腐蚀性时，通常碳钢的大气腐蚀速率取决于湿度、温度、降水量、凝露以及大气组成、灰尘、含盐量、大气污染等。42.1.1分类

根据大气中水汽与金属表面反应速度不同，把大气腐蚀分为三类：1、干大气腐蚀指在非常干燥的空气中，金属表面不存在液膜层时的腐蚀（未形成连续电解液）。2、潮大气腐蚀当相对湿度足够高，金属表面存在肉眼看不见的薄液膜层时发生的腐蚀。3、湿大气腐蚀在金属表面存在着肉眼可见的凝结水膜时的腐蚀。

5图2-1大气腐蚀与金属表面上水膜层厚度之间的关系Ⅰ一水膜厚度δ=1～10nm的区域；Ⅱ一水膜厚度δ=10nm～1μm的区域；Ⅲ一水膜厚度δ=1μm～1mm的区域；Ⅳ一水膜厚度δ＞1mm62.1.2大气腐蚀的电化学过程特点：金属处于薄层电解液下的腐蚀过程大气腐蚀时阴极去极化过程主要是依靠氧的去极化作用，大气腐蚀的阳极过程在薄液膜下会受到较大的阻碍（阳极钝化，金属离子水化过程的困难是造成阳极极化的主要原因）。结论：随液膜变薄大气腐蚀的阴极过程将更容易进行，相反阳极过程变得较为困难。72.1.3大气腐蚀的影响因素1.结露当金属表面处在比的它温度高的空气中，这时空气中的水蒸汽将以液态凝结在金属表面上，这种现象称为结露（例空调器的排水器）。82.湿度临界湿度：大气腐蚀速度剧增时的大气相对湿度值称为临界湿度。在临界湿度附近结露和气温变化有关。据统计结果表明，在其它条件相同时，平均气温高的地区，大气腐蚀速度较大。93、降雨量：影响原因：降雨后空气湿度上升。雨水沾湿表面。冲刷破坏腐蚀产物保护层而促进腐蚀。结论：雨水多的地区，空气潮湿，金属的腐蚀比较严重。104、大气成分：（主要讨论其中杂质成分）SO2大气污染物质中，SO2影响最大，且冬季污染更严重。来源：石油，煤为燃料的废气。例：铁，锌金属在含SO2大气中生成易溶的硫酸盐产物，其腐蚀速度和大气中SO2含量成直线关系上升。11NaCl的影响（指海水水滴）影响原因：NaCl颗粒它具有吸湿作用，增大了表面液膜层的导电，Cl离子本身有很强的侵蚀性，因而使腐蚀变得严重。固体尘粒影响影响原因：尘粒本身具有腐蚀性。尘粒本身无腐蚀作用，但能吸附腐蚀性物质。尘粒本身无腐蚀作用，它落在金属上会形成缝隙而凝结水分形成氧浓差的局部腐蚀条件。122.1.4防止大气腐蚀的方法

在碳钢中加入某些合金元素采用有机或无机涂层，金属镀层采用气相缓蚀剂降低大气湿度合理设计构件、防止缝隙中存水、去除金属表面灰尘等。13水腐蚀指自然界中存在的水（如海水、江河水、雨水、地下水等）对金属构件和设备产生的腐蚀作用。这些水大部分为近中性介质，其腐蚀过程的去极化剂为溶解氧，在某些受污染的或含有H2S水介质中，还会发生H+还原的过程。其腐蚀反应为：§2.2自然水腐蚀14在水介质中，除了发生一般的电化学腐蚀外，某些条件下（如厌氧环境）也会发生微生物腐蚀。微生物主要为真菌、藻类和细菌，一般真菌和藻类并不直接引起金属的腐蚀，但它们的分泌物或沉积物下金属表面则常发生腐蚀。细菌主要指产粘泥细菌、铁沉积细菌、产硫化物细菌和产酸细菌，它们引起的金属腐蚀速率较大，除了钛合金具有耐微生物腐蚀能力外，其他合金几乎都发生过微生物腐蚀的实例。15水介质中的腐蚀形态可分为均匀腐蚀、点蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和氢损伤等。不同的合金在不同的水介质中其腐蚀形态是不一样的。162.2.1淡水腐蚀淡水的种类很多，通常可分地下水、地表水。地表水中又有湖水、河水。淡水的腐蚀性变化很大，主要受溶解氧含量、硬度、碱度、氯化物浓度、硫酸根浓度、硫化物含量、流速和温度等影响。17淡水中腐蚀性质：电化学腐蚀过程，溶液中金属离子浓度低阳极过程容易进行，通常受阴极过程所控制。18环境因素：

pH值在pH=4～9的范围内，腐蚀速率与水的pH值无关（钢表面有一层保护膜）。溶氧淡水的腐蚀受阴极过程控制，除酸性较强的水以外，其腐蚀速度与溶氧量及氧的消耗成正比。19溶液成分水中含盐量增加（到一定程度），腐蚀加快。一般阳离子对腐蚀影响不大，部分阳离子有缓蚀作用。阴离子一般都有害，但有部分例外（PO43-、NO2-）。水温符合一般规律，温度↑腐蚀↑20对于淡水中的腐蚀一般采用覆盖层或缓蚀阻垢剂防护；在微生物腐蚀为主要腐蚀原因时，加入杀生剂和缓蚀剂。流速金属在水中的腐蚀与流速的影响和其它因素的联系很复杂。基本上遵循以下规律：初始，流速↑腐蚀↑→流速增大到一定值，腐蚀↓→流速继续↑腐蚀↑212.2.2海水

海洋占地球表面积的71％，约为361×106Km2，平均水深为3795m，pH值为8.l±0.2。海水的成分较复杂，而且随水的深度而变，含盐量在3.0％～3.5％之间，溶解氧量为3～8mg/L，并随水的深度而变化。表2-4海水的主要成分（氯度=19‰）221、特征：增加导电率，含氧量、含盐量高2、影响海水腐蚀的因素所含盐类及其浓度海水中盐的种类很多，其中以氯化物的含量最多，约占总盐量的85％以上。其所含盐量常以盐度表示，系指1000g海水中溶解的固体盐类的克数。在表层海水中，总盐度一般在32～37.5的范围内。含盐量的多少会直接影响海水的电导值。23溶解的氧量金属在海水中的腐蚀过程是受阴极反应中氧的去极化作用控制的，因此海水中溶解的氧量是影响腐蚀性的一个重要因素，腐蚀速度随氧含量的增高而加快。海水中的氧含量随深度的增加而降低，根据挪威西部海面的实测，表面海水中的氧含量为6.2～6.6mol／L。温度温度愈高，金属在海水中的腐蚀速度愈快。海水温度是随纬度、季节和深度不同而变化的。水温高处，往往盐度也高。24流速海水的运动有助于将空气中的氧扩散到金属表面，因此随着海水运动速度的加大，腐蚀速度将加快。此外，挟带着泥砂的海水对金属构筑物表面的高速冲刷，还会产生“磨蚀”。海洋生物除了细菌腐蚀以外，海藻、贝类等海洋生物附着在金属表面，阻碍了氧与金属的接触，会形成氧的浓差电池，在构筑物上出现坑蚀。253.海水腐蚀的特点由于海水接近中性，并含有大量的氯离子，故海水对于钢铁等大多数金属的腐蚀，其阳极极化的程度很小，腐蚀速度主要是由阴极反应过程中氧的去极化作用所控制。不同的金属材料在海水中的自然电位与其标准电极电位差异较大，电偶序也有所变化。由于海水的电阻率很小，其腐蚀速率大。26对于海洋采油平台和油气输送管道的防腐，要特别注意海洋大气带和飞溅带的特点。海洋大气湿度高并含有盐雾，其腐蚀形式主要还是全面腐蚀。飞溅区和潮差区，构筑物受浪花和海潮的冲击，不仅会发生全面腐蚀，还有坑蚀和冲蚀，需要采取特殊的防腐保护层。

不同水深处，腐蚀速率不同。将若干块互不连通的碳钢小试件放在不同水深处所测得的腐蚀速率与位置的关系见图2-2（a），可见飞溅区与潮差区腐蚀最重；在全浸区，腐蚀速率随水深的增加而减小，因为在不同深度处，海水的含氧量不同。27图2-2腐蚀速率与水深的关系Ⅰ-海洋大气；Ⅱ-飞溅区；Ⅲ-潮差区；Ⅳ-全浸区；Ⅴ-海泥区需要注意的是，在从海平面一直伸到海底的整个金属构筑物上，各处的腐蚀速率要比处于同一水深的小构件快得多。图3-2（b）为从海面一直插到海泥中的长钢桩上各处的腐蚀速率与水深的关系。28对于海水的腐蚀可采用覆盖层和阴极保护联合防护方法控制各种合金的腐蚀，但应与覆盖层的耐蚀电位性能相容。292.2.3矿化水腐蚀

矿化水主要是指含有较高离子浓度的深层地下水，或由于海水倒灌而使水含盐量增大的淡水。这种水质多为石油开采和生产当中遇到，如注水系统、水分离系统及原油储存设备中均常常发生矿化水的腐蚀问题。矿化水的腐蚀性主要有如下影响因素。30矿化度：一般矿化度越高，水的电导率越大，腐蚀率增大。C1-、CO32-

等腐蚀性离子浓度：这些离子的浓度愈高，其腐蚀性愈强。温度：有些矿化水是处于高温状态（40～90℃），温度