金属管道的腐蚀与防护

1stLecture金属管道的腐蚀与防护腐蚀基础知识主要内容1油气储运系统防腐蚀工作的重要性性2腐蚀的定义3管道腐蚀的分类延长管道使用寿命要求提高防腐蚀技术1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。

主要内容1油气储运系统防腐蚀工作的重要性2腐蚀的定义3管道腐蚀的分类狭义：腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏现象。从广义上讲，任何材料(金属或非金属材料)受到周围环境因素(如湿气、水、化工大气、电解液、有机溶剂、酸、碱等)的作用引起破坏或变质的现象，统称为“腐蚀”。2腐蚀的定义材料腐蚀：材料受环境介质的化学、电化学和物理作用的破坏现象。就金属而言，腐蚀就是在周围介质的化学或电化学作用下，并且经常是在物理因素或生物因素的综合作用下，金属由元素状态转为离子状态所引起的破坏。2腐蚀的定义主要内容1油气储运系统防腐蚀工作的重要性2腐蚀的定义3管道腐蚀的分类3.1按材料分3.2按机理分3.3按部位分3.4按形态分3管道腐蚀的类别金属腐蚀非金属腐蚀地下油气管道的管材多用碳钢或低强度合金钢，低压管道（水、气）也有用非金属材料的，如塑料、玻璃钢或水泥等。3.1按材料分化学腐蚀电化学腐蚀3.2按机理分管材金属与运输介质或环境介质直接发生化学反应而引起的损失。主要特点：腐蚀作用进行时没有电流产生，这在输油管道中并非主要腐蚀机理金属和外部截止发生电化学作用而引起破坏。主要特点：腐蚀过程伴随电流产生。这是输油管道中的主要腐蚀机理。3.2.1化学腐蚀的实质在一定的条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子作用的瞬间于碰撞的那一个点上完成的。电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行，因而没有电流发生。3.2.2电化学腐蚀的实质碳钢在酸中腐蚀时，在阳极区Fe被氧化为Fe2+，所放出的电子自阳极（Fe）流至钢表面的阴极区（如Fe3C）上，与H+作用而还原成氢气。阳极反应：阴极反应：总反应：电化学腐蚀实际上是一个短路的原电池反应的结果，又称腐蚀原电池。腐蚀原电池与一般原电池的差别：原电池把化学能转化为电能，作有用功；腐蚀原电池只能导致材料的破坏，不对外界作有用功。3.2.3电化学腐蚀的特点(1)介质为离子导电的电解质(2)金属/电解质界面反应过程是因电荷转移而引起的电化学过程，必须包括电子和离子在界面上的转移。(3)界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的氧化和还原过程。金属/电解质界面上伴随着电荷转移发生的化学反应称为电极反应。(4)电化学腐蚀过程伴随着电子的流动，即电流的产生。3.2.4电化学腐蚀的主要原因大气腐蚀土壤腐蚀杂散电流腐蚀细菌腐蚀微腐蚀电池宏腐蚀电池主要影响因素为土壤的性质3.3按部位分内壁腐蚀

介质中的水在管道壁生成一层亲水模并形成原电池所发生的电化学腐蚀，或其他有害物质（硫化氢、硫化物、CO2等）直接与金属作用引起的化学腐蚀。外壁腐蚀

与管道所处的环境有关。架空管道易受大气腐蚀，土壤水中的管道则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。特别是一旦防腐层被破坏，外币将直接受环境条件的腐蚀。3.4按形态分3.4.1全面腐蚀3.4.2局部腐蚀

金属表面的全部或大部都发生腐蚀，腐蚀程度大致是均匀的，故又称为均匀腐蚀。如高温氧化。均匀腐蚀的程度可以用腐蚀率来表示。常用两种单位：一是单位时间内、单位表面积上损失的质量，以ｇ/(ｍ2·ｈ)计；另一是单位时间内腐蚀的平均厚度，以ｍｍ/ａ计。由厚度腐蚀率可以估算设备的预期寿命，应用得更为广泛。3.4.1全面腐蚀(1)孔蚀(2)缝隙腐蚀(3)脱层腐蚀(4)晶间腐蚀(5)选择性腐蚀3.4.2局部腐蚀(6)磨损腐蚀(7)应力腐蚀开裂(8)腐蚀疲劳(9)氢腐蚀(1)点蚀腐蚀集中于金属表面的很小范围内，并深入到金属内部的孔状腐蚀形态。一般孔径小而深度深。点蚀系数：蚀孔最大深度/平均腐蚀深度易于生成炖化膜的金属材料（如不锈钢、铝）表面容易发生深的点蚀点腐蚀发生于有特殊离子的介质中。点腐蚀发生在某一临界电位以上。特征(2)缝隙腐蚀缝隙腐蚀是孔蚀的一种特殊形态，发生在缝隙内(如焊、铆缝、垫片或沉积物下面的缝隙)，破坏形态为沟缝状,严重的可穿透。缝隙腐蚀常有一段较长的孕育期，当缝内pＨ值下降到临界值后，与孔蚀相似，产生加速腐蚀。一般在含Cl-溶液中最易发生，有效的防止方法是消除缝隙。(3)脱层腐蚀在金属层状结构层与层之间产生腐蚀，先垂直向内发展，然后改变方向，有选择地腐蚀与表面平行的物质。腐蚀产物的膨胀力使未腐蚀的表层成层状脱离。(4)晶间腐蚀腐蚀从表面沿晶粒边界向内发展,外表没有腐蚀迹象,但晶界沉积有腐蚀产物,由金相显微镜可看到晶界呈现网状腐蚀。晶间腐蚀是晶界在一定条件下产生化学和组织的变化导致耐蚀性降低而引起的。奥氏体不锈钢的晶间贫铬引起的晶间腐蚀在工业中较为常见。(5)选择性腐蚀工业合金有不同成分和杂质,具有不同的结构,耐蚀性也有差别。在一定溶液中,有些活性组分溶出,剩下疏松的不活泼组分,强度和延性完全丧失。(6)磨损腐蚀(1)冲击腐蚀(2)空泡腐蚀(3)摩振腐蚀(7)应力腐蚀开裂合金在腐蚀和一定方向的拉应力同时作用下产生破裂,称为应力腐蚀开裂。裂缝形态有两种:沿晶界发展,称晶间开裂；缝穿过晶粒,称穿晶开裂,也有混合型。是最危险的腐蚀形态之一,可引起突发性事故。防止应力腐蚀的方法:进行热处理以消除部件的应力;改进设计结构,避免应力集中于局部,设计中选用的载荷应低于产生应力腐蚀的临界值;表面用喷丸处理产生压应力;采用电化学保护、涂料、或缓蚀剂等。(8)腐蚀疲劳腐蚀和交变应力共同作用引起的破裂在无腐蚀时,金属受交变应力作用将产生疲劳破裂。防止方法:(1)改进设计或进行热处理以消除和减小拉应；

(2)表面喷丸处理产生压应力；

(3)电镀锌、铬、镍等(但电镀时注意镀层中不可产生拉应力,也不可有氢渗入)；

(4)也可用缓蚀剂和阴极保护。(9)氢腐蚀(1)氢鼓泡(2)氢脆对低强度钢,特别是含大量非金属夹杂时,溶液中产生的氢原子很容易扩散到金属内部。当环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢反应的毒素时,进入钢内结合成分子,使钢表面产生鼓泡。当环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢反应的毒素时,进入钢内结合成分子,使钢表面产生鼓泡。防止方法:除去这类毒素最有效;防止方法:除去这类毒素最有效;也可选用无空穴的镇静钢代替沸腾钢。此外,可采用氢不易渗透的奥氏体不锈钢或镍的衬里