金属管道的腐蚀与防护讲解

管道阴极保护讲解金属的腐蚀与防护油气管道阴极保护技术培训1什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防护什么是腐蚀？1.腐蚀原理、类型和防护方法管道外壁腐蚀腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。★~~~~~~~~~~~~~~•环境介质：材料-环境交互作用•表面/界面现象•自发现象•材料损伤宏观上：材料质量流失、强度退化微观上：组织、结构或价态的改变什么是腐蚀？20世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域包含所有的天然和人造材料，塑料、陶瓷和金属。塑料发胀或开裂木头干裂或腐烂花岗岩风蚀水泥剥离脱落材料+化学+力学腐蚀什么是腐蚀？腐蚀的危害之一腐蚀的危害之三巨大的经济损失每年仅腐蚀就造成经济损失：腐蚀的危害之二自然资源的巨大浪费每年大约10～20％的金属年产量被腐蚀掉危及人生安全腐蚀的危害之四引起安全、环境危害腐蚀的危害1980:英国北海平台由于腐蚀疲劳倾覆导致123人丧生、石油减产12％1998:我国渤海平台套管腐蚀破裂倒塌导致原油泄漏，污染250km2腐蚀的危害1989:前苏联输气管道爆裂:1024人伤亡2004：日本核电站管道腐蚀造成泄漏事故腐蚀的危害塔里木油田某井油管腐蚀形貌图腐蚀的危害含硫输气管线沿着焊缝开裂失效城市天然气管道由于腐蚀造成的泄漏和爆炸腐蚀的危害美国和意大利的油气管道爆裂事故油气管道开裂和泄漏造成的环境污染严重什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防护为什么会发生腐蚀？①氧化铁②高炉③酸性转炉④管子轧制⑤钢管⑥管线腐蚀⑦氧化铁提炼过程腐蚀过程热力学规律:材料总是趋向于最低能量状态存在赤铁矿Fe2O3什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防护e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-Fe++Fe++Fe++Fe++Fe++OH-OH-OH-Fe(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)2H+H+H+H+H+H+H+HHH2阴极点阳极点e-Fe++显微视图腐蚀的发生过程？腐蚀是一个涉及电子和离子流动的电化学过程。腐蚀过程包括金属失去电子的氧化反应和消耗这些电子的还原反应。阳极反应：Fe→Fe2++2e-阴极反应：2H++2e-→H2O2+2H2O+4e-→4OH-腐蚀发生的必要条件阳极阴极电解质电子/金属通道腐蚀发生在腐蚀电池中⑤沥青封闭⑥空位间隙⑦碳和二氧化锰混合物⑧碳棒①防护外壳②电解质糊（氯化铵和氯化锌）③锌④隔板⑨负极•阳极（锌）•阴极（石墨）•电解质（电解质糊、碳、氧化锰）•电子通路（外部回路）石墨-锌电池——腐蚀电池腐蚀发生的必要条件氧浓度不同温度不同管线表面性质不同金属类型不同土壤化学成分不同……差异腐蚀电池管线和其他地下结构的腐蚀来自于差异腐蚀电池。阳极阴极阳极阴极阴极腐蚀发生的必要条件氧浓度不同温度不同管线表面性质不同金属类型不同土壤化学成分不同……差异腐蚀电池管线和其他地下结构的腐蚀来自于差异腐蚀电池。阳极阴极阳极阴极阴极不同金属在海水中的实际电偶序金属Voltsvs.Cu-CuSO4Voltsvs.Ag-AgCl活性或阳极端活性或阳极端镁–1.60to–1.75–1.55to–1.70锌–1.10–1.05铝–1.05–1.00清洁碳钢–0.50to–0.80–0.45to–0.75生锈碳钢–0.20to–0.50–0.25to–0.45铸/球墨铸铁–0.50–0.45铅–0.50–0.45混凝土中的钢–0.20–0.15铜–0.20–0.15高硅钢–0.20–0.15碳，石墨+0.30+0.35惰性或阴极端惰性或阴极端铁(Fe)铜(Cu)温度差异压缩站热天然气较冷的天然气阴极电流流动温度不同导致的差异腐蚀电池阳极阳极阴极溶解盐浓度较高的土壤溶解盐浓度低的土壤离子浓度溶解盐浓度不同导致的差异腐蚀电池氧渗入氧渗入铺砌层缺氧或无氧阳极阴极阳极阴极氧浓度不同导致的差异腐蚀电池氧浓度低(阳极)氧浓度高(阴极)缝隙腐蚀实例氧浓度不同导致的差异腐蚀电池什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防护金属腐蚀的分类方法按腐蚀所在环境分类按腐蚀形态分类按腐蚀反应机理分类……工业环境中的腐蚀自然环境中的腐蚀生物环境中的腐蚀•大气腐蚀•土壤腐蚀•淡水和海水腐蚀•微生物腐蚀•酸、碱、盐溶液中的腐蚀•工业水中的腐蚀•熔盐中的腐蚀•石油天然气的腐蚀•液态金属的腐蚀•宇航环境•核工业环境按材料所在环境金属腐蚀的分类方法•大气腐蚀所造成的金属损失，约占金属总腐蚀量的50％以上•大气腐蚀是金属表面处于薄层电解液下的腐蚀，腐蚀过程服从电化学腐蚀的一般规律大气腐蚀土壤腐蚀•土壤是由土粒、水、空气、有机物等气、液、固多种组分构成的复杂的多相体系•大多数金属在土壤中的腐蚀为氧的去极化腐蚀•海水中含有大量氯离子，它能破坏钝化膜，不锈钢在海水中也要遭到严重的局部腐蚀•海水的导电性好，腐蚀过程的电阻滞小，电偶腐蚀的影响范围大•如不加防护措施的话，海水中的青铜螺旋桨可引起远达数十米处钢质船壳的腐蚀海水腐蚀微生物腐蚀•微生物的新陈代谢会产生酸、硫化物、氢等，能增加环境的腐蚀性•可促进腐蚀的电极反应动力学过程•改变金属周围氧的浓度，形成了氧浓差等局部腐蚀电池•破坏保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性局部腐蚀全面腐蚀•均匀腐蚀•不均匀腐蚀按材料腐蚀形态•点蚀（孔蚀）•缝隙腐蚀及丝状腐蚀•电偶腐蚀（接触腐蚀）•晶间腐蚀•选择性腐蚀金属腐蚀分类局部腐蚀(点蚀)全面腐蚀与局部腐蚀均匀腐蚀各部位腐蚀速率接近；金属的表面比较均匀地减薄，无明显的腐蚀形态差别；腐蚀的发生在金属的某一特定部位；阳极区和阴极区可以截然分开，其位置可以用肉眼或微观观察加以区分；全面腐蚀危害：造成金属的大量损失，可以检测和预测腐蚀速率，一般不会造成突然事故。根据测定和预测的腐蚀速率，在工程设计时可预先考虑应有的腐蚀裕量。局部腐蚀的危害：导致的金属的损失量小，很难检测其腐蚀速率，往往导致突然的腐蚀事故。腐蚀事故中80％以上是由局部腐蚀造成的，难以预测腐蚀速率并预防。全面腐蚀与局部腐蚀的比较•主要集中在某些活性点上，不断向金属内部深处发展•通常其腐蚀深度大于孔径，严重时可使管道或设备穿孔•表面上可观察到许多斑点•点蚀还可诱发成其它形式的腐蚀，如应力腐蚀破裂和腐蚀疲劳等局部腐蚀－点蚀•腐蚀首先在晶粒边界发生，并沿着晶界向纵深发展•由于合金元素在晶粒边界的富集或贫化，或者由于晶粒边界存在杂质所引起•有拉应力的情况下，这种腐蚀更加危险•高强度合金及不锈钢就容易产生晶界腐蚀局部腐蚀－晶间腐蚀•合金中的某一组分由于腐蚀，优先地溶解到电解质溶液中去，从而造成另一组元素富集在金属表面上•例如，铸铁在介质中，铁素体被溶解，碳化物和石墨在表面积累•灰口铸铁在土壤、矿石、盐水等环境中使用时常发生选择性腐蚀局部腐蚀－选择性腐蚀•应力腐蚀开裂•腐蚀疲劳•磨损腐蚀（冲击、振动）•氢致腐蚀•空泡腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀：高温氧化按腐蚀反应机理电化学作用电化学+机械作用电化学+生物作用物理溶解腐蚀：Fe在液体钠中的腐蚀金属腐蚀分类电化学＋力学作用•应力腐蚀开裂–在机械应力与腐蚀介质共同作用下，在远低于屈服强度的条件下，发生突然的、没有形变预兆的腐蚀破坏•腐蚀疲劳–当交变应力与腐蚀介质共同作用下，产生的脆性断裂作用–金属的疲劳极限大大降低，因而会过早地破裂•磨损腐蚀（或腐蚀磨损）–电化学腐蚀和机械磨损同时存在，两者互相加速–造成的破坏比单纯腐蚀或单纯磨损要大得多•氢诱发的腐蚀（或氢脆、氢致开裂）–金属由于不恰当的酸洗、电镀、阴极保护，使表面有氢产生–降低了金属原子之间的结合强度，使材料变脆电化学＋力学作用耐蚀性分类耐蚀性等级腐蚀速度（mm/a）Ⅰ完全耐蚀10.001Ⅱ很耐蚀20.001~0.00530.005~0.01Ⅲ耐蚀40.01~0.0550.05~0.1Ⅳ尚耐蚀60.1~0.570.5~1.0Ⅴ欠耐蚀81.0~5.095.0~10.0Ⅵ不耐蚀1010.0表2金属腐蚀性十级标准金属耐蚀性等级表1金属耐蚀性三级标准金属耐蚀性等级耐蚀性分类耐蚀性等级腐蚀速度（mm/a）耐蚀10.1可用20.1~1.0不可用31.0如何探测腐蚀试样失重法漏磁检测技术超声波检测技术射线检测技术涡流检测技术基于光学原理的无损检测技术……多频管中电流衰减测试法(PCM)密间隔电位测试技术(CIPS)直流电位梯度法(DCVG)Pearson测试技术变频-选频法电火花法防腐层绝缘电阻率测量法……腐蚀检测：依靠检测工具检测出管壁上的腐蚀缺陷,从而了解管道的腐蚀状况,以便于管道的风险评估和维护维修,为管道的安全运行提供可靠保障。管道内检测管道外防腐层检测①正确选材，合理设计(抗硫钢、耐蚀合金、13Cr)②覆盖层保护③电化学保护④缓蚀剂保护如何减缓腐蚀？阴极保护阳极保护减缓地下管线及设备腐蚀的主要方法什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防护