管道防腐專業(yè)基礎知識培訓

1、管道防腐專業(yè)基礎知識培訓 北京輸氣管理處-劉 卿,培訓目的,理解金屬腐蝕與控制原理掌握埋地管道外腐蝕防護的方法掌握三層PE防腐層結構理解管道陰極保護原理掌握外加電流陰極保護系統(tǒng)結構掌握管道陰極保護準則掌握管道電位測試方法,第一章：金屬腐蝕與控制原理第二章：管道外涂層系統(tǒng)第三章：管道外加電流陰極保護系統(tǒng)第四章：管道陰極保護測試

2、,第一章：金屬腐蝕與控制原理,金屬腐蝕的定義腐蝕電池金屬電化學腐蝕熱力學金屬電化學腐蝕動力學金屬腐蝕的分類埋地管道的外腐蝕金屬腐蝕的控制途徑埋地管道外腐蝕防護的方法管道防腐蝕保護示意圖,金屬腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生作用而被破壞的現象。它是一種自發(fā)進行的過程，給人類帶來的經濟和社會危害極大。例如：金屬構件在大氣中生銹；化工生產中，金屬設備與腐蝕性強的介質接觸，尤其在高溫、高壓和高流速的條件下，造成設備生銹、老化、變形等現象

3、。,金屬腐蝕,思考：大家都知道，鐵放在潮濕的空氣中一段時間會生銹，誰知道這是為什么？,鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣和水接觸，發(fā)生化學反應，而產生的一種化學腐蝕。4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3·H2O鐵失去電子被氧化；氧得到電子被還原。,金屬腐蝕的定義,腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生化學或電化學反應而導致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學過程，而且大多都是電化學過程，伴隨著氧化-還原反應的發(fā)生。 金屬的化學腐蝕：金屬跟接觸到

4、的物質直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。金屬的電化學腐蝕 ：不純的金屬或合金與電解質溶液接觸，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。腐蝕的本質：金屬發(fā)生氧化-還原反應。,腐蝕原電池—電化學腐蝕的前提,金屬回路：連接陰極和陽極的任何金屬；陰極：被保護的部分，得電子；陽極：被腐蝕的部分，自身失去電子；電解質：導電介質。,金屬電化學腐蝕熱力學,金屬從礦石（金屬氧化物）中提煉出來需要很大的能量，使其處于一個高能級狀態(tài)。熱力

5、學的一個規(guī)律是：材料總是趨向于以最低能量狀態(tài)存在。因此，多數的金屬處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，具有尋求低能量狀態(tài)的傾向，如形成氧化物或其他化合物。金屬轉化成低能量氧化物的過程就是腐蝕。,金屬電化學腐蝕動力學,金屬在電解質中受自身材質、電解液種類、電解液濃度、溫度、PH值等影響其電極電位不相同。當這些金屬在電解液中作為腐蝕電池的陰、陽極時會產生電位差，引起腐蝕電池中的電流流動，即腐蝕電流。腐蝕的驅動力是電極電位差,碳-鐵電池在中性土壤中

6、的腐蝕圖,金屬腐蝕的分類,按腐蝕機理分類：化學腐蝕、電化學腐蝕、物理腐蝕按腐蝕破壞的形貌特征分類：全面腐蝕、局部腐蝕按腐蝕環(huán)境分類：大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕以及化學介質中的腐蝕。,埋地管道的外腐蝕,鋼在土壤中的腐蝕屬于電化學腐蝕。由于鋼管的材質不同；土壤環(huán)境中的透氣性、含水量、酸度、含鹽量、電阻率、氧氣濃度等不同，使得管道在土壤中的電位不同，從而在管道表面形成陰、陽極，驅動腐蝕的發(fā)生。管道是金屬回路、土壤是電解質。,鋼鐵表面的

7、微小原電池示意圖,陽極（Fe）：Fe - 2e = Fe2+ 陰極（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH-4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（鐵銹）,金屬腐蝕的控制途徑,正確選用耐腐蝕材料合理的防腐設計（結構設計、工藝設計）電化學保護（陰極保護、陽極保護）介質處理（脫硫、脫水、添加緩蝕劑）金屬表面覆蓋層（金屬與腐蝕性介質隔離）,埋地管道外腐蝕防護的方法,采用外涂層和施加陰極保護是管道外腐蝕防護的主要

8、手段盡管管道的絕大多數表面都被涂層有效地保護著，但是在漏點處或是剝離區(qū)中將會產生較高的腐蝕速率，很可能導致穿孔或開裂。所以埋地管線的涂層系統(tǒng)少有不與陰極保護共同使用的。陰極保護分類：犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。目前陜京管道常采用外加電流陰極保護的方式。,管道防腐蝕保護示意圖,,金屬 + 土壤 腐蝕,,,,金屬 + 土壤 腐蝕,,,涂層將金屬與土壤隔離開,整流器將交流電流轉變成脈動直流電流,通過涂層以及陰極保護

9、系統(tǒng)，最終形成一個完整的管道保護系統(tǒng)。,第二章：管道外涂層系統(tǒng),涂層常用外涂層種類三層PE防腐層,涂層,涂層的用意是要在金屬表面上形成一層絕緣材料的連續(xù)覆蓋層，將金屬與其直接接觸的電解質之間進行絕緣（防止電解質直接接觸到金屬），即設置一個高電阻使得電化學反應無法正常發(fā)生?，F實中，所有的涂層，不論總體質量如何都存在空洞（通常稱為不連續(xù)點）被稱做漏點，這些漏點一般是在涂敷、運輸或者安裝過程中產生的；使用過程中，涂層漏點一般是由于涂層老

10、化、土壤應力或是管道在土壤中移動而產生的，有時也可能來自未被及時發(fā)現的第三方破壞。,管道常用外涂層種類,三層PE防腐層,陜京管道埋地干線防腐采用三層PE防腐涂層，其結構為： 底層：熔結環(huán)氧底層,厚度≥100μm； 中間層：共聚物熱熔膠厚度170～250μm； 外層（背層）：聚乙烯防腐層,厚度≥3.0或≥3.7mm。 根據德國調研數據,三層PE涂層的使用壽命在30年以上，是一種性能優(yōu)異的外防腐涂層。從強度方面考慮，三層

11、PE分為普通型和加強型（穿跨越段），普通型涂層總厚度為3.0mm左右，加強型涂層總厚度超過3.7mm。,三層PE結構示意圖,外加電流陰極保護原理外加電流陰極保護系統(tǒng)示意圖外加電流陰極保護系統(tǒng)的構成陰極保護準則,第三章：外加電流陰極保護,外加電流陰極保護原理,對被保護金屬施加負電流，通過陰極極化使所有陰極點的電位都達到了最活潑陽極點的開路電位時，結構物上的腐蝕就停止了。,外加電流陰極保護系統(tǒng)示意圖,直流電源的正極連接輔助陽極，負極連

12、接需要保護的構件（管道）。電流從輔助陽極流出，經電解質到達管道表面（破損處），再流回電源的負極。,外加電流陰極保護系統(tǒng)的構成,電源：外加電流陰極保護電源分為：整流器和恒電位儀兩種。整流器：是一種將交流電轉變?yōu)橹绷麟姷难b置。由變壓器、整流元件、濾波器、控制單元等組成，它機構簡單、易于安裝、操作維護簡便，工作穩(wěn)定、適應性強。恒電位儀：廣義地說，恒電位儀也是一種整流器。它是一種能自動地控制管道電位恒定的電子儀器。它有一個控制電位和一個保

13、護電位，恒電位儀的作用就是控制輸出使保護電位和控制電位達到一致。若保護電位偏正則增加輸出，若保護電位偏負則減小輸出。,PC-1A型恒電位儀,陰極保護整流器,外加電流陰極保護系統(tǒng)的構成,輔助陽極（也稱惰性陽極）一般由高硅鑄鐵、鉑鈦或貴金屬氧化物和填埋料（通常為焦碳）組成；陽極壽命應盡可能長，選擇合適的數量并埋在土壤電阻率低的位置以降低陽極接地電阻。 輔助陽極地床是陰極保護站重要的輔助設施，通常陽極地床型式可分為深井和水平連續(xù)淺埋兩

14、種形式，陽極材料采用貴金屬氧化物或加鉻高硅鑄鐵等。陰極（即管道）,外加電流陰極保護系統(tǒng)的構成,連接電纜：功能是將上述各部分組件，按照技術要求連接成完整的保護系統(tǒng)。 電纜類型：－ 陽極電纜－ 陰極電纜－ 零位接陰電纜 － 參比電纜－ 接地電纜,陰極保護正常運行的其它必要設施,參比電極 ：是測量被保護結構物電位的半電池（大家都知道結構物的電位值無法測量，只能通過與某個標準比較才能得出相對電位，參比電極就是這個標準）。管道上最常

15、用的參比電極是銅/硫酸銅參比電極。結構為一根較粗的銅棒用做電極體，浸入飽和硫酸銅溶液。它分為便攜和長效兩種。長效參比一般埋設在通電點和測試樁附近用于測量管道電位。,陰極保護正常運行的其它必要設施,測試樁：為了確認已經按照適用準則建立起符合要求的陰極保護，以及陰極保護系統(tǒng)的所有部分都正常運行，進行電性能測量和檢測是十分必要的。測試樁是用來測定埋地管線的陰極保護狀況以及進行腐蝕控制相關的其他測試工作的最好途徑。測試樁根據其功能，其類型為

16、電位測試樁、電流測試樁、絕緣接頭測試樁、犧牲陽極測試樁和穿路套管測試樁等。,陰極保護正常運行的其它必要設施,絕緣件：在長輸管線中，絕緣接頭用來斷開被保護管道和與之相連的某些裝置、設備、支路的電連接，避免陰級保護電流散失到不需要保護的相連部件上，以保證陰極保護技術的成功。是管道陰極保護系統(tǒng)中不可缺少的重要管件。在分輸站的進出站、閥室放空管、閥室內接地處均設有絕緣接頭。,電位變送器：電位傳送器可將埋地金屬管道的管地電位信號(-3～0V)隔離

17、變換成標準工業(yè)信號（4～20mA）輸出，便于站控系統(tǒng)進行數據采集和處理。在大部分的閥室內均有電位傳送器，用于傳送管道電位。,陰極保護準則,我們如何知道埋地結構獲得了充分保護？最常用的準則是電位準則，也就是測量管道與地之間的電位。1、在施加陰極保護時，測得的管道相對飽和硫酸銅參比電極（簡稱CSE）電位達到-850mV或更負，2、陰極保護狀態(tài)下管道的極限保護電位不能比-1200mV（CSE）更負。3、以上測量電位時應消除IR降的影響

18、。IR降：根據歐姆定律，由于電流的流動在參比電極與金屬管道之間的電解質（土壤）內產生的電壓降。 防腐工程師需要定期進行測量和檢測，以便及時發(fā)現管道陰極保護狀況的變化。,第四章：管道陰極保護測試,管道電位測試交流干擾電壓測試工器具的維護和保養(yǎng)安全,管道電位測試,測量時應將測試樁接線口銹蝕除掉，露出金屬本色。將飽和Cu-CuSO4參比電極直立放置管道頂部地面土壤中，若土壤干燥需澆適量水。萬用表負極（黑表筆）接參比電極，正極（紅

19、表筆）接測試點，數字萬用表選擇直流2V檔。測量時應保持半分鐘以上，待萬用表示數穩(wěn)定后再讀數；如不能穩(wěn)定則讀其平均數，讀數取小數點后面兩位。用長效參比電極測量保護電位與上述方法基本相同，只是萬用表負極（黑表筆）接長效參比電極測試點即可。測得電位值比-850mV更負為合格。,,交流干擾電壓測試,測量時應將測試點銹蝕除掉，露出金屬本色；將鋼棒電極直立打入垂直距離管道10米的土壤中，若土壤干燥需澆適量水；萬用表負極（黑表筆）接鋼棒電極

20、，正極（紅表筆）接測試點，數字萬用表選擇交流20V檔，讀數取整數；測量時應保持半分鐘以上，待萬用表示數穩(wěn)定后再讀數；如不能穩(wěn)定則讀其平均數；測得電壓值，一般15V以下為合格。,工器具的維護和保養(yǎng),萬用表：萬用表長期不用需將電池取出，避免電池漏液。每年需要利用電位差計對萬用表進行一次校準。參比電極：由于參比電極的滲透膜較脆弱，因此在使用過程中一定要避免摔碰。硫酸銅溶液一定要飽和。（溶液中始終有未溶解的硫酸銅晶體）。配制硫酸

21、銅溶液時一定要用蒸餾水。長期不用參比電極應把硫酸銅溶液倒掉，等用時再重新配制。,安全,陰保機操作：操作前檢測陰保機外殼是否存在危險電壓（小于36V） 。不要接觸暴露的接線端子。電位測試：對于可能存在交流電壓的管道，應首先測量交流電壓（應低于15V）。測量接線應采用絕緣線夾，以避免與未知高壓電接觸。測量操作中應首先接好儀表回路，然后再連接被側體，測量結束時，按相反的順序操作，并執(zhí)行單手操作法。雨天嚴謹進行各項陰保測試工作。