金屬管道的腐蝕與防護講解

1、,管道陰極保護講解,金屬的腐蝕與防護,,油氣管道陰極保護技術(shù)培訓,1,什么是腐蝕？,為什么會發(fā)生腐蝕？,腐蝕的發(fā)生過程？,如何探測腐蝕？,如何減緩腐蝕？,腐蝕的類型？,金屬的腐蝕與防護,什么是腐蝕？,1. 腐蝕原理、類型和防護方法,管道外壁腐蝕,腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學、電化學和物理作用產(chǎn)生的損壞或變質(zhì)現(xiàn)象。腐蝕包括化學、電化學與機械因素或生物因素的共同作用。,,環(huán)境介質(zhì)：材料-環(huán)境交互作用表面/界面現(xiàn)象自發(fā)現(xiàn)象材料損傷,什么是

2、腐蝕？,20世紀60年代前，材料腐蝕的定義只局限于金屬生銹：鐵及鐵基合金生成以水合氧化鐵為主的腐蝕腐蝕的概念逐步涉及到整個材料領(lǐng)域 包含所有的天然和人造材料，塑料、陶瓷和金屬。塑料發(fā)脹或開裂木頭干裂或腐爛花崗巖風蝕水泥剝離脫落,什么是腐蝕？,腐蝕的危害之一,腐蝕的危害之三,巨大的經(jīng)濟損失,每年僅腐蝕就造成經(jīng)濟損失：,腐蝕的危害之二,自然資源的巨大浪費,每年大約10～20％的金屬年產(chǎn)量被腐蝕掉,危及

3、人生安全,腐蝕的危害之四,引起安全、環(huán)境危害,腐蝕的危害,1980:英國北海平臺由于腐蝕疲勞傾覆導致123人喪生、石油減產(chǎn)12％,1998:我國渤海平臺套管腐蝕破裂倒塌導致原油泄漏，污染250km2,腐蝕的危害,1989:前蘇聯(lián)輸氣管道爆裂:1024人傷亡,2004：日本核電站管道腐蝕造成泄漏事故,腐蝕的危害,塔里木油田某井油管腐蝕形貌圖,腐蝕的危害,含硫輸氣管線沿著焊縫開裂失效,城市天然氣管道由于腐蝕造成的泄漏和爆炸,腐蝕的危害,美國

4、和意大利的油氣管道爆裂事故,油氣管道開裂和泄漏造成的環(huán)境污染嚴重,什么是腐蝕？,為什么會發(fā)生腐蝕？,腐蝕的發(fā)生過程？,如何探測腐蝕？,如何減緩腐蝕？,腐蝕的類型？,金屬的腐蝕與防護,,為什么會發(fā)生腐蝕？,熱力學規(guī)律: 材料總是趨向于最低能量狀態(tài)存在,赤鐵礦Fe2O3,什么是腐蝕？,為什么會發(fā)生腐蝕？,腐蝕的發(fā)生過程？,如何探測腐蝕？,如何減緩腐蝕？,腐蝕的類型？,金屬的腐蝕與防護,腐蝕的發(fā)生過程？,腐蝕是一個涉及電子和離子流動的電化學過

5、程。腐蝕過程包括金屬失去電子的氧化反應(yīng)和消耗這些電子的還原反應(yīng)。,陽極反應(yīng)：,Fe → Fe2+ + 2e-,陰極反應(yīng)：,2H+ + 2e- → H2,O2 + 2 H2O + 4e- → 4OH-,,腐蝕發(fā)生的必要條件,陽極陰極電解質(zhì)電子/金屬通道,腐蝕發(fā)生在腐蝕電池中,,陽極（鋅）陰極（石墨）電解質(zhì)（電解質(zhì)糊、碳、氧化錳）電子通路（外部回路）,石墨-鋅電池——腐蝕電池,,腐蝕發(fā)生的必要條件,氧濃度不同 溫度不同 管線

6、表面性質(zhì)不同 金屬類型不同 土壤化學成分不同 … …,差異腐蝕電池,,管線和其他地下結(jié)構(gòu)的腐蝕來自于差異腐蝕電池。,,腐蝕發(fā)生的必要條件,氧濃度不同 溫度不同 管線表面性質(zhì)不同 金屬類型不同 土壤化學成分不同 … …,差異腐蝕電池,,管線和其他地下結(jié)構(gòu)的腐蝕來自于差異腐蝕電池。,不同金屬在海水中的實際電偶序,,溫度差異,溫度不同導致的差異腐蝕電池,離子濃度,溶解鹽濃度不同導致的差異腐蝕電池,氧濃度不同導致的差異腐蝕電池,

7、氧濃度不同導致的差異腐蝕電池,什么是腐蝕？,為什么會發(fā)生腐蝕？,腐蝕的發(fā)生過程？,如何探測腐蝕？,如何減緩腐蝕？,腐蝕的類型？,金屬的腐蝕與防護,金屬腐蝕的分類方法,按腐蝕所在環(huán)境分類,按腐蝕形態(tài)分類,按腐蝕反應(yīng)機理分類,……,工業(yè)環(huán)境中的腐蝕,自然環(huán)境中的腐蝕,生物環(huán)境中的腐蝕,大氣腐蝕土壤腐蝕淡水和海水腐蝕微生物腐蝕,酸、堿、鹽溶液中的腐蝕工業(yè)水中的腐蝕熔鹽中的腐蝕石油天然氣的腐蝕液態(tài)金屬的腐蝕宇航環(huán)境核工業(yè)環(huán)境,

8、,按材料所在環(huán)境,金屬腐蝕的分類方法,大氣腐蝕所造成的金屬損失，約占金屬總腐蝕量的50％以上大氣腐蝕是金屬表面處于薄層電解液下的腐蝕，腐蝕過程服從電化學腐蝕的一般規(guī)律,大氣腐蝕,土壤腐蝕,土壤是由土粒、水、空氣、有機物等氣、液、固多種組分構(gòu)成的復(fù)雜的多相體系大多數(shù)金屬在土壤中的腐蝕為氧的去極化腐蝕,海水中含有大量氯離子，它能破壞鈍化膜，不銹鋼在海水中也要遭到嚴重的局部腐蝕海水的導電性好，腐蝕過程的電阻滯小，電偶腐蝕的影響范圍大如

9、不加防護措施的話，海水中的青銅螺旋槳可引起遠達數(shù)十米處鋼質(zhì)船殼的腐蝕,海水腐蝕,微生物腐蝕,微生物的新陳代謝會產(chǎn)生酸、硫化物、氫等，能增加環(huán)境的腐蝕性可促進腐蝕的電極反應(yīng)動力學過程改變金屬周圍氧的濃度，形成了氧濃差等局部腐蝕電池破壞保護性覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性,局部腐蝕,全面腐蝕,均勻腐蝕不均勻腐蝕,,按材料腐蝕形態(tài),點蝕（孔蝕）縫隙腐蝕及絲狀腐蝕電偶腐蝕（接觸腐蝕）晶間腐蝕選擇性腐蝕,金屬腐蝕分類,局部腐蝕(點蝕),全

10、面腐蝕與局部腐蝕,均勻腐蝕,各部位腐蝕速率接近； 金屬的表面比較均勻地減薄，無明顯的腐蝕形態(tài)差別；,腐蝕的發(fā)生在金屬的某一特定部位； 陽極區(qū)和陰極區(qū)可以截然分開，其位置可以用肉眼或微觀觀察加以區(qū)分；,全面腐蝕危害： 造成金屬的大量損失，可以檢測和預(yù)測腐蝕速率，一般不會造成突然事故。 根據(jù)測定和預(yù)測的腐蝕速率，在工程設(shè)計時可預(yù)先考慮應(yīng)有的腐蝕裕量。,局部腐蝕的危害： 導致的金屬的損失量小，很難檢測其腐蝕速率，往往導致

11、突然的腐蝕事故。 腐蝕事故中80％以上是由局部腐蝕造成的，難以預(yù)測腐蝕速率并預(yù)防。,全面腐蝕與局部腐蝕的比較,主要集中在某些活性點上，不斷向金屬內(nèi)部深處發(fā)展通常其腐蝕深度大于孔徑，嚴重時可使管道或設(shè)備穿孔表面上可觀察到許多斑點點蝕還可誘發(fā)成其它形式的腐蝕，如應(yīng)力腐蝕破裂和腐蝕疲勞等,局部腐蝕－點蝕,腐蝕首先在晶粒邊界發(fā)生，并沿著晶界向縱深發(fā)展由于合金元素在晶粒邊界的富集或貧化，或者由于晶粒邊界存在雜質(zhì)所引起有拉應(yīng)力的情況下

12、，這種腐蝕更加危險高強度合金及不銹鋼就容易產(chǎn)生晶界腐蝕,局部腐蝕－晶間腐蝕,合金中的某一組分由于腐蝕，優(yōu)先地溶解到電解質(zhì)溶液中去，從而造成另一組元素富集在金屬表面上例如，鑄鐵在介質(zhì)中，鐵素體被溶解，碳化物和石墨在表面積累灰口鑄鐵在土壤、礦石、鹽水等環(huán)境中使用時常發(fā)生選擇性腐蝕,局部腐蝕－選擇性腐蝕,應(yīng)力腐蝕開裂腐蝕疲勞磨損腐蝕（沖擊、振動）氫致腐蝕空泡腐蝕,電化學腐蝕,化學腐蝕,：高溫氧化,,按腐蝕反應(yīng)機理,,電化學作用,

13、電化學+機械作用,電化學+生物作用,物理溶解腐蝕,：Fe在液體鈉中的腐蝕,金屬腐蝕分類,電化學＋力學作用,應(yīng)力腐蝕開裂在機械應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下，在遠低于屈服強度的條件下，發(fā)生突然的、沒有形變預(yù)兆的腐蝕破壞腐蝕疲勞當交變應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)共同作用下，產(chǎn)生的脆性斷裂作用金屬的疲勞極限大大降低，因而會過早地破裂,磨損腐蝕（或腐蝕磨損）電化學腐蝕和機械磨損同時存在，兩者互相加速造成的破壞比單純腐蝕或單純磨損要大得多氫誘發(fā)的腐蝕（

14、或氫脆、氫致開裂）金屬由于不恰當?shù)乃嵯?、電鍍、陰極保護，使表面有氫產(chǎn)生降低了金屬原子之間的結(jié)合強度，使材料變脆,電化學＋力學作用,,,,,表2 金屬腐蝕性十級標準,金屬耐蝕性等級,表1 金屬耐蝕性三級標準,金屬耐蝕性等級,,,,,如何探測腐蝕,試樣失重法 漏磁檢測技術(shù) 超聲波檢測技術(shù)射線檢測技術(shù)渦流檢測技術(shù)基于光學原理的無損檢測技術(shù) ……,多頻管中電流衰減測試法( PCM) 密間隔電位測試技術(shù)(CIPS)

15、 直流電位梯度法(DCV G) Pearson 測試技術(shù) 變頻-選頻法 電火花法 防腐層絕緣電阻率測量法 ……,腐蝕檢測：依靠檢測工具檢測出管壁上的腐蝕缺陷,從而了解管道的腐蝕狀況,以便于管道的風險評估和維護維修,為管道的安全運行提供可靠保障。,管道內(nèi)檢測,管道外防腐層檢測,,① 正確選材，合理設(shè)計 (抗硫鋼、耐蝕合金、13Cr)② 覆蓋層保護③ 電化學保護④ 緩蝕劑保護,如何減緩腐蝕？,,陰極保護,陽極保護