part1金属管道腐蚀与防护基础(宋胜军)

管道腐蚀与防护基础1第一部分管道腐蚀与防护基础主讲：宋胜军管道腐蚀与防护基础21.1.1油气管道防腐的发展过程•20年代埋设裸管加阴极保护•40年代开始采用覆盖层加阴极保护•迄今仍在进行管道防防腐蚀技术的不懈探索§1.1腐蚀简介管道腐蚀与防护基础31.1.2油气管道的内外腐蚀因素•外：穿越各种不同类型的土壤，河流湖泊，气温，地下水位的变化以及杂散电流•内：输送天然气时，会有有害物质H2S和CO2输送原油时，含S和H2O输送成品油时，含有O2和H2O管道腐蚀与防护基础41.1.3防腐蚀工作•广泛采用的方法涂层、衬里、电法保护、缓蚀剂、耐腐蚀材料•新技术、新方法新型防腐层材料，管道防腐层的复合结构、涂敷新工艺。在线测量技术，腐蚀数据库，专家系统等计算机铺助管理决策系统。管道腐蚀与防护基础51.1.4管道发展和需要解决的问题•油气田开发向沙漠、海洋、极地的延伸，管道向长运距、大口径、高压力、高度自动化摇控发展的趋势。结论：对防腐蚀技术提出了更高的要求。•我国防腐蚀层主要采用石油沥青，大部分已出现老化，龟裂的现象。据经验，投产15~20a的管道逐步进入事故高发期。•有计划地开展管道防腐层的修复工作，加强防腐蚀工程的综合治理已刻不容缓。管道腐蚀与防护基础6§1.2腐蚀的定义1.2.1金属腐蚀的定义1.材料腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏的现象2.金属腐蚀金属和它所处的环境介质之间发生化学或电化学作用而引起的变质和破坏称为金属腐蚀，同时包括上述因素与机械因素或生物因素的共同作用。不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴，例如钢索断裂，这是材料本身性能的失效。管道腐蚀与防护基础71.2.2金属发生腐蚀的特点(帮助我们判断腐蚀状况)•破坏总是从金属表面逐渐向内部深入（因金属腐蚀的过程发生在金属与介质面上的多相反应）•金属在发生腐蚀过程时，一般也同时发生外貌变化（如疡斑、小孔、表面有腐蚀产物、金属材料变薄）•金属的机械性能，组织结构发生变化（如金属变脆，强度降低，金属组织结构发生相变）•金属还没有腐蚀到严重变质的程度，但足以造成设备事故或损坏管道腐蚀与防护基础81.2.3金属腐蚀环境腐蚀的实质→金属材料和环境的反应过程材料所处的介质、温度、压力几乎所有介质都有一定的腐蚀一般：温度和压力升高会使腐蚀加剧，介质的流速也是影响腐蚀的重要因素。管道腐蚀与防护基础9§1.3金属腐蚀的分类1.3.1按腐蚀机理电化学腐蚀→金属与介质性发生电化学反应的腐蚀化学腐蚀→发生化学反应的腐蚀管道腐蚀与防护基础101.3.2按腐蚀形态划分全面腐蚀（GeneralCorrosion）—腐蚀分布在整个金属表面上（均匀/不均匀)局部腐蚀(LocalizedCorrosion）—腐蚀主要集中在金属表面某一区域点蚀（Pitting）电偶腐蚀（Galvaniccorrosion）氢脆应力腐蚀开裂（SCC）晶间腐蚀选择性腐蚀（Selectiveleaching)等管道腐蚀与防护基础11图1局部腐蚀形态示意图管道腐蚀与防护基础12图2点蚀照片点蚀（Pitting）又称小孔腐蚀。这种破坏常集中在某些活性点上，并向金属内部深处发展，通常其腐蚀深度大于其孔径，严重时可使金属穿孔。如不锈钢在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。管道腐蚀与防护基础13应力腐蚀开裂(StressCorrosionCracking)它在局部腐蚀中居首位。根据腐蚀介质的性质和应力状态的不同，裂纹特征会有所不同，显微裂纹呈穿晶、晶界或两者混合形式，裂纹呈树枝状，其走向与所受拉应力的方向垂直。钢制轻烃罐的腐蚀开裂管道腐蚀与防护基础14氢脆（Hydrogenembitterment）在某些介质中，因腐蚀或其他原因所产生的氢原子可渗入金属内部，使金属变脆，并在应力作用下发生脆裂。如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐蚀。管道腐蚀与防护基础151.3.3按腐蚀温度划分低温腐蚀高温腐蚀1.3.4按腐蚀介质的状态划分干腐蚀→一般为化学腐蚀湿腐蚀→一般为电化学腐蚀管道腐蚀与防护基础161.3.5按腐蚀介质的种类划分化学介质腐蚀大气腐蚀海水腐蚀土壤腐蚀工业水腐蚀高温腐蚀液态金属腐蚀熔盐腐蚀燃气腐蚀1.3.6按作用原理划分化学腐蚀(气体腐蚀、在非电解质溶液中的腐蚀）电化学腐蚀（一个短路的原电池电极反应的结果）管道腐蚀与防护基础171.化学腐蚀金属的化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀是在一定的条件下，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相互作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。在化学腐蚀过程中，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。过去，普遍的观点认为，金属的高温氧化属典型的化学腐蚀。管道腐蚀与防护基础182.电化学腐蚀电化学腐蚀指金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并与流过金属内部的电子流和介质中定向迁移的离子联系在一起。阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程。阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原过程。管道腐蚀与防护基础19电化学腐蚀的特点：•介质为离子导电的电解质。•金属／电解质界面反应过程必须包括电子和离子在界面上的转移。•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。•电流的产生。管道腐蚀与防护基础20§1.4金属腐蚀速度的表示方法1.4.1均匀腐蚀的腐蚀速度均匀腐蚀或全面腐蚀程度一般采用平均腐蚀速率表示。平均腐蚀速率又有腐蚀率和侵蚀率两种表达方法。单位时间内单位面积上的腐蚀量称为腐蚀率(重量法，厚度法）；单位时间内侵入的深度称为侵蚀率。AtWWV1金属试件的初始重量，g消除腐蚀产物后的金属试件重量，g腐蚀进行的时间，h试件表面积，m2重量法1：管道腐蚀与防护基础21AtWWV02带有腐蚀产物的金属试件经腐蚀后的重量，g消除腐蚀产物后的金属试件重量，g腐蚀进行的时间，h试件表面积，m2重量法2：管道腐蚀与防护基础22厚度法：单位时间内单位面积耗损金属的厚度76.810100243652VVVt管道腐蚀与防护基础23用腐蚀电池中阳极金属的溶解表示，即：腐蚀电流的大小能代表金属的腐蚀速度法拉弟定律FnSIAK3600腐蚀电流A金属原子量金属的表面积m2金属溶解为离子价数法拉弟常数96.500腐蚀速度（g/m2.h）管道腐蚀与防护基础241.4.2局部腐蚀的腐蚀速度局部腐蚀程度评定较为复杂，没有统一的定量评定标准。金属的局部腐蚀形式很多，反映在物理和机械性能方面的变化也各不相同。例如小孔腐蚀，只在小孔处反映出腐蚀深度的变化，而其他部位并无明显改变。又如晶间腐蚀，虽然金属的重量和外形尺寸并没有发生多大变化，但其机械强度却下降很大。管道腐蚀与防护基础25由此可见，评价局部腐蚀不能用简单的重量变化或外形尺寸的变化来进行评定，需要根据腐蚀形式采用合适的物理、机械性能变化指标来进行评定。目前对点蚀的评价采用点蚀密度、平均点蚀深度、最大点蚀深度等指标进行综合评价。晶间腐蚀和应力腐蚀则采用腐蚀前后机械强度的损失来进行评定。管道腐蚀与防护基础26%100121强度降低率强度降低率，%金属材料腐蚀后的强度极限，MPa