管道阴极保护培训

延长石油(集团)管道运输公司3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所管道阴极保护系统培训西安石油大学机械工程学院陈兵[e-mail]2011年7月3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所理解金属腐蚀与控制原理掌握埋地管道外腐蚀防护的方法掌握三层PE防腐层结构理解管道阴极保护原理掌握外加电流阴极保护系统结构掌握管道阴极保护准则上午培训目的3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制第二章管道外防腐层第三章管道阴极保护系统第四章管道阴极保护准则第五章管道阴极保护主要参数培训内容3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制腐蚀损失UK：1969年为13.65亿英镑，3.5%GDP。US：1975年，700亿4.2%GDP，1982年，1260亿，1992年，1700亿。NACE新统计为3000亿，GDP4.2%，其中基础设施为1500亿。中国石油行业：1987年统计，漏泄：容器0.14次/台年，管道2万/年；1989年，石化约20亿；2003年10月发表的《中国腐蚀调查报告》指出：我国腐蚀损失为5000亿元/年，5%GDP，其中20%可以避免，占1000亿元。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素之一。据美国国家输送局统计，美国45%的管道损坏是由外壁腐蚀引起的。而在美国输气干线和集气管线的泄露事故中，有74％是腐蚀造成的。1981-1987年前苏联输气管道事故统计表明，总长约24万公里的管线上曾发生事故1210次，其中外腐蚀517次，占事故的42.7％；内腐蚀29次，占2.4%；因施工质量问题造成的事故280次，占23.2%。随着管道的大量敷设和运行时间延长，管道事故时有发生。由于管道所输送的物质一般为有害物质，一旦发生泄漏或断裂，就会对其周围的环境和人员产生严重的后果。例如，1960年美国Transwestern公司的一条X56钢级的、直径为762毫米的输气管道破裂，破裂长度达13公里。1989年6月苏联拉乌尔山隧道附近由于对天然气管道维护不当，造成天然气泄漏，随后引起大爆炸，烧毁了两列铁路列车，死伤800多人，成为1989年震惊世界的灾难性事故。六十年代初，我国开始研究阴极保护方法，六十年代末期在船舶，闸门等钢铁构筑物上得到应用。我国埋地油气管道的阴极保护始于1958年，六十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用，目前，全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统，收到明显的效果。管道腐蚀防护的意义3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制思考：大家都知道，铁放在潮湿的空气中一段时间会生锈，谁知道这是为什么？铁生锈是铁与空气中的氧气和水接触，发生电化学反应，而产生的一种电化学腐蚀。4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3·H2O铁失去电子被氧化；氧得到电子被还原。阳极反应：Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e阴极反应：1/2O2+H2O+2e→2OH-3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所腐蚀概念ISO定义：金属与环境间的物理-化学相互作用，其结果使金属的性能发生变化，并常可导致金属、环境或由它们作为组成部分的技术体系的功能受到损伤。注：该相互作用通常为电化学性质，伴随着氧化-还原反应的发生。（见GB/T10123-2001）金属的电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。腐蚀的本质：金属发生氧化-还原反应。油气管道，特别是长输管道所选用的管材常为碳钢或合金钢，金属腐蚀是管道保护过程中要解决的主要问题。第一章金属的腐蚀与控制3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所腐蚀原电池—电化学腐蚀的前提金属回路：连接阴极和阳极的任何金属；阴极：被保护的部分，得电子；阳极：被腐蚀的部分，自身失去电子；电解质：导电介质。Fe阳极C阴极导线Fe2+0Hˉeˉ腐蚀原电池3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制金属电化学腐蚀热力学金属从矿石中提炼出来时，需要提供很大的能量，使其处于一个高能级状态。这些矿石是典型的金属氧化物，如用来炼钢的赤铁矿（Fe2O3）。热力学的一个规律是：材料总是趋向于以最低能量状态存在。因此，多数的金属处于热力学不稳定状态，具有寻求低能量状态的倾向，如形成氧化物或其他化合物。金属转化成低能量氧化物的过程就是腐蚀。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制金属电化学腐蚀动力学金属在电解质中受自身材质、电解液种类、电解液浓度、温度、PH值等影响其电极电位不相同。当这些金属在电解液中作为腐蚀电池的阴、阳极时会产生电位差，引起腐蚀电池中的电流流动，即腐蚀电流。腐蚀的驱动力是电极电位差。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制碳-铁电池在中性土壤中的腐蚀图0.3V（C）-0.5V（Fe）阴极阳极E（V）+㏒i-0.1V3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第一章金属的腐蚀与控制金属腐蚀的分类按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀按腐蚀破坏的形貌特征分类：全面腐蚀、局部腐蚀按腐蚀环境分类：大气腐蚀、土壤腐蚀、海水腐蚀以及化学介质中的腐蚀。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤腐蚀土壤的腐蚀性土壤是土粒、水和空气的混合物。由于水中溶有各种盐类，故土壤是一种腐蚀性电解质，金属在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。土壤中含有多种无机物质和有机物质，这些物质的种类和含量既影响土壤的酸碱性，又影响土壤的导电性。土壤是不均匀的，因此长距离的地下管道和大尺寸的地下设施，其各个部位接触的土壤的结构和性质可能有较大的变化。土壤中还有大量微生物，对金属腐蚀能起加速作用。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤腐蚀埋地管道的外腐蚀由于钢管的材质不同；土壤环境中的透气性、含水量、酸度、含盐量、电阻率、氧气浓度等不同；使得管道在土壤中的电位不同，从而在管道表面形成阴、阳极，驱动腐蚀的发生。管道是金属回路、土壤是电解质。钢铁表面的微小原电池示意图阳极（Fe）：Fe-2e=Fe2+阴极（C）：2H2O+O2+4e=4OH-4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（铁锈）3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤中的腐蚀电池通过组成、结构不同的土壤，形成长距离腐蚀宏电池：氧的渗透性不同而造成氧浓差电池其中一种土壤含有硫化物、有机酸或工业污水腐蚀电流（长线电流）可达5A流动的范围可超过1.5Km管道在不同结构的土壤中形成的氧浓差电池3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤中的腐蚀电池局部不均匀性所引起的腐蚀宏电池与土壤中石块等夹杂物接触处，石块等阻止氧的传输，该部位金属为阳极；与土壤本体接触处，氧可通过土壤本体传输，该处的金属为阴极。金属所处状态的差异异金属接触、温差、应力埋设深度不同及边缘效应较深的部位－阳极较浅的部位－阴极1旧管道（阴极），2新管道（阳极）3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤腐蚀影响土壤腐蚀性的因素主要因素有：含水量、含盐量、pH值、电阻率。土壤含水量既影响土壤导电性又影响含氧量。氧的含量对金属的土壤腐蚀有很大影响。土壤愈干燥，含盐量愈少，土壤电阻率愈大；土壤愈潮湿，含盐量愈多，土壤电阻率就愈小，随电阻率减小，土壤腐蚀性增强。pH值愈低，土壤腐蚀性愈强。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤腐蚀土壤腐蚀性划分标准极强强中弱极弱土壤电阻率(.m)1010-2525-5050-100100土壤含盐量(%)0.750.75-0.10.1-0.050.05-0.010.01土壤含水量(%)12-2512-1010-77-33土壤PH值4.54.5-5.55.5-77-8.58.5按电阻率(.m)判断土壤腐蚀性低较低中等较高高特高中国5020-5020英国3520-3015美国5020-5010-207-107原苏联10020-10010-205-105日本6045-6020-4520法国10050-10020-50203/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤腐蚀低碳钢材料在中国不同地区土壤的腐蚀数据3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所影响土壤腐蚀性的因素杂散电流杂散电流是指直流电源设备漏电进入土壤产生的电流，对地下管道、贮罐、电缆等金属设施，造成严重的腐蚀破坏。杂散电流流出的部位成为腐蚀电池的阳极区，金属发生氧化反应转变为离子进入土壤。腐蚀掉的金属量和流过的杂散电流的电量成正比，可以按法拉弟电解定律进行估算。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所杂散电流从电车轨道漏出的杂散电流对土壤中钢铁管道的腐蚀作用图解根据Akumob引自（金属腐蚀理论及其研究方法）P133电车电流流出轨道阳极区域（严重腐蚀）阴极区域架空线＋3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所细菌腐蚀或微生物腐蚀细菌在腐蚀过程中的作用包括：有的细菌的生命活动的代谢产物具有很强的腐蚀性有的细菌的生命活动能促进金属腐蚀的阴极反应，影响电极反应动力学过程。有的细菌活动改变了金属周围的环境条件，如氧浓度，盐浓度，pH值，增加土壤的不均匀性。有的细菌活动能破坏金属表面保护性覆盖层的稳定性，或使缓蚀剂分解失效。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所土壤腐蚀性的估计确定土壤的腐蚀性：电阻率法测定极化特征的极化曲线法测定土壤腐蚀速度的极化阻力法氧化还原电位法3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所（1）减小土壤的腐蚀性加强排水，降低地下水位，保持土壤干燥。在酸性土壤地段，可以在钢管周围填充石灰石碎块。在埋置管道时用腐蚀性较小的土壤回填。（2）覆盖层保护石油沥青层有良好的防水性和耐蚀性。氧煤焦沥青涂层耐蚀性很好，但毒性大。塑料粘结带的防护性能优于石油沥青，且适宜长距离管道的现场机械化施工，但费用较高。（3）阴极保护和涂料联合阴极保护和涂料联合是保护地下钢铁管道最经济有效的方法。埋地管道外腐蚀防护3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所埋地管道外腐蚀防护采用外涂层和施加阴极保护是管道外腐蚀防护的主要手段尽管管道的绝大多数表面都被涂层有效地保护着，但是在漏点处或是剥离区中将会产生较高的腐蚀速率，很可能导致穿孔或开裂。所以埋地管线的涂层系统少有不与阴极保护共同使用的。阴极保护分类：牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。目前管道常采用外加电流阴极保护的方式。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所埋地管道外腐蚀防护管道防腐蚀保护示意图金属+土壤腐蚀3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所埋地管道外腐蚀防护金属+土壤腐蚀涂层将金属与土壤隔离开3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所埋地管道外腐蚀防护金属+土壤腐蚀涂层将金属与土壤隔离开阴极保护针对有的缺陷涂层3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所埋地管道外腐蚀防护整流器将交流电流转变成脉动直流电流3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所埋地管道外腐蚀防护VV通过涂层+阴极保护，最终形成一个完整的管道保护系统。3/3/2020西安石油大学腐蚀与防护研究所第二章管道外防腐层防腐层的用意是要在金属表面上形成一层绝缘材料的连续覆盖层，将金属与其直接接触的电解质之间进行绝缘（防止电解质直接接触到金属），也就是设置一个高电阻使得电化学反应无法正常发生。在现实中，所有的防腐层，不论总体质量如何都存在不连续点，也被称做漏点，这些漏点一般是在涂敷、运输或者安装过程中产生的。很多管道从