腐蚀与防护总结

腐蚀与防护总结主要内容•第一章金属与非金属材料的腐蚀•第二章钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护•第三章酸性油气田的腐蚀与防护•第四章海洋及滩涂油气田的腐蚀与防护•第五章炼油设备的腐蚀与防护第一节腐蚀概论1、腐蚀的基本概念第一章金属与非金属材料的腐蚀腐蚀是指材料在其周围环境的作用下引起的破坏或变质现象。从不同角度曾对腐蚀下过不同的定义，主要有以下三个：（1）材料因与环境反应而引起的损坏或变质、除了单纯机械破坏之外的一切破坏；强调了腐蚀与单纯的机械破坏具有本质上区别；适用于金属和非金属材料。（2）材料与环境的有害反应；指明了腐蚀决定于材料和环境这两个因素；适用于金属和非金属材料。（3）冶金的逆过程。阐明了金属腐蚀过程在热力学上具有自发性及腐蚀产物类似于相应的天然矿石；只适用于金属材料。2、腐蚀的特点（1）自发性（2）普遍性（3）隐蔽性3、腐蚀原理金属与氧气、氯气、二氧化碳、硫化氢等干燥气体或汽油、润滑油等非电解质接触发生化学作用所产生的腐蚀，叫做化学腐蚀。金属与液态介质，如水溶液、潮湿的气体或电解质溶液接触时，就会产生原电池作用(即电化学作用)。由电化学作用引起的腐蚀，叫做电化学腐蚀。非金属腐蚀破坏的主要特征是物理、机械性能的变化或外形的破坏，不一定是失重，往往还会增重。•4、腐蚀的危害•（1）腐蚀造成重大的直接和间接经济损失；•（2）腐蚀消耗大量的资源和能源；•（3）腐蚀还危及人身安全和造成环境污染；•（4）腐蚀妨碍新技术、新工艺的发展。腐蚀经济损失可分为直接损失和间接损失两类。直接损失更换已腐蚀的设备部件等所耗用的金属和非金属材料费用和制造费，防腐蚀所需要的材料费和施工维修费，以及由腐蚀造成的损失等，统称为直接损失。间接损失除直接损失外，因腐蚀涉及造成的其他损失称为间接损失。间接损失可由以下几方面造成。（1）突然停车（2）物料损失（3）产品污染（4）效率降低（5）过剩设计间接损失可由以下几方面造成。（1）突然停车（2）物料损失（3）产品污染（4）效率降低（5）过剩设计腐蚀防护意义：减少损失、降低防腐成本、延长服役寿命•1、干腐蚀•（1）失泽•金属在露点以上的常温干燥气体中发生腐蚀(氧化)，表面生成很薄的腐蚀产物，使金属失去光泽。干腐蚀为化学腐蚀机理。•（2）高温氧化•金属在高温气体中腐蚀(氧化)，有时生成很厚的氧化皮，在热应力或机械应力下可引起氧化皮剥落，属于高温腐蚀。•2、湿腐蚀•湿腐蚀主要是指在潮湿环境和含水介质中的腐蚀。第二节金属腐蚀的分类•2、湿腐蚀•湿腐蚀又可分为：•（1）自然环境下的腐蚀•①大气腐蚀；②土壤腐蚀；③海水腐蚀；④微生物腐蚀。•（2）工业介质中的腐蚀•①酸、碱、盐溶液中的腐蚀；②工业水中的腐蚀；③高温高压水中的腐蚀。•3、无水有机液体和气体中的腐蚀•无水有机液体和气体中的腐蚀属于化学腐蚀。•（1）卤代烃中的腐蚀•如Al在CCl4和CHCl3中的腐蚀；四氯化碳化学性质不活泼，不助燃，与酸、碱不起作用，但对某些金属（如铝、铁）有明显的腐蚀作用。•（2）醇中的腐蚀•如Al在乙醇中，Mg和Ti在甲醇中的腐蚀。•4、熔盐和熔渣中的腐蚀•熔盐和熔渣中的腐蚀属电化学腐蚀。•5、熔融金属中的腐蚀•熔融金属中的腐蚀为物理腐蚀。•熔融金属是将金属加热到其熔点临界温度时的状态,即似熔非熔(固相和液相之间)。•6、化学腐蚀•金属与氧气、氯气、二氧化碳、硫化氢等干燥气体或汽油、润滑油等非电解质接触发生化学作用所产生的腐蚀，叫做化学腐蚀。•特征：在化学腐蚀的反应过程中没有电流产生。这类腐蚀过程是一种氧化还原的纯化学反应，带有价电子的金属原子直接与反应物(如氧)的分子相互作用。•化学腐蚀可分为：•（1）在干燥气体中的腐蚀•在干燥气体中的腐蚀通常指金属在高温气体作用下的腐蚀。例如，轧钢时生成厚的氧化铁皮、燃气轮机叶片在工作状态下的腐蚀。•（2）在非电解质溶液中的腐蚀•在非电解质溶液中的腐蚀指金属在不导电的液体中发生的腐蚀。例如，Al在CCl4、CHCl3或CH3CH2OH中的腐蚀，镁和钛在CH3OH中的腐蚀等。•7、电化学腐蚀•金属与液态介质，如水溶液、潮湿的气体或电解质溶液接触时，就会产生原电池作用(即电化学作用)。由电化学作用引起的腐蚀，叫做电化学腐蚀。•电化学腐蚀的特点：在反应过程中伴有电流产生。一般来说，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多，金属的电化学腐蚀是普遍的腐蚀现象，它所造成的危害和损失也是极为严重的。•8、物理腐蚀•物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用引起的破坏。•9、生物腐蚀•生物腐蚀指金属表面在某些微生物生命活动产物的影响下所发生的腐蚀。•10、全面腐蚀或均匀腐蚀•特征：腐蚀破坏面积均匀分布在金属表面上，但又有别于点腐蚀，而是无明显的腐蚀深度，腐蚀结果使金属变薄。•全面腐蚀虽可造成金属的大量损失，但其危害性远不如局部腐蚀大。•11、点蚀•点蚀又称孔蚀，蚀孔有大有小，多数情况下为小孔。一般情况下，点蚀表面直径等于或小于它的深度。点蚀的发生、发展可分为两个阶段，即蚀孔的成核和蚀孔的生长过程。点蚀的危害(破坏性和隐患性最大的腐蚀形态)点蚀导致金属的失重非常小，阳极面积很小，局部腐蚀速度很快，常使设备和管壁穿孔，从而导致突发事故。防止点蚀的措施首先是材料因素（加入合适的抗点蚀的合金元素，降低有害杂质），其次是改善热处理制度和环境因素的间题。环境因索中尤以卤素离子的浓度影响最大。此外，可采取提高溶液的流动速度、搅拌溶液、加入缓蚀剂、或降低介质温度及采用阴极极化法等措施，使金属的电势低于临界点蚀电势。对于具体的材料要用具体的防护措施。12、晶间腐蚀沿着或紧挨着金属的晶粒边界发生的腐蚀称为晶间腐蚀。特点：在表面还看不出破坏时，晶粒之间已丧失了结合力、失去金属声音，严重时只要轻轻敲打就可破碎，甚至形成粉状。因此，它是一种危害性很大的局部腐蚀。13、电偶腐蚀两种电极电势不同的金属或合金相在电解质溶液中接触时，即可发现电势较低的金属腐蚀加速，而电势较高的金属腐蚀反而减慢(得到了保护)。这种在一定条件下(如电解质溶液或大气)产生的电化学腐蚀，即一种金属或合金由于同电极电势较高的另一种金属接触而引起腐蚀速度增大的现象，称为电偶腐蚀或双金属腐蚀，也叫做接触腐蚀。防止电偶腐蚀的措施•①组装构件应尽量选择在电偶序中位置靠近的金属相组合。•②应避免大阴极小阳极的结构件。•③不同金属部件之间应绝缘，可有效的防正电偶腐蚀。•④应用涂层方法防止电偶腐蚀。•⑤设计时应将阳极部件做成易更换，并且价廉的材料，这样在经济上是合理的。•⑥采用电化学保护，即外加电源对整个设备实行阴极保护，使两种金属都变为阴极，或安装一块电极电位比两种金属更负的第三种金属。14、缝隙腐蚀（定义）：由于缝隙的存在，使缝隙内溶液中与腐蚀有关的物质(如氧或某些阻蚀性物质)迁移因难，引起缝隙内金属的腐蚀，这种现象叫做缝隙腐蚀。缝隙腐蚀与点蚀的比较相同之处：两者的发展阶段的机理是一致的，两都是以形成闭塞电池为前提。不同之处：点蚀是由于材料的钝态或保护层的局部破坏所引起,通过形成点蚀源而发展起来的；缝隙腐蚀则是因介质的电化学不均匀性所引起，腐蚀一开始就在缝隙条件下受闭塞电池的作用。防止缝隙腐蚀的措施①合理设计，尽量减少缝隙的存在，同时选择具有较稳定钝性的合金。②焊接比铆接或螺钉连结好，对焊优于搭焊。③螺钉接合结构中可采用低硫橡胶垫片，不吸水的垫片（聚四氟乙烯），或在接合面上涂以环氧、聚胺酯或硅橡胶密封膏，以保护连接处；或涂以有缓蚀剂的油漆。④如果缝隙难以避免时，则采用阴极保护，如在海水中采用锌或镁的牺牲阳极法。⑤选用耐缝隙腐蚀的材料。⑥带缝隙的结构若采用缓蚀剂法防止缝隙腐蚀，要采用高浓度的缓蚀剂。15、剥蚀•剥蚀又称剥层腐蚀。这类腐蚀在表面的个别点上产生，随后在表面下进一步扩展，并沿着与表面平行的晶界进行。由于腐蚀产物的体积比原金属体积大，从而导致金属鼓胀或者分层剥落。16选择性腐蚀选择性腐蚀，是指腐蚀在合金的某些特定部位有选择性地进行。或者说，腐蚀是从一种固溶体合金表面除去其中某种元素或某一相，其中电势较低的金属或相发生优先溶解而被破坏。17、丝状腐蚀•丝状腐蚀是一种线型的涂膜下腐蚀。•定义：在非金属涂层下面的金属表面发生的一种细丝状腐蚀。如在镀镍的钢板上、在镀铬或搪瓷的钢件上都曾发现这种腐蚀。而在清漆或瓷漆下面的金属上这类腐蚀发展得更为严重。因多数发生在漆膜下面，因此也称作膜下腐蚀。•18、空泡腐蚀•空泡腐蚀又称空蚀，是由于金属构件与流体高速相对运动时在金属表面局部地区产生涡流，伴随汽泡在金属表面迅速生成和破坏引起的。•空泡腐蚀的形成过程大致上可分为以下几步：•①金属表面膜上形成气泡；•②气泡破灭导致表面膜破裂；•③暴露的新鲜金属表面遭受腐蚀，重新成膜；•④在原位置膜附近形成新气泡；•⑤气泡再次破灭，表面膜重遭毁坏；•⑥裸露金属又被腐蚀，重新形成新膜。•以此循环往复，金属表面便形成类似点蚀的空穴。•19、微振腐蚀•微振腐蚀又称振动腐蚀、摩擦氧化。它是指两种金属(或一种金属与另一种非金属材料)相接触的交界面在负荷的条件下，发生微小的振动或往复运动而导致金属的破坏。•20、腐蚀疲劳•腐蚀疲劳指在循环应力与腐蚀介质联合作用下所引起的破坏，是疲劳的一种特例。第三节常用腐蚀评价方法一、表观检查（1）宏观检查（2）显微检查显微检查一般有跟踪连续观察和制备显微磨片进行观察两种方法。•二、金属腐蚀程度评价方法•1.重量法•（1）增重法•（2）失重法•2.失厚测量与孔蚀深度测量•3.气体容量法•4.电阻法•5.力学性能与腐蚀评定•6.溶液分析与指示剂法第二章钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护第一节钻井工程的腐蚀与防护•一、钻井过程中的腐蚀•钻井过程中的腐蚀介质主要来自大气、钻井液和地层产出物，通常是几种组分同时存在。•从防腐和钻井时防塌与产层保护的需要出发，钻井液的pH值控制在10以上的范围是非常必要的。•硫化氢•硫化氢对钻具及钻井设备具有强烈的腐蚀性。侵入钻井液体系的硫化氢可来自下列几个方面：•a.含硫化氢的地层流体。•b.钻井液中含硫添加剂(如磺化酚醛树脂等)的分解。•c.采用含硫的接头丝扣润滑剂发生化学反应。•d.细菌对存在于钻井液中硫酸盐的作用。••二氧化碳•干CO2是一种非腐蚀性气体，但是当存在水时，水与CO2反应生成碳酸，引起腐蚀作用。碳酸与铁反应生成碳酸铁，管材成片状脱落，减少管壁厚度。•一般情况下，CO2腐蚀与pH值的变化有函数关系，pH降低，CO2腐蚀就严重，反之，pH升高，腐蚀性降低，但该介质易结垢。•CO2可来自以下几个方面•（1）含CO2的地层流体。•（2）采用CO2混相驱技术提高原油采收率而向地层注入的CO2。•（3）钻井过程中的补水进气。•通常使用碱性钻井液或添加缓蚀剂是控制二氧化碳腐蚀的有效方法。控制钻井液腐蚀性的措施•①控制pH值。•通常将钻井液泥浆pH值提高到10以上。•②正确选择缓蚀剂。•③添加除氧剂。•国内外广泛使用的除氧剂为亚硫酸盐。•④选择性添加除硫剂。•除硫剂的作用原理：通过化学反应将钻井液中的可溶性硫化物等转化成一种稳定的，不与钢材起反应的惰性物质，从而降低钻具的腐蚀。•常用的除硫剂是海绵铁和微孔碱式碳酸锌。•⑤控制含砂量。第二节采油及集输系统的腐蚀环境•采油及集输系统的腐蚀是指原油及其采出液、伴生气在采油井、计配站、集输管线、集中处理站和回注系统的金属管线、设备、容器内产生的内腐蚀以及与土壤、空气接触所造成的外腐蚀。•油田生产过程中内腐蚀造成的破坏一般占主要地位。第二节采油及集输系统的腐蚀环境•一、大气腐蚀•由大气中的水、氧、酸性污染物等物质的作用而引起的腐蚀，称为大气腐蚀。•通常所说的大气腐蚀，就是指金属材料在常温下潮湿空气中的腐蚀。•1、大气腐蚀特征•一般地讲，钢材在大气条件下，遭受大气腐蚀有三种类型。•①干燥的大气腐蚀•此时大气中基本没有水汽，普通金属在室温下产生不可见的氧化膜。钢铁的表面将保持着光泽。•②潮湿的大气腐蚀•是指金属在肉眼看不见的薄膜层下所发生的腐蚀。若大气中有酸性污染物CO2、H2S、SO2等，腐蚀显著加快。•③可见液膜下的大气