海洋石油工程防腐蚀介绍

海洋石油工程防腐蚀介绍2腐蚀图片3一.腐蚀的危害及防腐蚀工作的重要性材料的腐蚀是全世界面临的一个严重的问题。腐蚀不仅消耗了人们创造的宝贵财富，而且破坏了生产、生活。腐蚀存在于各行各业，引起的经济损失也是引人注目的。工业发达国家由于腐蚀造成的损失约占国民经济生产总值的2%~4%。全世界每年因腐蚀造成的经济损失是地震、水灾、台风等自然灾害总和的6倍。同样，腐蚀是造成石油工业中金属设施破坏的主要原因之一。它加剧了设备及管道的破坏和人员伤亡，造成了石油生产中停工、停产，跑、冒、滴、漏等事故；且污染环境，危害人民健康：产品流失增加了石油生产的成本，有的已影响正常的石油生产，据统计，在我国的管道事故中，腐蚀造成的破坏约占30%。因此，防止或减缓腐蚀的危害，加强石油工业的防腐蚀工作，提高防腐蚀技术水平和管理水平不仅有明显的经济效益，也有重大的社会效益，对石油工业的发展至关重要。4二．金属为什麽会腐蚀？腐蚀就是金属由元素状态返回自然界存在的化合物---矿石的过程，是一个自发的，不可避免的渐变过程。按照腐蚀过程的特点分类，金属的腐蚀也可按化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀三种机理分类。金属的物理腐蚀：是指金属由于单纯的物理溶解所引起的破坏，如许多金属在高温熔盐、碱及液态金属中发生物理腐蚀。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。金属的电化学腐蚀：电化学腐蚀是金属与电解质溶液作用所发生的腐蚀，是由于金属表面发生原电池作用而引起的。5电化学腐蚀过程由下列三个环节组成：（1）在阳极，金属溶解，变成金属离子进入溶液中：Me—neMen+（阳极过程）（2）电子从阳极流向阴极；e-+D[D.e-]（阴极过程）（3）在阴极，电子被溶液中能够吸收的物质所接受：6三．金属在各种环境下的腐蚀海洋大气环境海面以上的大气成分与陆地上大气成分相比，大气中湿度高，含有大量的盐雾。钢铁在潮湿的空气中，表面会形成一层薄水膜，由于这层水膜的存在，导致钢铁表面产生电化学腐蚀。因此，在潮湿的空气中，腐蚀将不断继续发展，由于海洋大气环境提供了这样的潮湿条件，再加上强紫外线照射，使得钢铁在海洋的大气环境下的腐蚀速度加快，致使钢铁的腐蚀速率比陆地上快4-5倍。在热带和亚热带地区还会经常遭到热带风暴的袭击，在这种条件下，低碳钢的腐蚀速度会更快。飞溅区腐蚀海洋环境的飞溅区是指受潮汐和波浪影响的干湿交替状态的区域。在该区域，导管架腿表面由于受到海水的周期润湿，处于干湿交替状态。由于海浪冲击并夹带丰富的空气中的氧，在日光照射下温度升高，这一切条件导致飞溅区成为腐蚀最严重的环境，一般情况下普通碳钢的腐蚀率为1-2mm/年。7海水中的腐蚀海水是具有多中盐类的天然电解质溶液，钢铁在海水中的腐蚀速率一般为0.1-0.2mm/年。海水中的腐蚀因素主要有溶解氧的浓度、海水中含盐量、海水温度、海洋微生物和附着生物的种类以及它们的生长强度。这些因素随海域的不同，季节气候的变化而变化。海底和海泥环境不同海域的海泥成分和海泥的泥温不同，其海泥的粒径、电阻率、含氧量、微生物等各有差异。海泥环境中钢铁的腐蚀主要是氧浓差电池腐蚀、海水-海泥区宏观电偶腐蚀、不同金属间接腐蚀、微生物还原硫酸盐产生硫化氢的腐蚀等。8四．腐蚀控制的方法电化学保护（阴极保护、阳极保护）表面覆盖层（金属覆盖层、非金属覆盖层）加注入缓蚀剂1.阴极保护（牺牲阳极法、外加电流法）牺牲阳极法（牺牲阳极阴极保护）：在腐蚀电池中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。根据这一原理，把某种电极电位比较负的金属材料与电极电位比较正的被保护金属结构相连接，使被保护金属结构成为腐蚀电池中的阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极阴极保护。牺牲阳极保护法简单易行，不需电源，不用专人管理，不干扰邻近设备和装置，仅消耗少量的有色金属材料，就可使金属结构获得完全的阴极保护。常用的牺牲阳极材料有镁、锌、铝及其合金。9镁合金阳极：镁合金具有很负的电位，单位重量的发电量也大，比重轻。但是，它的电流效率低，性能不稳定，在空气中很易氧化，本身电位太负容易产生过保护，而且消耗过快，它与钢铁碰撞易产生诱发性火花。所以应用较少。锌及锌合金阳极：这种材料优点是自腐蚀量小，电流效率高达95%，而且与钢铁碰撞无诱发性火花产生，所以被广泛应用。但是，一般只用在土壤电阻率小于15Ω·ｍ。当温度高于54℃时，严禁采用锌阳极。铝基合金阳极：铝重量轻、发生电流大、电位较负，材料来源丰富、价格便宜、制造工艺简便。但是在中性、弱酸性和碱性介质中，铝表面容易形成一层连续的高电阻Al2O3氧化膜，使铝的电位向较正方向移动，所以纯铝不能作为牺牲阳极材料，常用的铝阳极都是纯铝中加入合金元素的铝合金阳极。10牺牲阳极海底管道阳极导管架阳极112.覆盖层保护法（1）金属覆盖层1）电镀：电镀是覆盖金属层用的最广泛的方法。用电镀法所得到的镀层多半是纯金属，如Ag、Cu、Sn、Ni、Cr、Zn等。比被保护件金属负的电位镀层还可以起阴极保护作用。2）化学镀：化学镀就是不用电能，使金属盐溶液中的金属离子，通过置换反应或氧化还原反应，析出金属于被处理的物品表面进行金属覆盖的方法。3）喷镀：借压缩空气将熔融的金属用喷枪喷成雾状喷射到被保护的金属制品表面上，形成覆盖层。4）热镀；这一方法是将要保护的金属浸在另一种熔融的液态金属中，经短时间取出，在金属表面沾上一层金属覆盖层，因此热镀法又称浸镀。工业上常用热镀法使钢铁材料或制件镀锌和镀锡，镀锌层对于大气和水的抗蚀性能很好。12（2）非金属覆盖层1）涂料覆盖层：涂料覆盖层在防腐蚀中所起的作用主要是使金属与腐蚀介质隔离开来，从而达到保护的目的。涂料覆盖涂层应满足如下基本要求；在使用的介质中非常稳定，形成的漆膜完整无孔，不透过介质，与底层金属结合很牢，有一定的机械强度和适当的硬度与弹性。2）塑料覆盖层：把塑料涂层直接粘合在金属的表面上作为覆盖层。塑料覆盖层能抵抗酸、碱、盐溶液的侵蚀，因此可作为化学反应容器的衬里。3）柏油或沥青覆盖层：柏油或沥青覆盖层具有耐酸的特性，故用于保护与酸类气体或碱液接触的金属设备。柏油和沥青价格低廉。一般用于地下管道。4）搪瓷或玻璃覆盖层：搪瓷是类似玻璃的物质，它是将K、Na、Ca、Al等金属的硅酸盐加入硼砂等作为熔剂，附着在金属表面上经灼烧而成。它能够抵抗在高温加压下有机酸与有机碱的浸蚀，常在化学工业中做各种容器的衬里。13（3）缓蚀剂保护法在腐蚀介质中加入少量物质，可以使金属的腐蚀速度降低甚至停止，这种物质称为缓蚀剂。缓蚀剂可分为三大类1）具有氧化性的物质，如铬酸盐、硝酸钠等作为缓蚀剂，在溶液中即使在没有O2存在的情况下也能使钢铁钝化，形成钝化膜，因而减小金属的腐蚀速度。2）类型B可降低介质的腐蚀性，如在水中加入亚硫酸钠，它就能与溶解的氧相互作用，发生如下的变化：2Na2SO3+O2=2Na2SO43）类型AB则兼有上述两种作用，如减类既能降低介质中的酸性，又会在钢铁表面形成一层OH-离子膜。14五.钢结构物的腐蚀与防护钢材表面广泛采用涂层保护。防腐涂层的有效寿命与各种因素有关，如涂装之前钢材表面除锈的质量、涂膜厚度、涂料的组成、涂装的工艺条件等，下表列出了上述各种因素对漆膜寿命影响的统计分析结果。各种因素对涂膜寿命的影响因素影响程度（%）钢材表面除锈质量49.5膜厚（涂层道数）19.1涂料类型4.9其他因素26.5151.金属表面处理（1）涂装前的钢材表面处理，它不仅指除去钢材表面的铁锈，而且还包括除去覆盖在钢材表面上的氧化皮、旧涂层及沾污的油脂、焊渣、灰尘等污物。此外，除锈之后，钢材表面还形成一定的粗糙度。（2）金属涂装前表面处理的质量，主要是控制表面的清洁度和粗糙度。前者是指钢材表面的氧化皮、锈及污物清除的程度，后者是指表面状态的控制以利于漆膜的附着。2.锈蚀等级除锈质量是涂层质量的基础，各工业发达国家都先后制订了相应的除锈标准以便于作为设计涂层和检查监督的依据。（1）瑞典工业标准SIS055900《涂装前钢材表面除锈图谱标准》（2）国际标准ISO8501-1《涂装涂料和有关产品钢材预处理表面清洁度的目测评定第一部分：未涂装过的钢材和全面清除原有涂膜后的钢材的锈蚀等级和除锈等级》。（3）我国制定发布了国家标准，GB8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》。163.锈蚀等级及评定方法根据钢材表面氧化皮的覆盖程度和锈蚀情况，将原始锈分为A、B、C、D四个等级A级：全面覆盖氧化皮、几乎没有铁锈的钢材表面；B级：部分氧化皮已经脱落，已发生锈蚀的钢材表面；C级：氧化皮已因锈蚀而剥落，或者可以刮除，并已有少量点蚀的钢材表面；D级：因锈蚀，氧化皮已全面剥离，普遍发生点蚀的钢材17钢板腐蚀等级图片184.除锈等级及评定方法（1）喷射除锈Sa1轻度喷射或抛射除锈：钢材表面无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物；Sa2彻底喷射和抛射除锈：钢材表面无可见的油脂和污垢，已经基本除净氧化皮、铁锈、涂层等附着物；Sa2.5非常彻底喷射和抛射除锈：钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、涂层等附着物，任何残留的痕迹仅是点状或条纹状的轻微色斑；Sa3改善钢材表观洁净度的喷射和抛射除锈：钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈、涂层等附着物，表面呈现均匀一致的金属色泽。19B级板抛丸除锈等级图片BSa1BSa2BSa2.5BSa320（2）手工除锈St2彻底的手工和动力工具除锈：钢材表面无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物；St3非常彻底的手工和动力工具除锈：钢材表面无可见的油脂和污垢，没有附着不牢的氧化皮、铁锈、涂层等附着物。除锈应比St2更彻底，底材显露部分的表面应具有金属光泽。（3）火焰除锈F1火焰除锈：钢材表面无氧化皮、铁锈、涂层等附着物，任何残留的痕迹仅为表面变色。21工业发达国家除锈标准质量等级对照标准名称及标准号ISO瑞典中国美国日本8501-SISGBSSPCJSRA-除锈方法处理作业程度清洁度19980559008923-88SPSS(%)Sa3Sa3Sa3SP-5Sd3,Sh3喷砂,喷钢砂彻底清除,钢99(ABCD)(ABCD)(ABCD)喷丸,喷钢丸面银白色Sa2.5Sa2.5Sa2.5SP-10Sd2-Sh2喷砂,喷钢砂完全清除,接95(ABCD)(ABCD)(ABCD)喷丸,喷钢丸近银白色Sa2Sa2Sa2SP-6Sd1-Sh1喷砂,喷钢砂基本清除,67(BCD)(BCD)(BCD)喷丸,喷钢丸呈灰色Sa1Sa1Sa1SP-7喷砂,喷钢砂除浮锈,疏(BCD)(BCD)(BCD)喷丸,喷钢丸松氧化皮St3St3St3SP-3Pt3动力工具,弹(BCD)(BCD)(BCD)性砂轮,钢丝刷St2St2St2SP-2动力工具或(BCD)(BCD)(BCD)手工除锈工具225.除锈方法（1）手工除锈：用铁砂纸、钢丝刷、铲刀。尖头锤、粗锉和凿等工具进行除锈。（2）机械除锈：利用机械动力工具以冲击、磨擦作用进行除锈。（3）火焰处理：利用钢铁和氧化皮的膨胀系数不同，把钢铁工件以火焰加热，氧化皮被崩裂脱落，铁锈受热失水，锈层更易松散，丧失附着性。（4）化学除锈：利用酸溶液与铁的锈蚀产物进行化学反应，生成溶于水的铁盐而除去。（5）喷射除锈：是用机械离心力、压缩空气或高压水将磨料铁丸或砂石投射到物件表面上，以冲击和磨擦作用将铁锈和污物除去的除锈方法。喷丸（砂）的磨料主要有：钢丸、铁丸、钢丝断、金刚砂、石英砂、黄砂和炉渣等。23建造公司钢材预处理生产线24建造公司喷砂喷漆生产车间25钢板厚度与适宜的磨料直径参考数据如下：结构件钢板厚度铁丸直径结构件钢板厚度铁丸直径（mm）（mm）（mm）（mm）2~2.50.54~61.03~40.87~121.5（1）干法喷丸（砂）除锈：利用压缩空气将铁丸（砂）推进，从喷嘴喷出，冲击钢铁表面的氧化皮、锈及污物。（2）湿法喷砂除锈：湿法喷砂是把砂子和水分别进入喷嘴，在出口处汇合，以压缩空气带动，高速喷射到物体表面。（3）无尘喷砂除锈：所谓无尘喷砂，就是将加