集输化学——埋地管道的腐蚀与防腐

第十一章埋地管道的腐蚀与防腐第三篇集输化学前言集输化学是集输工程学与化学之间的边缘科学。集输化学是研究如何用化学方法解决原油集输过程中遇到的问题。前言一、原油集输遇到的化学问题：管道与设备的防腐乳化原油的破乳起泡沫原油的消泡原油的降凝输送和减阻输送天然气的脱水和脱酸性气体污水处理（6个目的）污水处理（1）除油（2）除氧（3）除固体悬浮物（4）防垢（5）缓蚀（6）杀菌前言管道与设备防腐层中的各种化学剂乳化原油破乳剂起泡沫原油消泡剂原油降凝剂和减阻剂天然气处理剂污水处理剂二、原油集输用到的化学剂前言本章主要内容第1节埋地管道的腐蚀第2节埋地管道的防腐金属腐蚀埋地管道的材料多属金属材料。金属腐蚀：金属与周围环境起化学或电化学反应而导致破坏。为了减少埋地管道的腐蚀，需要使用有效的防护法。化学腐蚀：铁与HCl反应本质：MMn+(氧化）第一节埋地管道的腐蚀第11章埋地管道的腐蚀与防腐二、土壤腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀（酸性）二、土壤腐蚀1．土壤水中含氧时产生的腐蚀(吸氧腐蚀）管道中不均匀部分的通过微电池产生腐蚀：阳极反应2Fe→2Fe2++4e+）阴极反应O2+2H2O+4e→4OH-电池反应2Fe+O2+2H2O→2Fe2++4OH-2．土壤水含酸性气体时产生的腐蚀若土壤水中含硫化氢和二氧化碳，则它们可在水中解离。H2S→H++HS-CO2+H2O→H++HCO3-阳极反应Fe→Fe2++2e+）阴极反应2H++2e→H2↑电池反应Fe+2H+→Fe2++H2↑析氢腐蚀3．土壤中由细菌产生的腐蚀土壤水中的硫酸盐还原菌（SRB）,厌氧菌，可将硫酸盐还原为硫化物和[O]，产生腐蚀。SO42-S2-+4[O]SRB阳极反应Fe→Fe2++2e+）阴极反应[O]+H2O+2e→2OH-电池反应Fe+[O]+H2O→Fe2++2OH-土壤水中的铁菌（IB），喜氧菌，可将Fe2+氧化为Fe3+，产生腐蚀。4Fe2++O2+2H2O4Fe3++4OH-IB埋地管道的防腐第二节第11章埋地管道的腐蚀与防腐生活中的金属防护实例镀铬镀铬、镀锌烤蓝涂机油烤漆涂凡士林Fe3O4埋地管道的防腐覆盖层防腐法阴极保护法石油沥青防腐层煤焦油瓷漆防腐层聚乙烯防腐层聚乙烯聚氨酯泡沫保温防腐层熔结环氧粉末防腐层(跨海大桥）环氧煤沥青防腐层三层型的复合防腐层外加电流法牺牲阳极法一、覆盖层防腐覆盖层：为使金属表面与腐蚀介质隔开而覆盖在金属表面的保护层。覆盖层防腐法：用覆盖层抑制金属腐蚀的方法。定义：好的防腐层：热稳定好化学稳定好生物稳定好机械强度高电阻值高渗透性低1.石油沥青防腐层2.煤焦油瓷漆防腐层3.聚乙烯防腐层4.聚乙烯聚氨酯泡沫保温防腐层5.熔结环氧粉末防腐层6.环氧煤沥青防腐层7.三层型防腐层1．石油沥青防腐层定义以石油沥青涂料为主要材料组成的防腐层。底漆：由石油沥青溶于工业汽油制成。石油沥青：I号石油沥青：软化点为95～110℃的输送液体温度低于50℃的埋地管道II号石油沥青软化点为125～140℃输送液体温度在50～80℃范围的埋地管道。内缠带：为玻璃布（由玻璃纤维编织而成）外缠带：聚氯乙烯工业膜（膜上涂有由氯丁橡胶与松香混合制得的胶粘剂）沥青防腐层的结构：2．煤焦油瓷漆防腐层•底漆–由煤焦油和煤焦油沥青溶于二甲苯制成•煤焦油瓷漆（分为三类：软化点分别为大于100℃、105℃、120℃）–煤焦油–煤焦油沥青–煤粉•内缠带：玻璃纤维织成的毡带，浸渍了胶粘剂（如乙烯与乙酸乙烯酯共聚物）•外缠带：玻璃纤维织成的毡带，煤焦油瓷漆。3、聚乙烯防腐层聚乙烯防腐层的产生方法：挤压包覆法将聚乙烯加热熔化，挤压包覆在涂有底胶的管道外壁形成防腐层胶粘带缠绕法在聚乙烯带表面涂上粘胶，制得聚乙烯胶粘带将聚乙烯胶粘带缠绕在涂有底漆的管道外单形成聚乙烯防腐层4．聚乙烯聚氨酯泡沫保温防腐层以聚氨酯泡沫为内保温层，以聚乙烯为外保护层的复合保温防腐层。5．熔结环氧粉末防腐层将加有固化剂的环氧树脂粉末喷涂在金属表面，在150～180℃下烘15min，即可得到坚韧的熔结环氧粉末防腐层。6．环氧煤沥青防腐层由环氧煤沥青底漆、中层漆和面漆组成。7．三层型的复合防腐层1.底层环氧树脂，有很好的防腐性、粘结性与热稳定性；2.中层为各种含乙烯基单体的共聚物乙烯与乙酸乙烯酯共聚物乙烯与丙烯酸乙酯共聚物乙烯与顺丁烯二酸甲酯共聚物有很强的粘结作用3.外层：为高密度的聚乙烯、聚丙烯有很好的机械强度。主要缺点：成本高二、阴极保护法覆盖层防腐法必须与阴极保护法联合使用在涂敷过程中防腐层不可避免地会出现漏涂点。在使用期间防腐层在各种因素作用下，会产生剥离、穿孔、开裂等现象。阴极保护法是覆盖层防腐法的补充防腐法。1．外加电流的阴极保护法定义：将被保护金属与直流电源的负极相连，由外加电流提供保护电流，降低腐蚀速率的方法。基本原理：①外加直流电源，构成电解池。将直流电源的负极接在需保护的金属上，将阳极接在辅助电极上，使被保护金属整体变成阴极，产生保护电流。②在腐蚀电池中，阳极是被腐蚀，阴极不被腐蚀。③被保金属与直流电源的负极相连，它发生的是阴极反应，因此得到保护．电解池得电子的还原反应失电子的氧化反应（1）适用于长输管线和区域性管网的保护（2）输出电流大（3）需安装直流电源（4）运行期间需专业人员维护（5）容易实现远程自动化监控外加电流保护法的主要特点是：阴极保护法需测定被保护金属的自然电位和保护电位。参比电极：铜/硫酸铜饱和电极（CSE）CuCu2++2e氧化还原自然电位在中等腐蚀性的土壤中约为-0.55V（相对于CSE）。保护电位一般控制在-0.85—1.20V（相对于CSE）范围。2.牺牲阳极的阴极保护法定义：将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护金属腐蚀速率降低的方法。安装简单，不需直流电源，但牺牲阳极消耗大原电池失电子的氧化反应得电子的还原反应沸羊羊负阳氧电子流向：负极（阳极）正极（阴极）阳极阴极阳极：较活泼金属（Zn）Zn-2e=Zn2+氧化反应阴极：被保护金属由牺牲阳极提供保护电流通常在轮船的外壳水线以下处或在靠近螺旋浆的舵上焊上若干块锌块，来防止船壳等的腐蚀。牺牲阳极电位比被保护金属还要负的金属或合金。好的牺牲阳极应满足：①电位足够负②电容量大单位质量牺牲阳极溶解所能提供保护电流的电量。③电流效率高牺牲阳极的实际电容量与理论电容量的比值，以百分数表示．④溶解均匀⑤腐蚀产物易脱落⑥制造简单、来源广、成本低•在牺牲阳极使用时，必须在它的周围加入由硫酸钠、膨润土和石膏粉组成的填包料。填包料起减小牺牲阳极的接地电阻，增加输出电流和使腐蚀产物易于脱落的作用。牺牲阳极的电容量InFtMm式中：m——腐蚀时间内金属的腐蚀量，g；t——腐蚀时间，s；M——金属离子的摩尔质量，g·mol-1；n——金属离子的价数；F——Faraday常熟，等于96500g·mol-1；I——腐蚀电流，A。本章完