管道防腐專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)

管道防腐專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

北京輸氣管理處-劉卿培訓(xùn)目的理解金屬腐蝕與控制原理掌握埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法掌握三層PE防腐層結(jié)構(gòu)理解管道陰極保護(hù)原理掌握外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掌握管道陰極保護(hù)準(zhǔn)則掌握管道電位測(cè)試方法第一章：金屬腐蝕與控制原理第二章：管道外涂層系統(tǒng)第三章：管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)第四章：管道陰極保護(hù)測(cè)試第一章：金屬腐蝕與控制原理金屬腐蝕的定義腐蝕電池金屬電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)金屬電化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)金屬腐蝕的分類(lèi)埋地管道的外腐蝕金屬腐蝕的控制途徑埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法管道防腐蝕保護(hù)示意圖金屬腐蝕是金屬和周?chē)h(huán)境發(fā)生作用而被破壞的現(xiàn)象。它是一種自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，給人類(lèi)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)危害極大。例如：金屬構(gòu)件在大氣中生銹；化工生產(chǎn)中，金屬設(shè)備與腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)接觸，尤其在高溫、高壓和高流速的條件下，造成設(shè)備生銹、老化、變形等現(xiàn)象。金屬腐蝕思考：大家都知道，鐵放在潮濕的空氣中一段時(shí)間會(huì)生銹，誰(shuí)知道這是為什么？鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣和水接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)生的一種化學(xué)腐蝕。4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3·H2O鐵失去電子被氧化；氧得到電子被還原。金屬腐蝕的定義腐蝕是金屬和周?chē)h(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學(xué)過(guò)程，而且大多都是電化學(xué)過(guò)程，伴隨著氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生。金屬的化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。金屬的電化學(xué)腐蝕：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。腐蝕的本質(zhì)：金屬發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。腐蝕原電池—電化學(xué)腐蝕的前提金屬回路：連接陰極和陽(yáng)極的任何金屬；陰極：被保護(hù)的部分，得電子；陽(yáng)極：被腐蝕的部分，自身失去電子；電解質(zhì)：導(dǎo)電介質(zhì)。Fe陽(yáng)極

C陰極導(dǎo)線Fe2+

0Hˉeˉ腐蝕原電池金屬電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)金屬?gòu)牡V石（金屬氧化物）中提煉出來(lái)需要很大的能量，使其處于一個(gè)高能級(jí)狀態(tài)。熱力學(xué)的一個(gè)規(guī)律是：材料總是趨向于以最低能量狀態(tài)存在。因此，多數(shù)的金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有尋求低能量狀態(tài)的傾向，如形成氧化物或其他化合物。金屬轉(zhuǎn)化成低能量氧化物的過(guò)程就是腐蝕。金屬電化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)金屬在電解質(zhì)中受自身材質(zhì)、電解液種類(lèi)、電解液濃度、溫度、PH值等影響其電極電位不相同。當(dāng)這些金屬在電解液中作為腐蝕電池的陰、陽(yáng)極時(shí)會(huì)產(chǎn)生電位差，引起腐蝕電池中的電流流動(dòng)，即腐蝕電流。腐蝕的驅(qū)動(dòng)力是電極電位差碳-鐵電池在中性土壤中的腐蝕圖0.3V（C）-0.5V（Fe）_陰極陽(yáng)極E（V）+㏒I-0.1VI金屬腐蝕的分類(lèi)按腐蝕機(jī)理分類(lèi)：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕按腐蝕破壞的形貌特征分類(lèi)：全面腐蝕、局部腐蝕按腐蝕環(huán)境分類(lèi)：大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕以及化學(xué)介質(zhì)中的腐蝕。埋地管道的外腐蝕鋼在土壤中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。由于鋼管的材質(zhì)不同；土壤環(huán)境中的透氣性、含水量、酸度、含鹽量、電阻率、氧氣濃度等不同，使得管道在土壤中的電位不同，從而在管道表面形成陰、陽(yáng)極，驅(qū)動(dòng)腐蝕的發(fā)生。管道是金屬回路、土壤是電解質(zhì)。鋼鐵表面的微小原電池示意圖陽(yáng)極（Fe）：Fe-2e=Fe2+

陰極（C）：2H2O+O2+4e=4OH-4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（鐵銹）金屬腐蝕的控制途徑正確選用耐腐蝕材料合理的防腐設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)）電化學(xué)保護(hù)（陰極保護(hù)、陽(yáng)極保護(hù)）介質(zhì)處理（脫硫、脫水、添加緩蝕劑）金屬表面覆蓋層（金屬與腐蝕性介質(zhì)隔離）埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法采用外涂層和施加陰極保護(hù)是管道外腐蝕防護(hù)的主要手段盡管管道的絕大多數(shù)表面都被涂層有效地保護(hù)著，但是在漏點(diǎn)處或是剝離區(qū)中將會(huì)產(chǎn)生較高的腐蝕速率，很可能導(dǎo)致穿孔或開(kāi)裂。所以埋地管線的涂層系統(tǒng)少有不與陰極保護(hù)共同使用的。陰極保護(hù)分類(lèi)：犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。目前陜京管道常采用外加電流陰極保護(hù)的方式。管道防腐蝕保護(hù)示意圖金屬+土壤 腐蝕金屬+土壤 腐蝕涂層將金屬與土壤隔離開(kāi)

金屬+土壤 腐蝕涂層將金屬與土壤隔離開(kāi)陰極保護(hù)針對(duì)有的缺陷涂層整流器將交流電流轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電流通過(guò)涂層以及陰極保護(hù)系統(tǒng)，最終形成一個(gè)完整的管道保護(hù)系統(tǒng)。第二章：管道外涂層系統(tǒng)涂層常用外涂層種類(lèi)三層PE防腐層涂層涂層的用意是要在金屬表面上形成一層絕緣材料的連續(xù)覆蓋層，將金屬與其直接接觸的電解質(zhì)之間進(jìn)行絕緣（防止電解質(zhì)直接接觸到金屬），即設(shè)置一個(gè)高電阻使得電化學(xué)反應(yīng)無(wú)法正常發(fā)生。現(xiàn)實(shí)中，所有的涂層，不論總體質(zhì)量如何都存在空洞（通常稱(chēng)為不連續(xù)點(diǎn)）被稱(chēng)做漏點(diǎn)，這些漏點(diǎn)一般是在涂敷、運(yùn)輸或者安裝過(guò)程中產(chǎn)生的；使用過(guò)程中，涂層漏點(diǎn)一般是由于涂層老化、土壤應(yīng)力或是管道在土壤中移動(dòng)而產(chǎn)生的，有時(shí)也可能來(lái)自未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的第三方破壞。管道常用外涂層種類(lèi)涂層優(yōu)點(diǎn)不足煤焦油瓷漆80年+的使用壽命，針孔少與鋼材黏結(jié)力高，抗陰極剝離對(duì)健康和空氣質(zhì)量的影響工廠預(yù)制纏帶系統(tǒng)30年+的使用壽命，針孔少，與鋼材黏結(jié)力高屏蔽土壤中的陰保電流熔結(jié)環(huán)氧雙層熔結(jié)環(huán)氧35+年的使用壽命，針孔少，與鋼材黏結(jié)力高，抗陰極剝離抗沖擊磨損能力較低吸濕率高多層環(huán)氧/擠出聚烯烴系統(tǒng)

低的保護(hù)電流需要量，高的抗陰極剝離能力，與鋼材優(yōu)異的黏結(jié)性，高抗沖擊和磨損性能原始投入高，可能對(duì)陰保電流造成屏蔽三層PE防腐層

陜京管道埋地干線防腐采用三層PE防腐涂層，其結(jié)構(gòu)為：

底層：熔結(jié)環(huán)氧底層,厚度≥100μm；

中間層：共聚物熱熔膠厚度170～250μm；

外層（背層）：聚乙烯防腐層,厚度≥3.0或≥3.7mm。根據(jù)德國(guó)調(diào)研數(shù)據(jù),三層PE涂層的使用壽命在30年以上，是一種性能優(yōu)異的外防腐涂層。從強(qiáng)度方面考慮，三層PE分為普通型和加強(qiáng)型（穿跨越段），普通型涂層總厚度為3.0mm左右，加強(qiáng)型涂層總厚度超過(guò)3.7mm。三層PE結(jié)構(gòu)示意圖外加電流陰極保護(hù)原理外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成陰極保護(hù)準(zhǔn)則第三章：外加電流陰極保護(hù)外加電流陰極保護(hù)原理對(duì)被保護(hù)金屬施加負(fù)電流，通過(guò)陰極極化使所有陰極點(diǎn)的電位都達(dá)到了最活潑陽(yáng)極點(diǎn)的開(kāi)路電位時(shí)，結(jié)構(gòu)物上的腐蝕就停止了。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖直流電源的正極連接輔助陽(yáng)極，負(fù)極連接需要保護(hù)的構(gòu)件（管道）。電流從輔助陽(yáng)極流出，經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)管道表面（破損處），再流回電源的負(fù)極。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成電源：外加電流陰極保護(hù)電源分為：整流器和恒電位儀兩種。整流器：是一種將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷难b置。由變壓器、整流元件、濾波器、控制單元等組成，它機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、操作維護(hù)簡(jiǎn)便，工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)。恒電位儀：廣義地說(shuō)，恒電位儀也是一種整流器。它是一種能自動(dòng)地控制管道電位恒定的電子儀器。它有一個(gè)控制電位和一個(gè)保護(hù)電位，恒電位儀的作用就是控制輸出使保護(hù)電位和控制電位達(dá)到一致。若保護(hù)電位偏正則增加輸出，若保護(hù)電位偏負(fù)則減小輸出。PC-1A型恒電位儀陰極保護(hù)整流器外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成輔助陽(yáng)極（也稱(chēng)惰性陽(yáng)極）一般由高硅鑄鐵、鉑鈦或貴金屬氧化物和填埋料（通常為焦碳）組成；陽(yáng)極壽命應(yīng)盡可能長(zhǎng)，選擇合適的數(shù)量并埋在土壤電阻率低的位置以降低陽(yáng)極接地電阻。輔助陽(yáng)極地床是陰極保護(hù)站重要的輔助設(shè)施，通常陽(yáng)極地床型式可分為深井和水平連續(xù)淺埋兩種形式，陽(yáng)極材料采用貴金屬氧化物或加鉻高硅鑄鐵等。陰極（即管道）外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成連接電纜：功能是將上述各部分組件，按照技術(shù)要求連接成完整的保護(hù)系統(tǒng)。電纜類(lèi)型：－陽(yáng)極電纜－陰極電纜－零位接陰電纜－參比電纜－