輸氣管道防腐技術(shù)ch2s-080825

第二章自然環(huán)境下的腐蝕1金屬材料暴露在空氣中，由空氣中的水和氧氣等的電化學(xué)作用而引起的腐蝕稱為大氣腐蝕。

§2.1大氣腐蝕

概述

在腐蝕學(xué)科中，常把大氣分為海洋、工業(yè)、城市、農(nóng)村大氣四類（根據(jù)地域劃分），其中的海洋大氣腐蝕最為嚴(yán)重，工業(yè)大氣、城市大氣次之，農(nóng)村大氣最輕。日常生活中，?？煽吹胶＿叧鞘凶孕熊嚾︿P蝕比內(nèi)陸的嚴(yán)重的多，據(jù)文獻(xiàn)介紹鋼在海岸的腐蝕比在沙漠中大400～500倍；工業(yè)大氣比沙漠區(qū)的腐蝕可能大50至100倍。2工業(yè)大氣、城市大氣的腐蝕性超過農(nóng)村大氣，主要原因是空氣污染嚴(yán)重，含有大量的腐蝕性氣體，如SO2、CO2等。海洋大氣因其含有鹽分及海水的蒸發(fā)使其腐蝕性較之工業(yè)和城市大氣都嚴(yán)重。3

大氣腐蝕是一種電化學(xué)過程，對于大氣的腐蝕性，有時(shí)不能光看某些腐蝕性氣體的含量和降塵量的大小，如沈陽大氣污染中SO2最大濃度達(dá)1.38mg/m3，降塵量高達(dá)953mg/m2，五年合計(jì)相對濕度≥70％的天數(shù)為619天；上海大氣中SO2最大濃度為0.19mg/m2，五年合計(jì)相對濕度＞70％的天數(shù)為1162天，且氣溫比沈陽高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明腐蝕以上海比沈陽嚴(yán)重。因?yàn)樯虾穸却蟮奶鞌?shù)比沈陽高一倍。大氣腐蝕是一個(gè)綜合作用的結(jié)果，在分析大氣腐蝕性時(shí)，通常碳鋼的大氣腐蝕速率取決于濕度、溫度、降水量、凝露以及大氣組成、灰塵、含鹽量、大氣污染等。42.1.1分類

根據(jù)大氣中水汽與金屬表面反應(yīng)速度不同，把大氣腐蝕分為三類：1、干大氣腐蝕指在非常干燥的空氣中，金屬表面不存在液膜層時(shí)的腐蝕（未形成連續(xù)電解液）。2、潮大氣腐蝕當(dāng)相對濕度足夠高，金屬表面存在肉眼看不見的薄液膜層時(shí)發(fā)生的腐蝕。3、濕大氣腐蝕在金屬表面存在著肉眼可見的凝結(jié)水膜時(shí)的腐蝕。

5圖2-1大氣腐蝕與金屬表面上水膜層厚度之間的關(guān)系Ⅰ一水膜厚度δ=1～10nm的區(qū)域；Ⅱ一水膜厚度δ=10nm～1μm的區(qū)域；Ⅲ一水膜厚度δ=1μm～1mm的區(qū)域；Ⅳ一水膜厚度δ＞1mm62.1.2大氣腐蝕的電化學(xué)過程特點(diǎn)：金屬處于薄層電解液下的腐蝕過程大氣腐蝕時(shí)陰極去極化過程主要是依靠氧的去極化作用，大氣腐蝕的陽極過程在薄液膜下會受到較大的阻礙（陽極鈍化，金屬離子水化過程的困難是造成陽極極化的主要原因）。結(jié)論：隨液膜變薄大氣腐蝕的陰極過程將更容易進(jìn)行，相反陽極過程變得較為困難。72.1.3大氣腐蝕的影響因素1.結(jié)露當(dāng)金屬表面處在比的它溫度高的空氣中，這時(shí)空氣中的水蒸汽將以液態(tài)凝結(jié)在金屬表面上，這種現(xiàn)象稱為結(jié)露（例空調(diào)器的排水器）。82.濕度臨界濕度：大氣腐蝕速度劇增時(shí)的大氣相對濕度值稱為臨界濕度。在臨界濕度附近結(jié)露和氣溫變化有關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在其它條件相同時(shí)，平均氣溫高的地區(qū)，大氣腐蝕速度較大。93、降雨量：影響原因：降雨后空氣濕度上升。雨水沾濕表面。沖刷破壞腐蝕產(chǎn)物保護(hù)層而促進(jìn)腐蝕。結(jié)論：雨水多的地區(qū)，空氣潮濕，金屬的腐蝕比較嚴(yán)重。104、大氣成分：（主要討論其中雜質(zhì)成分）SO2大氣污染物質(zhì)中，SO2影響最大，且冬季污染更嚴(yán)重。來源：石油，煤為燃料的廢氣。例：鐵，鋅金屬在含SO2大氣中生成易溶的硫酸鹽產(chǎn)物，其腐蝕速度和大氣中SO2含量成直線關(guān)系上升。11NaCl的影響（指海水水滴）影響原因：NaCl顆粒它具有吸濕作用，增大了表面液膜層的導(dǎo)電，Cl離子本身有很強(qiáng)的侵蝕性，因而使腐蝕變得嚴(yán)重。固體塵粒影響影響原因：塵粒本身具有腐蝕性。塵粒本身無腐蝕作用，但能吸附腐蝕性物質(zhì)。塵粒本身無腐蝕作用，它落在金屬上會形成縫隙而凝結(jié)水分形成氧濃差的局部腐蝕條件。122.1.4防止大氣腐蝕的方法

在碳鋼中加入某些合金元素采用有機(jī)或無機(jī)涂層，金屬鍍層采用氣相緩蝕劑降低大氣濕度合理設(shè)計(jì)構(gòu)件、防止縫隙中存水、去除金屬表面灰塵等。13水腐蝕指自然界中存在的水（如海水、江河水、雨水、地下水等）對金屬構(gòu)件和設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕作用。這些水大部分為近中性介質(zhì)，其腐蝕過程的去極化劑為溶解氧，在某些受污染的或含有H2S水介質(zhì)中，還會發(fā)生H+還原的過程。其腐蝕反應(yīng)為：§2.2自然水腐蝕14在水介質(zhì)中，除了發(fā)生一般的電化學(xué)腐蝕外，某些條件下（如厭氧環(huán)境）也會發(fā)生微生物腐蝕。微生物主要為真菌、藻類和細(xì)菌，一般真菌和藻類并不直接引起金屬的腐蝕，但它們的分泌物或沉積物下金屬表面則常發(fā)生腐蝕。細(xì)菌主要指產(chǎn)粘泥細(xì)菌、鐵沉積細(xì)菌、產(chǎn)硫化物細(xì)菌和產(chǎn)酸細(xì)菌，它們引起的金屬腐蝕速率較大，除了鈦合金具有耐微生物腐蝕能力外，其他合金幾乎都發(fā)生過微生物腐蝕的實(shí)例。15水介質(zhì)中的腐蝕形態(tài)可分為均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和氫損傷等。不同的合金在不同的水介質(zhì)中其腐蝕形態(tài)是不一樣的。162.2.1淡水腐蝕淡水的種類很多，通常可分地下水、地表水。地表水中又有湖水、河水。淡水的腐蝕性變化很大，主要受溶解氧含量、硬度、堿度、氯化物濃度、硫酸根濃度、硫化物含量、流速和溫度等影響。17淡水中腐蝕性質(zhì)：電化學(xué)腐蝕過程，溶液中金屬離子濃度低陽極過程容易進(jìn)行，通常受陰極過程所控制。18環(huán)境因素：

pH值在pH=4～9的范圍內(nèi)，腐蝕速率與水的pH值無關(guān)（鋼表面有一層保護(hù)膜）。溶氧淡水的腐蝕受陰極過程控制，除酸性較強(qiáng)的水以外，其腐蝕速度與溶氧量及氧的消耗成正比。19溶液成分水中含鹽量增加（到一定程度），腐蝕加快。一般陽離子對腐蝕影響不大，部分陽離子有緩蝕作用。陰離子一般都有害，但有部分例外（PO43-、NO2-）。水溫符合一般規(guī)律，溫度↑腐蝕↑20對于淡水中的腐蝕一般采用覆蓋層或緩蝕阻垢劑防護(hù)；在微生物腐蝕為主要腐蝕原因時(shí)，加入殺生劑和緩蝕劑。流速金屬在水中的腐蝕與流速的影響和其它因素的聯(lián)系很復(fù)雜?；旧献裱韵乱?guī)律：初始，流速↑腐蝕↑→流速增大到一定值，腐蝕↓→流速繼續(xù)↑腐蝕↑212.2.2海水

海洋占地球表面積的71％，約為361×106Km2，平均水深為3795m，pH值為8.l±0.2。海水的成分較復(fù)雜，而且隨水的深度而變，含鹽量在3.0％～3.5％之間，溶解氧量為3～8mg/L，并隨水的深度而變化。表2-4海水的主要成分（氯度=19‰）221、特征：增加導(dǎo)電率，含氧量、含鹽量高2、影響海水腐蝕的因素所含鹽類及其濃度海水中鹽的種類很多，其中以氯化物的含量最多，約占總鹽量的85％以上。其所含鹽量常以鹽度表示，系指1000g海水中溶解的固體鹽類的克數(shù)。在表層海水中，總鹽度一般在32～37.5的范圍內(nèi)。含鹽量的多少會直接影響海水的電導(dǎo)值。23溶解的氧量金屬在海水中的腐蝕過程是受陰極反應(yīng)中氧的去極化作用控制的，因此海水中溶解的氧量是影響腐蝕性的一個(gè)重要因素，腐蝕速度隨氧含量的增高而加快。海水中的氧含量隨深度的增加而降低，根據(jù)挪威西部海面的實(shí)測，表面海水中的氧含量為6.2～6.6mol／L。溫度溫度愈高，金屬在海水中的腐蝕速度愈快。海水溫度是隨緯度、季節(jié)和深度不同而變化的。水溫高處，往往鹽度也高。24流速海水的運(yùn)動有助于將空氣中的氧擴(kuò)散到金屬表面，因此隨著海水運(yùn)動速度的加大，腐蝕速度將加快。此外，挾帶著泥砂的海水對金屬構(gòu)筑物表面的高速沖刷，還會產(chǎn)生“磨蝕”。海洋生物除了細(xì)菌腐蝕以外，海藻、貝類等海洋生物附著在金屬表面，阻礙了氧與金屬的接觸，會形成氧的濃差電池，在構(gòu)筑物上出現(xiàn)坑蝕。253.海水腐蝕的特點(diǎn)由于海水接近中性，并含有大量的氯離子，故海水對于鋼鐵等大多數(shù)金屬的腐蝕，其陽極極化的程度很小，腐蝕速度主要是由陰極反應(yīng)過程中氧的去極化作用所控制。不同的金屬材料在海水中的自然電位與其標(biāo)準(zhǔn)電極電位差異較大，電偶序也有所變化。由于海水的電阻率很小，其腐蝕速率大。26對于海洋采油平臺和油氣輸送管道的防腐，要特別注意海洋大氣帶和飛濺帶的特點(diǎn)。海洋大氣濕度高并含有鹽霧，其腐蝕形式主要還是全面腐蝕。飛濺區(qū)和潮差區(qū)，構(gòu)筑物受浪花和海潮的沖擊，不僅會發(fā)生全面腐蝕，還有坑蝕和沖蝕，需要采取特殊的防腐保護(hù)層。

不同水深處，腐蝕速率不同。將若干塊互不連通的碳鋼小試件放在不同水深處所測得的腐蝕速率與位置的關(guān)系見圖2-2（a），可見飛濺區(qū)與潮差區(qū)腐蝕最重；在全浸區(qū)，腐蝕速率隨水深的增加而減小，因?yàn)樵诓煌疃忍?，海水的含氧量不同?7圖2-2腐蝕速率與水深的關(guān)系Ⅰ-海洋大氣；Ⅱ-飛濺區(qū)；Ⅲ-潮差區(qū)；Ⅳ-全浸區(qū)；Ⅴ-海泥區(qū)需要注意的是，在從海平面一直伸到海底的整個(gè)金屬構(gòu)筑物上，各處的腐蝕速率要比處于同一水深的小構(gòu)件快得多。圖3-2（b）為從海面一直插到海泥中的長鋼樁上各處的腐蝕速率與水深的關(guān)系。28對于海水的腐蝕可采用覆蓋層和陰極保護(hù)聯(lián)合防護(hù)方法控制各種合金的腐蝕，但應(yīng)與覆蓋層的耐蝕電位性能相容。292.2.3礦化水腐蝕

礦化水主要是指含有較高離子濃度的深層地下水，或由于海水倒灌而使水含鹽量增大的淡水。這種水質(zhì)多為石油開采和生產(chǎn)當(dāng)中遇到，如注水系統(tǒng)、水分離系統(tǒng)及原油儲存設(shè)備中均常常發(fā)生礦化水的腐蝕問題。礦化水的腐蝕性主要有如下影響因素。30礦化度：一般礦化度越高，水的電導(dǎo)率越大，腐蝕率增大。C1-、CO32-

等腐蝕性離子濃度：這些離子的濃度愈高，其腐蝕性愈強(qiáng)。溫度：有些礦化水是處于高溫狀態(tài)（40～90℃），溫度