金屬管道的腐蝕與防護

1stLecture金屬管道的腐蝕與防護腐蝕基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容1油氣儲運系統(tǒng)防腐蝕工作的重要性性2腐蝕的定義3管道腐蝕的分類延長管道使用壽命要求提高防腐蝕技術(shù)1油氣儲運系統(tǒng)防腐蝕工作的重要性防腐蝕有很大的難度管道輸送事業(yè)的發(fā)展要求提高防腐蝕技術(shù)腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素材料腐蝕是全世界面臨的一個嚴(yán)重問題。

主要內(nèi)容1油氣儲運系統(tǒng)防腐蝕工作的重要性2腐蝕的定義3管道腐蝕的分類狹義：腐蝕是材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用而破壞現(xiàn)象。從廣義上講，任何材料(金屬或非金屬材料)受到周圍環(huán)境因素(如濕氣、水、化工大氣、電解液、有機溶劑、酸、堿等)的作用引起破壞或變質(zhì)的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為“腐蝕”。2腐蝕的定義材料腐蝕：材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理作用的破壞現(xiàn)象。就金屬而言，腐蝕就是在周圍介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用下，并且經(jīng)常是在物理因素或生物因素的綜合作用下，金屬由元素狀態(tài)轉(zhuǎn)為離子狀態(tài)所引起的破壞。2腐蝕的定義主要內(nèi)容1油氣儲運系統(tǒng)防腐蝕工作的重要性2腐蝕的定義3管道腐蝕的分類3.1按材料分3.2按機理分3.3按部位分3.4按形態(tài)分3管道腐蝕的類別金屬腐蝕非金屬腐蝕地下油氣管道的管材多用碳鋼或低強度合金鋼，低壓管道（水、氣）也有用非金屬材料的，如塑料、玻璃鋼或水泥等。3.1按材料分化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕3.2按機理分管材金屬與運輸介質(zhì)或環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的損失。主要特點：腐蝕作用進(jìn)行時沒有電流產(chǎn)生，這在輸油管道中并非主要腐蝕機理金屬和外部截止發(fā)生電化學(xué)作用而引起破壞。主要特點：腐蝕過程伴隨電流產(chǎn)生。這是輸油管道中的主要腐蝕機理。3.2.1化學(xué)腐蝕的實質(zhì)在一定的條件下，非電解質(zhì)中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用，即氧化還原反應(yīng)是在反應(yīng)粒子作用的瞬間于碰撞的那一個點上完成的。電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進(jìn)行，因而沒有電流發(fā)生。3.2.2電化學(xué)腐蝕的實質(zhì)碳鋼在酸中腐蝕時，在陽極區(qū)Fe被氧化為Fe2+，所放出的電子自陽極（Fe）流至鋼表面的陰極區(qū)（如Fe3C）上，與H+作用而還原成氫氣。陽極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：總反應(yīng)：電化學(xué)腐蝕實際上是一個短路的原電池反應(yīng)的結(jié)果，又稱腐蝕原電池。腐蝕原電池與一般原電池的差別：原電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，作有用功；腐蝕原電池只能導(dǎo)致材料的破壞，不對外界作有用功。3.2.3電化學(xué)腐蝕的特點(1)介質(zhì)為離子導(dǎo)電的電解質(zhì)(2)金屬/電解質(zhì)界面反應(yīng)過程是因電荷轉(zhuǎn)移而引起的電化學(xué)過程，必須包括電子和離子在界面上的轉(zhuǎn)移。(3)界面上的電化學(xué)過程可以分為兩個相互獨立的氧化和還原過程。金屬/電解質(zhì)界面上伴隨著電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)稱為電極反應(yīng)。(4)電化學(xué)腐蝕過程伴隨著電子的流動，即電流的產(chǎn)生。3.2.4電化學(xué)腐蝕的主要原因大氣腐蝕土壤腐蝕雜散電流腐蝕細(xì)菌腐蝕微腐蝕電池宏腐蝕電池主要影響因素為土壤的性質(zhì)3.3按部位分內(nèi)壁腐蝕

介質(zhì)中的水在管道壁生成一層親水模并形成原電池所發(fā)生的電化學(xué)腐蝕，或其他有害物質(zhì)（硫化氫、硫化物、CO2等）直接與金屬作用引起的化學(xué)腐蝕。外壁腐蝕

與管道所處的環(huán)境有關(guān)。架空管道易受大氣腐蝕，土壤水中的管道則易受土壤腐蝕、細(xì)菌腐蝕和雜散電流腐蝕。特別是一旦防腐層被破壞，外幣將直接受環(huán)境條件的腐蝕。3.4按形態(tài)分3.4.1全面腐蝕3.4.2局部腐蝕

金屬表面的全部或大部都發(fā)生腐蝕，腐蝕程度大致是均勻的，故又稱為均勻腐蝕。如高溫氧化。均勻腐蝕的程度可以用腐蝕率來表示。常用兩種單位：一是單位時間內(nèi)、單位表面積上損失的質(zhì)量，以ｇ/(ｍ2·ｈ)計；另一是單位時間內(nèi)腐蝕的平均厚度，以ｍｍ/ａ計。由厚度腐蝕率可以估算設(shè)備的預(yù)期壽命，應(yīng)用得更為廣泛。3.4.1全面腐蝕(1)孔蝕(2)縫隙腐蝕(3)脫層腐蝕(4)晶間腐蝕(5)選擇性腐蝕3.4.2局部腐蝕(6)磨損腐蝕(7)應(yīng)力腐蝕開裂(8)腐蝕疲勞(9)氫腐蝕(1)點蝕腐蝕集中于金屬表面的很小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部的孔狀腐蝕形態(tài)。一般孔徑小而深度深。點蝕系數(shù)：蝕孔最大深度/平均腐蝕深度易于生成燉化膜的金屬材料（如不銹鋼、鋁）表面容易發(fā)生深的點蝕點腐蝕發(fā)生于有特殊離子的介質(zhì)中。點腐蝕發(fā)生在某一臨界電位以上。特征(2)縫隙腐蝕縫隙腐蝕是孔蝕的一種特殊形態(tài)，發(fā)生在縫隙內(nèi)(如焊、鉚縫、墊片或沉積物下面的縫隙)，破壞形態(tài)為溝縫狀,嚴(yán)重的可穿透?？p隙腐蝕常有一段較長的孕育期，當(dāng)縫內(nèi)pＨ值下降到臨界值后，與孔蝕相似，產(chǎn)生加速腐蝕。一般在含Cl-溶液中最易發(fā)生，有效的防止方法是消除縫隙。(3)脫層腐蝕在金屬層狀結(jié)構(gòu)層與層之間產(chǎn)生腐蝕，先垂直向內(nèi)發(fā)展，然后改變方向，有選擇地腐蝕與表面平行的物質(zhì)。腐蝕產(chǎn)物的膨脹力使未腐蝕的表層成層狀脫離。(4)晶間腐蝕腐蝕從表面沿晶粒邊界向內(nèi)發(fā)展,外表沒有腐蝕跡象,但晶界沉積有腐蝕產(chǎn)物,由金相顯微鏡可看到晶界呈現(xiàn)網(wǎng)狀腐蝕。晶間腐蝕是晶界在一定條件下產(chǎn)生化學(xué)和組織的變化導(dǎo)致耐蝕性降低而引起的。奧氏體不銹鋼的晶間貧鉻引起的晶間腐蝕在工業(yè)中較為常見。(5)選擇性腐蝕工業(yè)合金有不同成分和雜質(zhì),具有不同的結(jié)構(gòu),耐蝕性也有差別。在一定溶液中,有些活性組分溶出,剩下疏松的不活潑組分,強度和延性完全喪失。(6)磨損腐蝕(1)沖擊腐蝕(2)空泡腐蝕(3)摩振腐蝕(7)應(yīng)力腐蝕開裂合金在腐蝕和一定方向的拉應(yīng)力同時作用下產(chǎn)生破裂,稱為應(yīng)力腐蝕開裂。裂縫形態(tài)有兩種:沿晶界發(fā)展,稱晶間開裂；縫穿過晶粒,稱穿晶開裂,也有混合型。是最危險的腐蝕形態(tài)之一,可引起突發(fā)性事故。防止應(yīng)力腐蝕的方法:進(jìn)行熱處理以消除部件的應(yīng)力;改進(jìn)設(shè)計結(jié)構(gòu),避免應(yīng)力集中于局部,設(shè)計中選用的載荷應(yīng)低于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的臨界值;表面用噴丸處理產(chǎn)生壓應(yīng)力;采用電化學(xué)保護、涂料、或緩蝕劑等。(8)腐蝕疲勞腐蝕和交變應(yīng)力共同作用引起的破裂在無腐蝕時,金屬受交變應(yīng)力作用將產(chǎn)生疲勞破裂。防止方法:(1)改進(jìn)設(shè)計或進(jìn)行熱處理以消除和減小拉應(yīng)；

(2)表面噴丸處理產(chǎn)生壓應(yīng)力；

(3)電鍍鋅、鉻、鎳等(但電鍍時注意鍍層中不可產(chǎn)生拉應(yīng)力,也不可有氫滲入)；

(4)也可用緩蝕劑和陰極保護。(9)氫腐蝕(1)氫鼓泡(2)氫脆對低強度鋼,特別是含大量非金屬夾雜時,溶液中產(chǎn)生的氫原子很容易擴散到金屬內(nèi)部。當(dāng)環(huán)境中含有硫化物、氰化物、含磷離子等阻止放氫反應(yīng)的毒素時,進(jìn)入鋼內(nèi)結(jié)合成分子,使鋼表面產(chǎn)生鼓泡。當(dāng)環(huán)境中含有硫化物、氰化物、含磷離子等阻止放氫反應(yīng)的毒素時,進(jìn)入鋼內(nèi)結(jié)合成分子,使鋼表面產(chǎn)生鼓泡。防止方法:除去這類毒素最有效;防止方法:除去這類毒素最有效;也可選用無空穴的鎮(zhèn)靜鋼代替沸騰鋼。此外,可采用氫不易滲透的奧氏體不銹鋼或鎳的襯里