油氣集輸系統(tǒng)防腐新技術

2024/12/5西南石油學院儲運研究所1油氣集輸系統(tǒng)防腐新技術

主講：李又綠電話：138805518592024/12/5西南石油學院儲運研究所2第一章概述一.腐蝕與防護的重要意義金屬腐蝕給國民經(jīng)濟造成了巨大的經(jīng)濟損失,甚至帶來災難性的事故,浪費寶貴的資源與能源,而且污染環(huán)境。在國民經(jīng)濟各部門中,每年都有大量的金屬構件和設備因腐蝕而報廢。據(jù)發(fā)達國家調查,每年由于腐蝕造成的損失約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的2%—4%。在腐蝕作用下,世界上每年生產(chǎn)的鋼鐵中有10%被腐蝕消耗。隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展,特別是含硫化氫、二氧化碳等腐蝕介質油氣田的相繼開發(fā),天然氣集輸系統(tǒng)和長輸系統(tǒng)的設備與管道的腐蝕與防護受到越來越多的重視。2024/12/5西南石油學院儲運研究所3一.腐蝕與防護的重要意義鑒于腐蝕問題的嚴重性，國內(nèi)外對防腐蝕工作都很重視，采取各種措施來減輕腐蝕的危害。為了保證油氣管道的長期安全運行，各國政府和企業(yè)都制定有防腐法規(guī)，作為設計、施工、管理必需遵循的準則。研究腐蝕和防護的意義是多方面的。1.經(jīng)濟方面:這包括降低因管道、儲罐、設備和結構的腐蝕所造成的金屬損失。直接損失:指更換被腐蝕的構件、機械或它們的零部件，如管道、金屬屋頂，并包括這種更換工作所需的勞動力在內(nèi)合計花費的金額。2024/12/5西南石油學院儲運研究所4間接損失:停產(chǎn)損失產(chǎn)品損失效率損失產(chǎn)品污染過度設計2.安全性:因為腐蝕可能造成設備災難性的破斷事故。3.保護環(huán)境:主要是指金屬資源，因為它們在全球的儲量有限，并且，它們的浪費還伴隨著這些金屬構件生產(chǎn)制造中的能源和水的浪費。2024/12/5西南石油學院儲運研究所5二.金屬腐蝕的定義金屬腐蝕：是指金屬與周圍環(huán)境發(fā)生化學反應、電化學反應或物理溶解作用而導致金屬損壞。這個定義明確指出了金屬腐蝕是包括金屬材料和環(huán)境介質兩者在內(nèi)的一個具有反應作用的體系。金屬為什么很容易受腐蝕？從熱力學的觀點看，是因為金屬處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它有與周圍介質發(fā)生作用轉變成金屬離子的傾向。金屬及其合金的腐蝕主要是化學和電化學作用引起的破壞，有時伴隨有機械、物理或生物作用。單純的物理作用的破壞，如合金在液態(tài)金屬中的物理溶解（存放熔融鋅的鋼容器，F(xiàn)e在高溫下被液態(tài)鋅溶解，使容器壁變?。?，這種情況比較少。不包含化學變化的純機械破壞不屬于腐蝕范疇，例如鋼索斷裂、機器軸的損壞等，這是材料本身性能的失效。2024/12/5西南石油學院儲運研究所6三.金屬腐蝕的分類1.按腐蝕形態(tài)分類1）全面腐蝕（generalcorrosion）腐蝕分布在整個金屬表面上,可以是均勻的,也可以是不均勻的。如碳鋼在強酸中發(fā)生的腐蝕即屬此例。均勻腐蝕的危害性相對較小,因為若知道了腐蝕的速度,即可推知材料的使用壽命,并在設計時將此因素考慮進去。2024/12/5西南石油學院儲運研究所71.按腐蝕形態(tài)分類1）局部腐蝕（localizedcorrosion）腐蝕主要集中在金屬表面某一區(qū)域，而表面的其他部分幾乎未被破壞。常見的幾種局部腐蝕有:·點蝕（pitting）又稱小孔腐蝕。這種破壞常集中在某些活性點上，并向金屬內(nèi)部深處發(fā)展，通常其腐蝕深度大于其孔徑，嚴重時可使金屬穿孔。如不銹鋼在含有氯離子的溶液中常呈現(xiàn)這種破壞形式?！る娕几g（galvaniccorrosion）凡具有不同電極電位的金屬相互接觸，并在一定的介質中所發(fā)生的電化學腐蝕即屬此類，如不銹鋼和碳鋼的連接處，碳鋼在介質中做為陽極而被腐蝕。2024/12/5西南石油學院儲運研究所81.按腐蝕形態(tài)分類·氫脆（hydrogenembrittlement）在某些介質中,因腐蝕或其他原因所產(chǎn)生的氫原子可滲入金屬內(nèi)部,使金屬變脆,并在應力作用下發(fā)生脆裂。如含硫化氫的油、氣輸送管道中常發(fā)生這種腐蝕?！Ωg開裂（stresscorrosioncracking）它在局部腐蝕中居首位。根據(jù)腐蝕介質的性質和應力狀態(tài)的不同,裂紋特征會有所不同,顯微裂紋呈穿晶、晶界或兩者混合形式,裂紋呈樹枝狀,其走向與所受拉應力的方向垂直。如奧氏體不銹鋼在熱氯化物水溶液（如NaCl2,MgCl2,BaCl2溶液）中常有應力腐蝕破裂發(fā)生。2024/12/5西南石油學院儲運研究所91.按腐蝕形態(tài)分類·晶間腐蝕（intergranularcorrosion）這種腐蝕首先在晶粒邊界上發(fā)生,并沿晶界向縱深處發(fā)展。這時,金屬外觀雖看不出什么變化,但其機械性能確已大大降低了。例如奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼常出現(xiàn)這種腐蝕?！みx擇性腐蝕（selectiveleaching）合金中的某一組分由于腐蝕優(yōu)先溶解到溶液中去,而另一種金屬富集下來。如黃銅脫鋅就是此類腐蝕。2024/12/5西南石油學院儲運研究所101.按腐蝕形態(tài)分類其他局部腐蝕:縫隙腐蝕（crevicecorrosion）沉積腐蝕濃差電池腐蝕湍流腐蝕腐蝕疲勞（corrosionfatigue）磨損腐蝕（erosioncorrosion）氫致開裂（hydrogeninducedcracking）2024/12/5西南石油學院儲運研究所112.按腐蝕環(huán)境分類1）化學介質腐蝕2）大氣腐蝕3）海水腐蝕4）土壤腐蝕5）工業(yè)水腐蝕6）高溫腐蝕·液態(tài)金屬腐蝕·熔鹽腐蝕·燃氣腐蝕2024/12/5西南石油學院儲運研究所123.按腐蝕機理分類1）化學腐蝕金屬的化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞?；瘜W腐蝕是在一定的條件下,非電解質中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用,即氧化還原反應是在反應粒子相互作用的瞬間于碰撞的那一個反應點上完成的。在化學腐蝕過程中,電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進行的,因而沒有電流產(chǎn)生。過去,普遍的觀點認為,金屬的高溫氧化屬典型的化學腐蝕。但在1952年,瓦格納（C.Wangner）根據(jù)氧化膜的近代觀點提出,不再將高溫氧化視為單純的化學腐蝕。在高溫氣體中金屬的氧化最初雖然是通過化學反應,但后來,膜的成長過程則屬于電化學機理。2024/12/5西南石油學院儲運研究所133.按腐蝕機理分類化學腐蝕可分為兩種:氣體腐蝕:一般指金屬在干燥氣體中發(fā)生的腐蝕。例如，用氧氣切割和焊接管道時在金屬表面上產(chǎn)生的氧化皮。在非電解質溶液中的腐蝕:例如金屬在某些有機液體（如苯、汽油）中的腐蝕。2024/12/5西南石油學院儲運研究所143.按腐蝕機理分類2）電化學腐蝕電化學腐蝕是指金屬與電解質發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生的破壞。在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。電化學腐蝕的過程至少包括有一個陽極反應和一個陰極反應,并與流過金屬內(nèi)部的電子流和介質中定向遷移的離子聯(lián)系在一起。陽極反應是金屬原子從金屬轉移到介質中并放出電子的過程,即氧化過程。陰極反應是介質中的氧化劑奪取電子發(fā)生還原反應的還原過程。例如,碳鋼在酸中腐蝕時,在陽極區(qū)Fe被氧化成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,即2024/12/5西南石油學院儲運研究所153.按腐蝕機理分類陽極反應:Fe→Fe2++2e陰極反應:2H++2e→H2↑總反應:Fe+2H+→Fe2++H2↑由此可見，電化學腐蝕的特點是:介質為離子導電的電解質。金屬/電解質界面反應過程是因電荷轉移而引起的電化學過程，必須包括電子和離子在界面上的轉移。界面上的電化學過程可以分為兩個相互獨立的氧化和還原過程，金屬/電解質界面上伴隨電荷轉移發(fā)生的化學反應稱為電極反應。電化學腐蝕過程伴隨電子的流動，即電流的產(chǎn)生。2024/12/5西南石油學院儲運研究所163.按腐蝕機理分類綜上所述,電化學腐蝕實際上是一個短路的原電池反應的結果,這種原電池又稱為腐蝕原電池。油氣管道和儲罐在潮濕的大氣中、海水中、土壤中以及油氣田的污水、注水系統(tǒng)等環(huán)境中的腐蝕均屬此類。腐蝕原電池與一般原電池的差別僅在于原電池是把化學能轉變?yōu)殡娔?作有用功,而腐蝕原電池則只能導致材料的破壞,不對外界作有用功。當管、罐金屬表面受到外界的交、直流雜散電流的干擾,產(chǎn)生電解電池的作用時,腐蝕金屬電極的陽極溶解,即發(fā)生所謂的雜散電流腐蝕。電解池的正極進行陽極反應,負極進行陰極反應,其電極的正、負極性與腐蝕原電池相反。故電化學反應是借助于原電池和電解池進行的。電化學腐蝕較普遍和常見,是油氣田設備及管道腐蝕的主要類型。2024/12/5西南石油學院儲運研究所17腐蝕形態(tài)示意圖2024/12/5西南石油學院儲運研究所18四.金屬腐蝕速率的表示方法金屬遭受腐蝕后,其質量、厚度、機械性能、組織結構、電極過程都會變化,這些物理性能和力學性能的變化率可用來表示金屬腐蝕的程度。在均勻腐蝕的情況下通常采用質量指標、深度指標和電流指標來表示。1.質量指標2.金屬腐蝕速率的深度指標3.金屬腐蝕速率的電流指標2024/12/5西南石油學院儲運研究所191.質量指標這種指標就是金屬因腐蝕而產(chǎn)生的質量變化，換算成相當于單位金屬表面積于單位時間內(nèi)的質量變化的數(shù)值。所謂質量的變化，在失重時是指腐蝕后帶有腐蝕產(chǎn)物時的質量與消除了腐蝕產(chǎn)物后的質量之間的差值；在增重時系指腐蝕后帶有腐蝕產(chǎn)物時的質量與腐蝕前的質量之差，可根據(jù)腐蝕產(chǎn)物容易去除或完全牢固地附著在試件表面的情況來選取失重或增重表示法。式中:v—表示金屬腐蝕的速率，g/(m2?h)；ΔW—腐蝕前后金屬質量的變化，g；S—金屬的表面積，m2；t—腐蝕進行的時間，h。2024/12/5西南石油學院儲運研究所202.金屬腐蝕速率的深度指標此指標表示單位時間內(nèi)金屬的厚度因腐蝕而減少的量。在衡量不同密度的各種金屬的腐蝕程度時，有以下?lián)Q算關系:式中:vL—腐蝕的深度指標，mm/a；ρ—被腐蝕金屬的密度，g/cm3。除上述單位外，在不少文獻中也經(jīng)常用mdd即mg/(dm2?d)，ipy(in/a)，mpy(mil/a)等作為重量指標和深度指標的單位，它們可以相互換算，具體換算方法見表1。2024/12/5西南石油學院儲運研究所212024/12/5西南石油學院儲運研究所22根據(jù)金屬年腐蝕深度的不同,管道及儲罐的介質腐蝕性評價標準及大氣腐蝕性評價按SY/T0087-95進行,數(shù)據(jù)見表2與表3。最大坑深及點蝕的評價標準見表4及表5。2024/12/5西南石油學院儲運研究所23表2大氣腐蝕性評價2024/12/5西南石油學院儲運研究