金属管道的腐蚀与防护讲解

管道内检测
管道外防腐层检测
试样失重法 漏磁检测技术 超声波检测技术 射线检测技术 涡流检测技术 基于光学原理的无损检测技术 ……
多频管中电流衰减测试法( PCM)
密间隔电位测试技术(CIPS) 直流电位梯度法(DCV G) Pearson 测试技术 变频-选频法 电火花法 防腐层绝缘电阻率测量法
• 腐蚀疲劳
– 当交变应力与腐蚀介质共同作用下，产生的脆 性断裂作用
– 金属的疲劳极限大大降低，因而会过早地破裂
电化学＋力学作用
• 磨损腐蚀（或腐蚀磨损）
– 电化学腐蚀和机械磨损同时存在，两者互相加 速
– 造成的破坏比单纯腐蚀或单纯磨损要大得多
• 氢诱发的腐蚀（或氢脆、氢致开裂）
– 金属由于不恰当的酸洗、电镀、阴极保护，使 表面有氢产生
赤铁矿Fe2O3
①氧化铁
②高炉
③酸性转炉
④管子轧制
提炼过程 腐蚀过程
⑤钢管
⑥管线腐蚀
⑦氧化铁
金属的腐蚀与防护 什么是腐蚀？
为什么会发生腐蚀？ 腐蚀的发生过程？
腐蚀的类型？ 如何探测腐蚀？ 如何减缓腐蚀？
腐蚀的发生过程？
腐蚀是一个涉及电子和离子流动的电化学过程。腐蚀过程包括金属失去 电子的氧化反应和消耗这些电子的还原反应。
氧浓度不同 温度不同 管线表面性质不同 金属类型不同 土壤化学成分不同 ……
阴极
阳极
阴极
阳极
阴极
不同金属在海水中的实际电偶序
金属
镁 锌 铝 清洁碳钢 生锈碳钢 铸/球墨铸铁 铅 混凝土中的钢 铜 高硅钢 碳，石墨
Volts vs. Cu-CuSO4 Volts vs. Ag-AgCl
……
如何减缓腐蚀？
① 正确选材，合理设计 (抗硫钢、耐蚀合金、13Cr)
② 覆盖层保护 ③ 电化学保护 ④ 缓蚀剂保护
阴极保护 阳极保护
减缓地下管线 及设备腐蚀的 主要方法
金属的腐蚀与防护 什么是腐蚀？
为什么会发生腐蚀？ 腐蚀的发生过程？
腐蚀的类型？ 如何探测腐蚀？ 如何减缓腐蚀？
微生物腐蚀
• 微生物的新陈代谢会产生酸、硫化物、氢 等，能增加环境的腐蚀性
• 可促进腐蚀的电极反应动力学过程 • 改变金属周围氧的浓度，形成了氧浓差等
局部腐蚀电池 • 破坏保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性
金属腐蚀分类
按
全面腐蚀
材
• 均匀腐蚀
料
• 不均匀腐蚀
腐
蚀
局部腐蚀
Байду номын сангаас
形
• 点蚀（孔蚀）
态
• 缝隙腐蚀及丝状腐蚀
– 降低了金属原子之间的结合强度，使材料变脆
金属耐蚀性等级
表2 金属腐蚀性十级标准
耐蚀性分类
Ⅰ
完全耐蚀
Ⅱ
很耐蚀
耐蚀性等级
1 2
腐蚀速度 （mm/a）
<0.001
0.001~0.005
Ⅲ
耐蚀
3
0.005~0.01
4
0.01~0.05
Ⅳ
尚耐蚀
5
0.05~0.1
6
0.1~0.5
7
0.5~1.0
Ⅴ
欠耐蚀
8
金属管道的腐蚀与防护讲解
油气管道阴极保护技术培训
1 金属的腐蚀与防护
金属的腐蚀与防护 什么是腐蚀？
为什么会发生腐蚀？ 腐蚀的发生过程？
腐蚀的类型？ 如何探测腐蚀？ 如何减缓腐蚀？
什么是腐蚀？
1. 腐蚀原理、类型和防护方法
管道外壁腐蚀
什么是腐蚀？
作★用产腐生蚀的是损材坏料或受变环~质境~~现介~象质。的腐~化~蚀学~包、括电~~化化~学学~、和电物~化理~~
全面腐蚀危害：
造成金属的大量损失，可以检测和预测腐蚀速率，一般 不会造成突然事故。 根据测定和预测的腐蚀速率，在工程设计时可预先考虑 应有的腐蚀裕量。
局部腐蚀的危害：
导致的金属的损失量小，很难检测其腐蚀速率，往往导 致突然的腐蚀事故。
腐蚀事故中80％以上是由局部腐蚀造成的，难以预测腐 蚀速率并预防。
• 电偶腐蚀（接触腐蚀）
• 晶间腐蚀
• 选择性腐蚀
全面腐蚀与局部腐蚀
局部腐蚀(点蚀)
腐蚀的发生在金属的某一特定部位； 阳极区和阴极区可以截然分开，其 位置可以用肉眼或微观观察加以区分；
均匀腐蚀
各部位腐蚀速率接近； 金属的表面比较均匀地减薄，无明 显的腐蚀形态差别；
全面腐蚀与局部腐蚀的比较
显微视图
阴极点
阳极点
e-
H+ H+
Hee- -He-
H2
eeH- +
Feee+-+e- -ee-F- e
Fe++ ++Fe++
OH-
H+ H+
Fe++ OHFe++ OH-
H+
H+
Fe(OH)2 Fe(OH)2
Fe(OH)2
阳极反应： Fe → Fe2+ + 2e-
阴极反应： 2H+ + 2e- → H2
1.0~5.0
Ⅵ
不耐蚀
9
5.0~10.0
10
>10.0
金属耐蚀性等级
表1 金属耐蚀性三级标准
耐蚀性分类 耐蚀性等级
耐蚀
1
可用
2
不可用
3
腐蚀速度 （mm/a）
<0.1 0.1~1.0
>1.0
如何探测腐蚀
腐蚀检测：依靠检测工具检测出管壁上的腐蚀缺陷,从而了 解管道的腐蚀状况,以便于管道的风险评估和维护维修,为 管道的安全运行提供可靠保障。
学与机械因素或生物因素的共同作用。
• 环境介质：材料-环境交互作用 • 表面/界面现象 • 自发现象
• 材料损伤 宏观上：材料质量流失、强度退化 微观上：组织、结构或价态的改变
什么是腐蚀？
20世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属
生锈：铁及铁基合金生成以水合氧化铁为主的腐蚀
腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域
⑦碳和二氧化 锰混合物
⑧碳棒
腐蚀发生的必要条件
管线和其他地下结构的腐蚀来自于差异腐蚀电池。
差异腐蚀电池
氧浓度不同 温度不同 管线表面性质不同 金属类型不同 土壤化学成分不同 ……
阴极
阳极
阴极
阳极
阴极
腐蚀发生的必要条件
管线和其他地下结构的腐蚀来自于差异腐蚀电池。
差异腐蚀电池
金属腐蚀分类
化学腐蚀 ：高温氧化 电化学作用
按
腐
蚀
反
电化学腐蚀
应
机
理
电化学+机械作用
• 应力腐蚀开裂 • 腐蚀疲劳 • 磨损腐蚀（冲击、振动） • 氢致腐蚀 • 空泡腐蚀
电化学+生物作用 物理溶解腐蚀 ：Fe在液体钠中的腐蚀
电化学＋力学作用
• 应力腐蚀开裂
– 在机械应力与腐蚀介质共同作用下，在远低于 屈服强度的条件下，发生突然的、没有形变预 兆的腐蚀破坏
氧浓度高 (阴极)
缝隙腐蚀实例
氧浓度低 (阳极)
金属的腐蚀与防护 什么是腐蚀？
为什么会发生腐蚀？ 腐蚀的发生过程？
腐蚀的类型？ 如何探测腐蚀？ 如何减缓腐蚀？
金属腐蚀的分类方法 按腐蚀所在环境分类 按腐蚀形态分类 按腐蚀反应机理分类 ……
金属腐蚀的分类方法
自然环境中的 • 大气腐蚀
腐蚀
• 土壤腐蚀
腐蚀的危害
1980:英国北海平台由于腐蚀疲劳倾覆导致123人 丧生、石油减产12％
1998:我国渤海平 台套管腐蚀破裂倒 塌导致原油泄漏， 污染250km2
腐蚀的危害
1989:前苏联输气管道爆裂:1024人伤亡
2004：日本核电站管道腐蚀造 成泄漏事故
腐蚀的危害
塔里木油田某井油管腐蚀形貌图
腐蚀的危害
按
• 淡水和海水腐蚀
材
• 微生物腐蚀
料 所 在
工业环境中的 • 酸、碱、盐溶液中的腐蚀
腐蚀
• 工业水中的腐蚀
环
• 熔盐中的腐蚀
境
• 石油天然气的腐蚀
• 液态金属的腐蚀
• 宇航环境
• 核工业环境
生物环境中的 腐蚀
大气腐蚀
• 大气腐蚀所造成的金属损失，约占金属总 腐蚀量的50％以上
• 大气腐蚀是金属表面处于薄层电解液下的 腐蚀，腐蚀过程服从电化学腐蚀的一般规 律
土壤腐蚀
• 土壤是由土粒、水、空气、有机物等气、 液、固多种组分构成的复杂的多相体系
• 大多数金属在土壤中的腐蚀为氧的去极化 腐蚀
海水腐蚀
• 海水中含有大量氯离子，它能破坏钝化膜， 不锈钢在海水中也要遭到严重的局部腐蚀
• 海水的导电性好，腐蚀过程的电阻滞小，电 偶腐蚀的影响范围大
• 如不加防护措施的话，海水中的青铜螺旋桨 可引起远达数十米处钢质船壳的腐蚀
城市天然气管道由于腐蚀 造成的泄漏和爆炸
含硫输气管线沿 着焊缝开裂失效
美国和意大利的油气管道爆裂事故 油气管道开裂和泄漏造成的环境污染严重
金属的腐蚀与防护 什么是腐蚀？
为什么会发生腐蚀？ 腐蚀的发生过程？
腐蚀的类型？ 如何探测腐蚀？ 如何减缓腐蚀？
为什么会发生腐蚀？
热力学规律: 材料总是趋向于最低能量状态存在
惰性或阴极端
铜(Cu) 铁 (Fe)
温度不同导温致度的差差异异腐蚀电池
压缩站 热天然气
阴极
较冷的 天然气
电流流动
溶解盐浓度不离同子导致浓的度差异腐蚀电池
溶解盐浓度低的土壤
阳极
阴极
溶解盐浓度较高的土壤
阳极
氧浓度不同导致的差异腐蚀电池
氧渗入
铺砌层
氧渗入
阴极
阳极
阳极
阴极
缺氧或无氧
氧浓度不同导致的差异腐蚀电池
局部腐蚀－点蚀
• 主要集中在某些活性点上，不断向金属内 部深处发展
• 通常其腐蚀深度大于孔径，严重时可使管 道或设备穿孔
• 表面上可观察到许多斑点 • 点蚀还可诱发成其它形式的腐蚀，如应力
腐蚀破裂和腐蚀疲劳等
局部腐蚀－晶间腐蚀
• 腐蚀首先在晶粒边界发生，并沿着晶界向 纵深发展
• 由于合金元素在晶粒边界的富集或贫化， 或者由于晶粒边界存在杂质所引起
• 有拉应力的情况下，这种腐蚀更加危险 • 高强度合金及不锈钢就容易产生晶界腐蚀
局部腐蚀－选择性腐蚀
• 合金中的某一组分由于腐蚀，优先地溶解 到电解质溶液中去，从而造成另一组元素 富集在金属表面上
• 例如，铸铁在介质中，铁素体被溶解，碳 化物和石墨在表面积累
• 灰口铸铁在土壤、矿石、盐水等环境中使 用时常发生选择性腐蚀
O2 + 2 H2O + 4e- → 4OH-
腐蚀发生的必要条件
腐蚀发生在 腐蚀电池中
阳极 阴极 电解质 电子/金属通道
石墨-锌电池——腐蚀电池
• 阳极（锌）
①防护
• 阴极（石墨）
②电外解壳质糊
• 电解质（电解质糊、碳、氧化锰）（氯化铵和氯化锌）
• 电子通路（外部回路）
③锌 ④隔板
⑨负极
⑤沥青封闭 ⑥空位间隙
包含所有的天然和人造材料，塑料、陶瓷和金属。
塑料发胀或开裂
材料 + 化学 + 力学
木头干裂或腐烂
花岗岩风蚀 水泥剥离脱落
腐蚀
腐蚀的危害
腐蚀的危害之一 巨大的经济损失
每年仅腐蚀就造成经济损失：
腐蚀的危害之二 自然资源的巨大浪费
每年大约10～20％的金属年产量被腐蚀掉
腐蚀的危害之三 危及人生安全 腐蚀的危害之四 引起安全、环境危害
活性或阳极端
活性或阳极端
–1.60 to –1.75 –1.10 –1.05 –0.50 to –0.80 –0.20 to –0.50 –0.50 –0.50 –0.20 –0.20 –0.20 +0.30
惰性或阴极端
–1.55 to –1.70 –1.05 –1.00 –0.45 to –0.75 –0.25 to –0.45 –0.45 –0.45 –0.15 –0.15 –0.15 +0.35