管道陰極保護講解

金屬的腐蝕與防護

油氣管道陰極保護技術培訓

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什么是腐蝕？

為什么會發生腐蝕？

腐蝕的發生過程？

如何探測腐蝕？

如何減緩腐蝕？

腐蝕的類型？

金屬的腐蝕與防護

什么是腐蝕？

1.腐蝕原理、類型和防護方法管道外壁腐蝕

腐蝕是材料受環境介質的化學、電化學和物理作用產生的損壞或變質現象。腐蝕包括化學、電化學與機械因素或生物因素的共同作用。

~~~~~~~~~~~~~~環境介質：材料-環境交互作用表面/界面現象自發現象材料損傷宏觀上：材料質量流失、強度退化微觀上：組織、結構或價態的改變什么是腐蝕？

20世紀60年代前，材料腐蝕的定義只局限于金屬生銹：鐵及鐵基合金生成以水合氧化鐵為主的腐蝕腐蝕的概念逐步涉及到整個材料領域包含所有的天然和人造材料，塑料、陶瓷和金屬。塑料發脹或開裂木頭干裂或腐爛花崗巖風蝕水泥剝離脫落材料+化學+力學腐蝕什么是腐蝕？

腐蝕的危害之一腐蝕的危害之三巨大的經濟損失每年僅腐蝕就造成經濟損失：腐蝕的危害之二自然資源的巨大浪費每年大約10～20％的金屬年產量被腐蝕掉危及人生安全腐蝕的危害之四引起安全、環境危害腐蝕的危害1980:英國北海平臺由于腐蝕疲勞傾覆導致123人喪生、石油減產12％1998:我國渤海平臺套管腐蝕破裂倒塌導致原油泄漏，污染250km2腐蝕的危害1989:前蘇聯輸氣管道爆裂:1024人傷亡2004：日本核電站管道腐蝕造成泄漏事故腐蝕的危害塔里木油田某井油管腐蝕形貌圖腐蝕的危害含硫輸氣管線沿著焊縫開裂失效城市天然氣管道由于腐蝕造成的泄漏和爆炸腐蝕的危害美國和意大利的油氣管道爆裂事故油氣管道開裂和泄漏造成的環境污染嚴重

什么是腐蝕？

為什么會發生腐蝕？

腐蝕的發生過程？

如何探測腐蝕？

如何減緩腐蝕？

腐蝕的類型？

金屬的腐蝕與防護

為什么會發生腐蝕？①氧化鐵②高爐③酸性轉爐④管子軋制⑤鋼管⑥管線腐蝕⑦氧化鐵提煉過程腐蝕過程熱力學規律:材料總是趨向于最低能量狀態存在赤鐵礦Fe2O3

什么是腐蝕？

為什么會發生腐蝕？

腐蝕的發生過程？

如何探測腐蝕？

如何減緩腐蝕？

腐蝕的類型？

金屬的腐蝕與防護

e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-Fe++Fe++Fe++Fe++Fe++OH-OH-OH-Fe(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)2H+H+H+H+H+H+H+HHH2陰極點陽極點e-Fe++顯微視圖腐蝕的發生過程？

腐蝕是一個涉及電子和離子流動的電化學過程。腐蝕過程包括金屬失去電子的氧化反應和消耗這些電子的還原反應。

陽極反應：

Fe→Fe2++2e-陰極反應：

2H++2e-→H2O2+2H2O+4e-→4OH-腐蝕發生的必要條件

陽極陰極電解質電子/金屬通道腐蝕發生在腐蝕電池中⑤瀝青封閉⑥空位間隙⑦碳和二氧化錳混合物⑧碳棒①防護外殼②電解質糊（氯化銨和氯化鋅）③鋅④隔板⑨負極陽極（鋅）陰極（石墨）電解質（電解質糊、碳、氧化錳）電子通路（外部回路）石墨-鋅電池——腐蝕電池腐蝕發生的必要條件

氧濃度不同溫度不同

管線表面性質不同

金屬類型不同

土壤化學成分不同……差異腐蝕電池管線和其他地下結構的腐蝕來自于差異腐蝕電池。陽極陰極陽極陰極陰極腐蝕發生的必要條件

氧濃度不同溫度不同

管線表面性質不同

金屬類型不同

土壤化學成分不同……差異腐蝕電池管線和其他地下結構的腐蝕來自于差異腐蝕電池。陽極陰極陽極陰極陰極不同金屬在海水中的實際電偶序金屬Voltsvs.Cu-CuSO4Voltsvs.Ag-AgCl活性或陽極端活性或陽極端鎂–1.60to–1.75–1.55to–1.70鋅–1.10–1.05鋁–1.05–1.00清潔碳鋼–0.50to–0.80–0.45to–0.75生銹碳鋼–0.20to–0.50–0.25to–0.45鑄/球墨鑄鐵–0.50–0.45鉛–0.50–0.45混凝土中的鋼–0.20–0.15銅–0.20–0.15高硅鋼–0.20–0.15碳，石墨+0.30+0.35惰性或陰極端惰性或陰極端鐵(Fe)銅(Cu)溫度差異

壓縮站熱天然氣較冷的天然氣陽極陰極電流流動溫度不同導致的差異腐蝕電池陽極陽極陰極溶解鹽濃度較高的土壤溶解鹽濃度低的土壤離子濃度溶解鹽濃度不同導致的差異腐蝕電池

氧滲入

氧滲入鋪砌層

缺氧或無氧陽極陰極陽極陰極氧濃度不同導致的差異腐蝕電池氧濃度低(陽極)氧濃度高(陰極)縫隙腐蝕實例氧濃度不同導致的差異腐蝕電池

什么是腐蝕？

為什么會發生腐蝕？

腐蝕的發生過程？

如何探測腐蝕？

如何減緩腐蝕？

腐蝕的類型？

金屬的腐蝕與防護

金屬腐蝕的分類方法按腐蝕所在環境分類

按腐蝕形態分類

按腐蝕反應機理分類

……

工業環境中的腐蝕自然環境中的腐蝕生物環境中的腐蝕大氣腐蝕土壤腐蝕淡水和海水腐蝕微生物腐蝕酸、堿、鹽溶液中的腐蝕工業水中的腐蝕熔鹽中的腐蝕石油天然氣的腐蝕液態金屬的腐蝕宇航環境核工業環境按材料所在環境金屬腐蝕的分類方法大氣腐蝕所造成的金屬損失，約占金屬總腐蝕量的50％以上大氣腐蝕是金屬表面處于薄層電解液下的腐蝕，腐蝕過程服從電化學腐蝕的一般規律大氣腐蝕土壤腐蝕土壤是由土粒、水、空氣、有機物等氣、液、固多種組分構成的復雜的多相體系大多數金屬在土壤中的腐蝕為氧的去極化腐蝕海水中含有大量氯離子，它能破壞鈍化膜，不銹鋼在海水中也要遭到嚴重的局部腐蝕海水的導電性好，腐蝕過程的電阻滯小，電偶腐蝕的影響范圍大如不加防護措施的話，海水中的青銅螺旋槳可引起遠達數十米處鋼質船殼的腐蝕海水腐蝕微生物腐蝕微生物的新陳代謝會產生酸、硫化物、氫等，能增加環境的腐蝕性可促進腐蝕的電極反應動力學過程改變金屬周圍氧的濃度，形成了氧濃差等局部腐蝕電池破壞保護性覆蓋層或緩蝕劑的穩定性局部腐蝕全面腐蝕均勻腐蝕不均勻腐蝕按材料腐蝕形態點蝕（孔蝕）縫隙腐蝕及絲狀腐蝕電偶腐蝕（接觸腐蝕）晶間腐蝕選擇性腐蝕金屬腐蝕分類局部腐蝕(點蝕)全面腐蝕與局部腐蝕均勻腐蝕

各部位腐蝕速率接近；金屬的表面比較均勻地減薄，無明顯的腐蝕形態差別；腐蝕的發生在金屬的某一特定部位；陽極區和陰極區可以截然分開，其位置可以用肉眼或微觀觀察加以區分；全面腐蝕危害：造成金屬的大量損失，可以檢測和預測腐蝕速率，一般不會造成突然事故。根據測定和預測的腐蝕速率，在工程設計時可預先考慮應有的腐蝕裕量。局部腐蝕的危害：導致的金屬的損失量小，很難檢測其腐蝕速率，往往導致突然的腐蝕事故。腐蝕事故中80％以上是由局部腐蝕造成的，難以預測腐蝕速率并預防。全面腐蝕與局部腐蝕的比較主要集中在某些活性點上，不斷向金屬內部深處發展通常其腐蝕深度大于孔徑，嚴重時可使管道或設備穿孔表面上可觀察到許多斑點點蝕還可誘發成其它形式的腐蝕，如應力腐蝕破裂和腐蝕疲勞等局部腐蝕－點蝕腐蝕首先在晶粒邊界發生，并沿著晶界向縱深發展由于合金元素在晶粒邊界的富集或貧化，或者由于晶粒邊界存在雜質所引起有拉應力的情況下，這種腐蝕更加危險高強度合金及不銹鋼就容易產生晶界腐蝕局部腐蝕－晶間腐蝕合金中的某一組分由于腐蝕，優先地溶解到電解質溶液中去，從而造成另一組元素富集在金屬表面上例如，鑄鐵在介質中，鐵素體被溶解，碳化物和石墨在表面積累灰口鑄鐵在土壤、礦石、鹽水等環境中使用時常發生選擇性腐蝕局部腐蝕－選擇性腐蝕應力腐蝕開裂腐蝕疲勞磨損腐蝕（沖擊、振動）氫致腐蝕空泡腐蝕電化學腐蝕化學腐蝕：高溫氧化按腐蝕反應機理電化學作用電化學+機械作用電化學+生物作用物理溶解腐蝕：Fe在液體鈉中的腐蝕金屬腐蝕分類電化學＋力學作用應力腐蝕開裂在機械應力與腐蝕介質共同作用下，在遠低于屈服強度的條件下，發生突然的、沒有形變預兆的腐蝕破壞腐蝕疲勞當交變應力與腐蝕介質共同作用下，產生的脆性斷裂作用金屬的疲勞極限大大降低，因而會過早地破裂磨損腐蝕（或腐蝕磨損）電化學腐蝕和機械磨損同時存在，兩者互相加速造成的破壞比單純腐蝕或單純磨損要大得多氫誘發的腐蝕（或氫脆、氫致開裂）金屬由于不恰當的酸洗、電鍍、陰極保護，使表面有氫產生降低了金屬原子之間的結合強度，使材料變脆電化學＋力學作用耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）Ⅰ完全耐蝕1<0.001Ⅱ很耐蝕20.001~0.00530.005~0.01Ⅲ耐蝕40.01~0.0550.05~0.1Ⅳ尚耐蝕60.1~0.570.5~1.0Ⅴ欠耐蝕81.0~5.095.0~10.0Ⅵ不耐蝕10>10.0表2金屬腐蝕性十級標準金屬耐蝕性等級表1金屬耐蝕性三級標準金屬耐蝕性等級耐蝕性分類耐蝕性等級腐蝕速度（mm/a）耐蝕1<0.1可用20.1~1.0不可用3>1.0如何探測腐蝕試樣失重法漏磁檢測技術

超聲波檢測技術射線檢測技術渦流檢測技術基于光學原理的無損檢測技術……

多頻管中電流衰減測試法(PCM)

密間隔電位測試技術(CIPS)

直流電位梯度法(DCVG)Pearson測試技術

變頻-選頻法電火花法

防腐層絕緣電阻率測量法……腐蝕檢測：依靠檢測工具檢測出管壁上的腐蝕缺陷,從而了解管