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常见问题

管道腐蚀原理及防腐保护

更新时间  2021-07-11 17:07 阅读
据美国管道工业的统计资料,1975年由于 腐蚀造成的直接损失达6亿美元。因此防止管 道腐蚀是管道工程的重要内容。 1腐蚀金属在四周介质的化学、电化学作 用下所引起的—种破坏现象。按管道被窗蚀部 位,可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀;按管道腐蚀形 态,可分为全面腐蚀和局部腐蚀;按管道腐蚀机 理,可分为化学腐蚀和电化学腐蚀等。

1、管道内壁腐蚀。金属管道内壁因输送介 质的作用而产生的腐蚀。主要有水腐蚀和介质 腐蚀。水腐蚀指输送介质中的游离水,在管壁E 生成亲水膜,由此形成原电池条件而产生的电 化学腐蚀。介质腐蚀指游离水以外的其他有害 杂质(如二氧化碳、硫化氢等)直接与管道金属 作用产生的化学腐蚀。 长输管道内壁一般同时存在着上述两种腐 蚀过程。特殊是在管道弯头、低洼积水处和气液 交界面,由于电化学腐蚀异常强烈,管壁大面积 减薄或形成一系列腐蚀深坑。这些深坑是管道 易于内腐蚀穿孔的地方。

2、管道外壁腐蚀视管道所处环境而异。架 空管道易受大气腐蚀;土壤或水环境中的管道, 则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。 ①大气腐蚀。大气中含有水蒸气会在金属 表面冷凝形成水膜,这种水膜由于溶解了空气 中的气体及其他杂质,可起到电解液的作用,使 金属表面发生电化学腐蚀。影响大气腐蚀的自 然因素除污染物外,还有气候条件。在非潮湿环 境中,很多污染物几乎没有腐蚀效应。假如相对 湿度超过80%,腐蚀速度会迅速上升。因此,敷 设在地沟中的管道或潮湿环境的架空管道表面 极易锈蚀。 ②土壤腐蚀。土壤颗粒间布满空气、水和各 种盐类,使它具有电解质的特征。管道金属在土 壤电解质溶液中构成多种腐蚀电池。一类是由 于钢管表面状态的差异形成的微腐蚀电池钢管 表面条件效应产生的腐蚀。另一类是由于土壤 腐蚀介质的差异形成的宏腐蚀电池,不同土壤 条件引起的腐蚀。假如管道各段落所处土壤透 气性不同,土壤中氧的浓度也就不同,从而使腐 蚀电池发育,腐蚀电池两极间的距离可达数公 里。土壤腐蚀性常用土壤电阻率来表示,电阻率 越小的土壤腐蚀性越强。 ③细菌腐蚀。也称微生物腐蚀。参与管道土 壤腐蚀过程的细菌通常有硫酸盐还原菌、氧化 菌、铁细菌、硝酸盐还原菌等。其中厌氧性硫酸 盐还康菌最具代表性。它在pH6-.,8、碱性和透气 性差的土壤中繁殖,广泛地分布在海、河、湖泊、 水田、沼泽的淤泥中。它利用自身的生息,将硫 酸盐离子还原,同时促进阴极反应,生成硫化铁 等腐蚀产物,覆于管道表面,形成二次的局部腐 蚀(孔蚀)。在硫酸盐还原菌腐蚀的现场,土壤颜 色发黑,有硫化氢臭味。 ④杂散电流腐蚀。流散于大地中的电流对 管道产生的腐蚀,又名干扰腐蚀,是一种外界因素引起的电化学腐蚀。管道腐蚀部位由外部电 流的极性和大小决定,其作用类似电解。杂散电 流从原油管道受电气化铁路的杂散电流腐蚀在 建成后约4个月即遭电流腐蚀穿孔。交流电引 起的腐蚀是在管道沿高压输电线敷设时,因电 磁耦合在管道上感应的交流电所造成的,对人 体和设备均有危害。

3、防腐为了保证管道长期安全输送和防止 管道泄漏油、气,各国政府和管道企业都制定有 管道防腐规程作为管道防腐必须遵循的准则。 通用的管道防腐方法是内壁涂层加外壁涂层 (或包扎层)力Ⅱ阴极保护。若严格施行这些措施, 实践证实管道可安全运行50年。 。①涂层防腐。用涂料均匀致密地涂敷在经 除锈的金属管道表面上,使其与各种腐蚀性介 质隔绝,是管道防腐最基本的方法之一。70年代 以来,在极地、海洋等严酷环境中敷设管道,以 及油品加热输送而使管道温度升高等,对涂层 性能提出了更多的要求。因此,管道防腐涂层越 来越多地采用复合材料或复合结构。这些材料 和结构要具有良好的介电性能、物理性能、稳定 的化学性能和较宽的温度适应范围等。 ②内壁防腐涂层:为了防止管内腐蚀、降低 摩擦阻力、提高输量而涂于管子内壁的薄膜。常 用的涂料有胺固化环氧树脂和聚酰胺环氧树 脂,涂层厚度为0.038--0.2毫米。为保证涂层与 管壁粘结牢固必须对管内壁进行表面处理。70 年代以来趋向于管内、外壁涂层选用相同的材 料,以便管内、外壁的涂敷同时进行。 ③防腐保温涂层:在中、小口径的热输原油 或燃料油的管道上,为了减少管道向土壤散热, 在管道外部加上保暖和防腐的复合层。常用的 保温材料是硬质聚氨脂泡沫塑料适用温度为一 185—950C。这种材料质地松软,为提高其强度, 在隔热层外面加敷—层高密度聚乙烯层,形成 复合材料结构,以防止地下水渗入保温层内。 电法保护。改变金属相对于四周介质的电 极电位使金属免受腐蚀的方法。长输管道电法 保护仅指阴极保护和电蚀防止法。

4、阴极保护:将被保护金属极化成阴极来 防止金属腐蚀的方法。这种方法用于船舶防腐 已有150多年的历史;1928年第一次用于管道 是将金属腐蚀电池中阴极不受腐蚀而阳极受腐 蚀的原理应用于金属防腐技术上。利用外施电 流迫使电解液中被保护金属表面全部阴极极 化,则腐蚀就不会发生。判定管道是否达到阴极 保护的指标有两项。一是最小保护电位,它是金 属在电解液中阴极极化到腐蚀过程停止时的电 位;其值与环境等因素有关,常用的数值为-850 毫伏(相对于铜—硫酸铜参比电极测定,下同)。 二是最大保护电位,即被保护金属表面容许达 到的最高电位值。当阴极极化过强,管道表面与 涂层间会析出氢气,而使涂层产生阴极剥离,所 以必须控制汇流点电位在容许范围内,以使涂 层免遭破坏。此值与涂层性质有关一般取一120至—加伏间。实现地下管道阴极保护有外加电 流法和牺牲阳极法两种。 外加电流法是利用直流电源,负极接于被 保护管道E,正极接于阳极地床。电路连通后, 管道被阴极极化。当管道对地电位达到最小保 护电位时,即获得完全的阴极保护。常用的直流 电源均可使用,其中尤以整流器居多。直流输出 —般在60伏、30安以下。新型的直流电源有温 差发电器、太阳能电池等,多用于缺电地区。阳 极地床是与直流电源正极相连的,与大地构成 良好电气接触的导电体或称为阳极接地装置-常 用材料有碳钢、高硅铁、石墨、磁性氧化铁等。阳 极地床设置在土壤电阻率低、保护电流易于分 布、又不干扰邻近地下构筑物的地方。阳极与管 道埋设位置相对应,有浅埋远距离阳极和深阳 极两种。为测定阴极保护参数鉴定管道阴极保 护效果沿管道需设置检测点和检查片。配套使 用的检测仪表有高阻伏特计l安培计、硫酸铜电 极等。70年代以来,开始采用与管道航空巡线相 结合的阴极保护参数j置测系统,配以电子计算 机,对所测数据进行处理。外加电流阴极保护单。 站保护距离一般可达几十公里,长输管道阴极 保护多用此法。 牺牲阳极法是采用比被保护金属电极电位 更负的金属与被保护金属连接,两荐庄电解液 中形成原电池。电位较负的金属洳镁、锌、铝及 其合金)成为阳极,在输出电流的过程中逐渐损 耗掉,被保护的管道金属成为阴极而免遭腐蚀, 所以称电位较负的金属为牺牲阳极。、地下管道 采用牺牲阳极保护,其决定要素是阳极发生电 流、阳极数量和保护长度等。当阳极种类确定 后,影响上述参数的是阳极接地电阻和与该阳 极保护管段区间的漏泄电阻。前者取决于土壤 电阻率,后者取决于管道涂层电阻和涂层的施 工质量。牺牲阳极使用寿命与重量有关,视需要 可用几年至几十年:牺牲阳极具有投资省、治理 简便、不需要外电源、防止干扰腐蚀效果好等长 处,所以在地下金属管道防腐中得到普遍应用。 ②电蚀防止法:一是在杂散电流源有关设 施上采取措施,使漏泄电流减小到最低限度;二 是在敷设管道时尽量避开杂散电流地区,或提 高被干扰管段绝缘防腐层质量,采用屏蔽、加装 绝缘法兰等措施;三是对干扰管道作排流保护, 即将杂散电流从被干扰管道排回产生漏泄电流 的电网中,以消除杂散电流对管道的腐蚀。根据 应用范围和排流设备的不同性能,分直接排流、 极性排流、强制排流三种。对交流干扰电压的防 护,不少国家都制定有技术规定,主要是采用安 全距离和管道泄流两类方法使管道免遭损害。