一級(jí)建造師管道防腐基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一章：金屬腐蝕與控制原理第二章：管道外涂層系統(tǒng)第三章：管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)第四章：管道陰極保護(hù)測(cè)試第一章：金屬腐蝕與控制原理第一章：金屬腐蝕與控制原理金屬腐蝕的定義腐蝕電池金屬電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)金屬電化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)金屬腐蝕的分類埋地管道的外腐蝕金屬腐蝕的控制途徑埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法管道防腐蝕保護(hù)示意圖 金屬腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生作用而被破壞的現(xiàn)象。它是一種自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，給人類帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)危害極大。例如：金屬構(gòu)件在大氣中生銹；化工生產(chǎn)中，金屬設(shè)備與腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)接觸，尤其在高溫、高壓和高流速的條件下，造成設(shè)備生銹、老化、變形等現(xiàn)象。金屬腐蝕金屬腐蝕思考：大家都知道，鐵放在潮濕的空

2、氣中一段時(shí)間會(huì)生銹，誰(shuí)知道這是為什么？鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣和水接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)生的一種化學(xué)腐蝕。4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3H2O鐵失去電子被氧化；氧得到電子被還原。金屬腐蝕的定義腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學(xué)過(guò)程，而且大多都是電化學(xué)過(guò)程，伴隨著氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生。 金屬的化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。金屬的電化學(xué)腐蝕 ：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。腐蝕的本質(zhì)：金屬發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。腐蝕原電池電化學(xué)腐蝕的前提金屬回路：連接陰極和陽(yáng)極的任何

3、金屬；陰極：被保護(hù)的部分，得電子；陽(yáng)極：被腐蝕的部分，自身失去電子；電解質(zhì)：導(dǎo)電介質(zhì)。Fe陽(yáng)極 C陰極導(dǎo)線導(dǎo)線FeFe2+ 2+ 0H0Hee腐蝕原電池腐蝕原電池金屬電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)金屬?gòu)牡V石（金屬氧化物）中提煉出來(lái)需要很大的能量，使其處于一個(gè)高能級(jí)狀態(tài)。熱力學(xué)的一個(gè)規(guī)律是：材料總是趨向于以最低能量狀態(tài)存在。因此，多數(shù)的金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有尋求低能量狀態(tài)的傾向，如形成氧化物或其他化合物。金屬轉(zhuǎn)化成低能量氧化物的過(guò)程就是腐蝕。金屬電化學(xué)腐蝕動(dòng)力學(xué)金屬在電解質(zhì)中受自身材質(zhì)、電解液種類、電解液濃度、溫度、PH值等影響其電極電位不相同。當(dāng)這些金屬在電解液中作為腐蝕電池的陰、陽(yáng)極時(shí)會(huì)產(chǎn)生電位差

4、，引起腐蝕電池中的電流流動(dòng)，即腐蝕電流。腐蝕的驅(qū)動(dòng)力是電極電位差碳-鐵電池在中性土壤中的腐蝕圖0.3V（C）-0.5V（Fe） _陰極陽(yáng)極E（V）+I-0.1VI金屬腐蝕的分類按腐蝕機(jī)理分類：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕按腐蝕破壞的形貌特征分類：全面腐蝕、局部腐蝕按腐蝕環(huán)境分類：大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕以及化學(xué)介質(zhì)中的腐蝕。埋地管道的外腐蝕鋼在土壤中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。由于鋼管的材質(zhì)不同；土壤環(huán)境中的透氣性、含水量、酸度、含鹽量、電阻率、氧氣濃度等不同，使得管道在土壤中的電位不同，從而在管道表面形成陰、陽(yáng)極，驅(qū)動(dòng)腐蝕的發(fā)生。管道是金屬回路、土壤是電解質(zhì)。鋼鐵表面鋼鐵表面的微小的微小原電

5、池原電池示意圖示意圖陽(yáng)極（陽(yáng)極（FeFe）：）：Fe - 2e = FeFe - 2e = Fe2+2+ 陰極（陰極（C C）：）：2H2H2 2O + OO + O2 2 + 4e = 4OH- + 4e = 4OH-4Fe(OH)4Fe(OH)2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 2=4Fe(OH)=4Fe(OH)3 3（鐵銹）（鐵銹）金屬腐蝕的控制途徑正確選用耐腐蝕材料合理的防腐設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)）電化學(xué)保護(hù)（陰極保護(hù)、陽(yáng)極保護(hù)）介質(zhì)處理（脫硫、脫水、添加緩蝕劑）金屬表面覆蓋層（金屬與腐蝕性介質(zhì)隔離）埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法采用外涂層和施加陰極保護(hù)是管道外腐蝕防護(hù)的主要手段盡管管

6、道的絕大多數(shù)表面都被涂層有效地保護(hù)著，但是在漏點(diǎn)處或是剝離區(qū)中將會(huì)產(chǎn)生較高的腐蝕速率，很可能導(dǎo)致穿孔或開(kāi)裂。所以埋地管線的涂層系統(tǒng)少有不與陰極保護(hù)共同使用的。陰極保護(hù)分類：犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。目前陜京管道常采用外加電流陰極保護(hù)的方式。管道防腐蝕保護(hù)示意圖金屬金屬 + 土壤土壤 腐蝕腐蝕金屬金屬 + 土壤土壤 腐蝕腐蝕涂層涂層將金屬與土壤隔離開(kāi) 金屬金屬 + 土壤土壤 腐蝕腐蝕涂層涂層將金屬與土壤隔離開(kāi)陰極保護(hù)陰極保護(hù)針對(duì)有的缺陷涂層整流器整流器將交流電流轉(zhuǎn)變成將交流電流轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電流脈動(dòng)直流電流VV通過(guò)涂層以及陰極保護(hù)系統(tǒng)，最終形成一個(gè)完整的管道保護(hù)系統(tǒng)。第二章：管道外涂層

7、系統(tǒng)第二章：管道外涂層系統(tǒng)涂層常用外涂層種類三層PE防腐層涂層涂層的用意是要在金屬表面上形成一層絕緣材料的連續(xù)覆蓋層，將金屬與其直接接觸的電解質(zhì)之間進(jìn)行絕緣（防止電解質(zhì)直接接觸到金屬），即設(shè)置一個(gè)高電阻使得電化學(xué)反應(yīng)無(wú)法正常發(fā)生。現(xiàn)實(shí)中，所有的涂層，不論總體質(zhì)量如何都存在空洞（通常稱為不連續(xù)點(diǎn)）被稱做漏點(diǎn)，這些漏點(diǎn)一般是在涂敷、運(yùn)輸或者安裝過(guò)程中產(chǎn)生的；使用過(guò)程中，涂層漏點(diǎn)一般是由于涂層老化、土壤應(yīng)力或是管道在土壤中移動(dòng)而產(chǎn)生的，有時(shí)也可能來(lái)自未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的第三方破壞。管道常用外涂層種類涂層優(yōu)點(diǎn)不足煤焦油瓷漆80年+的使用壽命 ，針孔少與鋼材黏結(jié)力高，抗陰極剝離對(duì)健康和空氣質(zhì)量的影響 工廠預(yù)制

8、纏帶系統(tǒng)30年+的使用壽命，針孔少，與鋼材黏結(jié)力高屏蔽土壤中的陰保電流 熔結(jié)環(huán)氧雙層熔結(jié)環(huán)氧 35+年的使用壽命，針孔少，與鋼材黏結(jié)力高，抗陰極剝離抗沖擊磨損能力較低吸濕率高 多 層 環(huán) 氧 /擠出聚烯烴系統(tǒng) 低的保護(hù)電流需要量，高的抗陰極剝離能力，與鋼材優(yōu)異的黏結(jié)性，高抗沖擊和磨損性能 原始投入高，可能對(duì)陰保電流造成屏蔽 三層PE防腐層 陜京管道埋地干線防腐采用三層PE防腐涂層，其結(jié)構(gòu)為： 底層：熔結(jié)環(huán)氧底層,厚度100m； 中間層：共聚物熱熔膠厚度170250m； 外層（背層）：聚乙烯防腐層,厚度3.0或3.7mm。 根據(jù)德國(guó)調(diào)研數(shù)據(jù),三層PE涂層的使用壽命在30年以上，是一種性能優(yōu)異的外

9、防腐涂層。從強(qiáng)度方面考慮，三層PE分為普通型和加強(qiáng)型（穿跨越段），普通型涂層總厚度為3.0mm左右，加強(qiáng)型涂層總厚度超過(guò)3.7mm。三層PE結(jié)構(gòu)示意圖外加電流陰極保護(hù)原理外加電流陰極保護(hù)原理外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成陰極保護(hù)準(zhǔn)則陰極保護(hù)準(zhǔn)則第三章：外加電流陰極保護(hù)第三章：外加電流陰極保護(hù)外加電流陰極保護(hù)原理對(duì)被保護(hù)金屬施加負(fù)電流，通過(guò)陰極極化使所有陰極點(diǎn)的電位都達(dá)到了最活潑陽(yáng)極點(diǎn)的開(kāi)路電位時(shí)，結(jié)構(gòu)物上的腐蝕就停止了。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖直流電源的正極連接輔助陽(yáng)極，負(fù)極連接需要保護(hù)的構(gòu)件

10、（管道）。電流從輔助陽(yáng)極流出，經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)管道表面（破損處），再流回電源的負(fù)極。外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成電源：外加電流陰極保護(hù)電源分為：整流器和恒電位儀兩種。整流器：是一種將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷难b置。由變壓器、整流元件、濾波器、控制單元等組成，它機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、操作維護(hù)簡(jiǎn)便，工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)。恒電位儀：廣義地說(shuō)，恒電位儀也是一種整流器。它是一種能自動(dòng)地控制管道電位恒定的電子儀器。它有一個(gè)控制電位和一個(gè)保護(hù)電位，恒電位儀的作用就是控制輸出使保護(hù)電位和控制電位達(dá)到一致。若保護(hù)電位偏正則增加輸出，若保護(hù)電位偏負(fù)則減小輸出。PC-1A型恒電位儀陰極保護(hù)整流器外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成輔助陽(yáng)極輔

11、助陽(yáng)極（也稱惰性陽(yáng)極）一般由高硅鑄鐵、鉑鈦或（也稱惰性陽(yáng)極）一般由高硅鑄鐵、鉑鈦或貴金屬氧化物和填埋料（通常為焦碳）組成；陽(yáng)貴金屬氧化物和填埋料（通常為焦碳）組成；陽(yáng)極壽命應(yīng)盡可能長(zhǎng)，選擇合適的數(shù)量并埋在土壤極壽命應(yīng)盡可能長(zhǎng)，選擇合適的數(shù)量并埋在土壤電阻率低的位置以降低陽(yáng)極接地電阻。電阻率低的位置以降低陽(yáng)極接地電阻。 輔助陽(yáng)極地床是陰極保護(hù)站重要的輔助設(shè)施，通輔助陽(yáng)極地床是陰極保護(hù)站重要的輔助設(shè)施，通常陽(yáng)極地床型式可分為深井和水平連續(xù)淺埋兩種常陽(yáng)極地床型式可分為深井和水平連續(xù)淺埋兩種形式，陽(yáng)極材料采用貴金屬氧化物或加鉻高硅鑄形式，陽(yáng)極材料采用貴金屬氧化物或加鉻高硅鑄鐵等。鐵等。陰極（即管道）陰

12、極（即管道）外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成連接電纜：連接電纜：功能是將上述各部分組件，按照技術(shù)要求連接成完整的功能是將上述各部分組件，按照技術(shù)要求連接成完整的保護(hù)系統(tǒng)。保護(hù)系統(tǒng)。 電纜類型：電纜類型： 陽(yáng)極電纜陽(yáng)極電纜 陰極電纜陰極電纜 零位接陰電纜零位接陰電纜 參比電纜參比電纜 接地電纜接地電纜 陰極保護(hù)正常運(yùn)行的其它必要設(shè)施參比電極 ：是測(cè)量被保護(hù)結(jié)構(gòu)物電位的半電池（大家都知道結(jié)構(gòu)物的電位值無(wú)法測(cè)量，只能通過(guò)與某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比較才能得出相對(duì)電位，參比電極就是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)）。管道上最常用的參比電極是銅/硫酸銅參比電極。結(jié)構(gòu)為一根較粗的銅棒用做電極體，浸入飽和硫酸銅溶液。它分為便攜和長(zhǎng)效兩種。長(zhǎng)效參比一般埋

13、設(shè)在通電點(diǎn)和測(cè)試樁附近用于測(cè)量管道電位。陰極保護(hù)正常運(yùn)行的其它必要設(shè)施測(cè)試樁：測(cè)試樁：為了確認(rèn)已經(jīng)按照適用準(zhǔn)則建立起符合要求的陰極保護(hù)，以及陰極保護(hù)系統(tǒng)的所有部分都正常運(yùn)行，進(jìn)行電性能測(cè)量和檢測(cè)是十分必要的。測(cè)試樁是用來(lái)測(cè)定埋地管線的陰極保護(hù)狀況以及進(jìn)行腐蝕控制相關(guān)的其他測(cè)試工作的最好途徑。測(cè)試樁根據(jù)其功能，其類型為電位測(cè)試樁、電流測(cè)試樁、絕緣接頭測(cè)試樁、犧牲陽(yáng)極測(cè)試樁和穿路套管測(cè)試樁等。陰極保護(hù)正常運(yùn)行的其它必要設(shè)施絕緣件絕緣件：在長(zhǎng)輸管線中，絕緣接頭用來(lái)斷開(kāi)被保護(hù)管道和在長(zhǎng)輸管線中，絕緣接頭用來(lái)斷開(kāi)被保護(hù)管道和與之相連的某些裝置、設(shè)備、支路的電連接，避免陰與之相連的某些裝置、設(shè)備、支路的電

14、連接，避免陰級(jí)保護(hù)電流散失到不需要保護(hù)的相連部件上，以保證級(jí)保護(hù)電流散失到不需要保護(hù)的相連部件上，以保證陰極保護(hù)技術(shù)的成功。是管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中不可缺陰極保護(hù)技術(shù)的成功。是管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中不可缺少的重要管件。在分輸站的進(jìn)出站、閥室放空管、閥少的重要管件。在分輸站的進(jìn)出站、閥室放空管、閥室內(nèi)接地處均設(shè)有絕緣接頭。室內(nèi)接地處均設(shè)有絕緣接頭。電位變送器電位變送器：電位傳送器可將埋地金屬管道的管電位傳送器可將埋地金屬管道的管地電位信號(hào)地電位信號(hào)(-3(-30V)0V)隔離變換成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號(hào)隔離變換成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號(hào)（4 420mA20mA）輸出，便于站控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集）輸出，便于站控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和

15、處理。在大部分的閥室內(nèi)均有電位傳送器，用和處理。在大部分的閥室內(nèi)均有電位傳送器，用于傳送管道電位。于傳送管道電位。陰極保護(hù)準(zhǔn)則我們?nèi)绾沃缆竦亟Y(jié)構(gòu)獲得了充分保護(hù)？我們?nèi)绾沃缆竦亟Y(jié)構(gòu)獲得了充分保護(hù)？最常用的準(zhǔn)則是電位準(zhǔn)則，也就是測(cè)量管道與地之間的電位。最常用的準(zhǔn)則是電位準(zhǔn)則，也就是測(cè)量管道與地之間的電位。1 1、在施加陰極保護(hù)時(shí)，測(cè)得的管道相對(duì)飽和硫酸銅參比電極（簡(jiǎn)稱、在施加陰極保護(hù)時(shí)，測(cè)得的管道相對(duì)飽和硫酸銅參比電極（簡(jiǎn)稱CSECSE）電位達(dá)到）電位達(dá)到-850mV-850mV或更負(fù)，或更負(fù)，2 2、陰極保護(hù)狀態(tài)下管道的極限保護(hù)電位不能比、陰極保護(hù)狀態(tài)下管道的極限保護(hù)電位不能比-1200mV

16、-1200mV（CSECSE）更負(fù)。）更負(fù)。3 3、以上測(cè)量電位時(shí)應(yīng)消除以上測(cè)量電位時(shí)應(yīng)消除IRIR降的影響。降的影響。IRIR降：根據(jù)歐姆定律，由于電流的流動(dòng)在參比電極與金屬管道之間降：根據(jù)歐姆定律，由于電流的流動(dòng)在參比電極與金屬管道之間的電解質(zhì)（土壤）內(nèi)產(chǎn)生的電壓降。的電解質(zhì)（土壤）內(nèi)產(chǎn)生的電壓降。 防腐工程師需要定期進(jìn)行測(cè)量和檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道陰極保護(hù)防腐工程師需要定期進(jìn)行測(cè)量和檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道陰極保護(hù)狀況的變化。狀況的變化。第四章：管道陰極保護(hù)測(cè)試管道電位測(cè)試管道電位測(cè)試交流干擾電壓測(cè)試交流干擾電壓測(cè)試工器具的維護(hù)和保養(yǎng)工器具的維護(hù)和保養(yǎng)安全安全管道電位測(cè)試測(cè)量時(shí)應(yīng)將測(cè)試樁接

17、線口銹蝕除掉，露出金屬本色。測(cè)量時(shí)應(yīng)將測(cè)試樁接線口銹蝕除掉，露出金屬本色。將飽和將飽和Cu-CuSO4Cu-CuSO4參比電極直立放置管道頂部地面土壤中，若土壤干燥需參比電極直立放置管道頂部地面土壤中，若土壤干燥需澆適量水。澆適量水。萬(wàn)用表負(fù)極（黑表筆）接參比電極，正極（紅表筆）接測(cè)試點(diǎn)，數(shù)字萬(wàn)萬(wàn)用表負(fù)極（黑表筆）接參比電極，正極（紅表筆）接測(cè)試點(diǎn)，數(shù)字萬(wàn)用表選擇直流用表選擇直流2V2V檔。檔。測(cè)量時(shí)應(yīng)保持半分鐘以上，待萬(wàn)用表示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；如不能穩(wěn)定則測(cè)量時(shí)應(yīng)保持半分鐘以上，待萬(wàn)用表示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；如不能穩(wěn)定則讀其平均數(shù)，讀數(shù)取小數(shù)點(diǎn)后面兩位。讀其平均數(shù)，讀數(shù)取小數(shù)點(diǎn)后面兩位。用長(zhǎng)效參比

18、電極測(cè)量保護(hù)電位與上述方法基本相同，只是萬(wàn)用表負(fù)極用長(zhǎng)效參比電極測(cè)量保護(hù)電位與上述方法基本相同，只是萬(wàn)用表負(fù)極（黑表筆）接長(zhǎng)效參比電極測(cè)試點(diǎn)即可。（黑表筆）接長(zhǎng)效參比電極測(cè)試點(diǎn)即可。測(cè)得電位值比測(cè)得電位值比-850mV-850mV更負(fù)為合格。更負(fù)為合格。交流干擾電壓測(cè)試測(cè)量時(shí)應(yīng)將測(cè)試點(diǎn)銹蝕除掉，露出金屬本色；測(cè)量時(shí)應(yīng)將測(cè)試點(diǎn)銹蝕除掉，露出金屬本色；將鋼棒電極直立打入垂直距離管道將鋼棒電極直立打入垂直距離管道1010米的土壤中，若土壤干燥需米的土壤中，若土壤干燥需澆適量水；澆適量水；萬(wàn)用表負(fù)極（黑表筆）接鋼棒電極，正極（紅表筆）接測(cè)試點(diǎn)，萬(wàn)用表負(fù)極（黑表筆）接鋼棒電極，正極（紅表筆）接測(cè)試點(diǎn)，數(shù)字萬(wàn)用表選擇交流數(shù)字萬(wàn)用表選擇交流20V20V檔，讀數(shù)取整數(shù)；檔，讀數(shù)取整數(shù)；測(cè)量時(shí)應(yīng)保持半分鐘以上，待萬(wàn)用表示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；如不能測(cè)量時(shí)應(yīng)保持半分鐘以上，待萬(wàn)用表示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；如不能穩(wěn)定則讀其平均數(shù)；穩(wěn)定則讀其平均數(shù)；測(cè)得電壓值，一般測(cè)得電壓值，一般15V15V以下為合格。以下為合格。工器具的維護(hù)和保養(yǎng)萬(wàn)用表：萬(wàn)用表：萬(wàn)用表長(zhǎng)期不用需將電池取出，避免電池漏液。萬(wàn)用表長(zhǎng)期不用需將電池取出，避免電池漏液。每年需要利用電位差計(jì)對(duì)萬(wàn)用表進(jìn)行一次校準(zhǔn)。每年需要利用電位差計(jì)對(duì)萬(wàn)用表