管道防腐專業(yè)基礎(chǔ)知識

管道防腐專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

北京輸氣管理處-劉卿培訓(xùn)目的理解金屬腐蝕與控制原理掌握埋地管道外腐蝕防護的方法掌握三層PE防腐層結(jié)構(gòu)理解管道陰極保護原理掌握外加電流陰極保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掌握管道陰極保護準則掌握管道電位測試方法第一章：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系統(tǒng)第四章：管道陰極保護測試第一章：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腐蝕熱力學金屬電化學腐蝕動力學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的方法管道防腐蝕保護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)進行的過程，給人類帶來的經(jīng)濟和社會危害極大。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。金屬腐蝕思考：大家都知道，鐵放在潮濕的空氣中一段時間會生銹，誰知道這是為什么？鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣和水接觸，發(fā)生化學反應(yīng)，而產(chǎn)生的一種化學腐蝕。4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3·H2O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)生化學或電化學反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學過程，而且大多都是電化學過程，伴隨著氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生。金屬的化學腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學反應(yīng)而引起的腐蝕。金屬的電化學腐蝕：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會發(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—電化學腐蝕的前提金屬回路：連接陰極和陽極的任何金屬；陰極：被保護的部分，得電子；陽極：被腐蝕的部分，自身失去電子；電解質(zhì)：導(dǎo)電介質(zhì)。Fe陽極

C陰極導(dǎo)線Fe2+

0Hˉeˉ腐蝕原電池金屬電化學腐蝕熱力學金屬從礦石（金屬氧化物）中提煉出來需要很大的能量，使其處于一個高能級狀態(tài)。熱力學的一個規(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程就是腐蝕。金屬電化學腐蝕動力學金屬在電解質(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。當這些金屬在電解液中作為腐蝕電池的陰、陽極時會產(chǎn)生電位差，引起腐蝕電池中的電流流動，即腐蝕電流。腐蝕的驅(qū)動力是電極電位差碳-鐵電池在中性土壤中的腐蝕圖0.3V（C）-0.5V（Fe）_陰極陽極E（V）+㏒I-0.1VI金屬腐蝕的分類按腐蝕機理分類：化學腐蝕、電化學腐蝕、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、陽極，驅(qū)動腐蝕的發(fā)生。管道是金屬回路、土壤是電解質(zhì)。鋼鐵表面的微小原電池示意圖陽極（Fe）：Fe-2e=Fe2+

陰極（C）：2H2O+O2+4e=4OH-4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（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（結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計）電化學保護（陰極保護、陽極保護）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的方法采用外涂層和施加陰極保護是管道外腐蝕防護的主要手段盡管管道的絕大多數(shù)表面都被涂層有效地保護著，但是在漏點處或是剝離區(qū)中將會產(chǎn)生較高的腐蝕速率，很可能導(dǎo)致穿孔或開裂。所以埋地管線的涂層系統(tǒng)少有不與陰極保護共同使用的。陰極保護分類：犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。目前陜京管道常采用外加電流陰極保護的方式。管道防腐蝕保護示意圖金屬+土壤 腐蝕金屬+土壤 腐蝕涂層將金屬與土壤隔離開

金屬+土壤 腐蝕涂層將金屬與土壤隔離開陰極保護針對有的缺陷涂層整流器將交流電流轉(zhuǎn)變成脈動直流電流通過涂層以及陰極保護系統(tǒng)，最終形成一個完整的管道保護系統(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)之間進行絕緣（防止電解質(zhì)直接接觸到金屬），即設(shè)置一個高電阻使得電化學反應(yīng)無法正常發(fā)生?，F(xiàn)實中，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）被稱做漏點，這些漏點一般是在涂敷、運輸或者安裝過程中產(chǎn)生的；使用過程中，涂層漏點一般是由于涂層老化、土壤應(yīng)力或是管道在土壤中移動而產(chǎn)生的，有時也可能來自未被及時發(fā)現(xiàn)的第三方破壞。管道常用外涂層種類涂層優(yōu)點不足煤焦油瓷漆80年+的使用壽命，針孔少與鋼材黏結(jié)力高，抗陰極剝離對健康和空氣質(zhì)量的影響工廠預(yù)制纏帶系統(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≥100μm；

中間層：共聚物熱熔膠厚度170～250μm；

外層（背層）：聚乙烯防腐層,厚度≥3.0或≥3.7mm。根據(jù)德國調(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)異的外防腐涂層。從強度方面考慮，三層PE分為普通型和加強型（穿跨越段），普通型涂層總厚度為3.0mm左右，加強型涂層總厚度超過3.7mm。三層PE結(jié)構(gòu)示意圖外加電流陰極保護原理外加電流陰極保護系統(tǒng)示意圖外加電流陰極保護系統(tǒng)的構(gòu)成陰極保護準則第三章：外加電流陰極保護外加電流陰極保護原理對被保護金屬施加負電流，通過陰極極化使所有陰極點的電位都達到了最活潑陽極點的開路電位時，結(jié)構(gòu)物上的腐蝕就停止了。外加電流陰極保護系統(tǒng)示意圖直流電源的正極連接輔助陽極，負極連接需要保護的構(gòu)件（管道）。電流從輔助陽極流出，經(jīng)電解質(zhì)到達管道表面（破損處），再流回電源的負極。外加電流陰極保護系統(tǒng)的構(gòu)成電源：外加電流陰極保護電源分為：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，它機構(gòu)簡單、易于安裝、操作維護簡便，工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強。恒電位儀：廣義地說，恒電位儀也是一種整流器。它是一種能自動地控制管道電位恒定的電子儀器。它有一個控制電位和一個保護電位，恒電位儀的作用就是控制輸出使保護電位和控制電位達到一致。若保護電位偏正則增加輸出，若保護電位偏負則減小輸出。PC-1A型恒電位儀陰極保護整流器外加電流陰極保護系統(tǒng)的構(gòu)成輔助陽極（也稱惰性陽極）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；陽極壽命應(yīng)盡可能長，選擇合適的數(shù)量并埋在土壤電阻率低的位置以降低陽極接地電阻。輔助陽極地床是陰極保護站重要的輔助設(shè)施，通常陽極地床型式可分為深井和水平連續(xù)淺埋兩種形式，陽極材料采用貴金屬氧化物或加鉻高硅鑄鐵等。陰極（即管道）外加電流陰極保護系統(tǒng)的構(gòu)成連接電纜：功能是將上述各部分組件，按照技術(shù)要求連接成完整的保護系統(tǒng)。電纜類型：－陽極電纜－陰極電纜－零位接陰電纜－參比電纜－