金属管道的腐蚀与防护讲解课件.ppt

1、2023-1-27金属管道的腐蚀与防护讲解金属管道的腐蚀与防护金属管道的腐蚀与防护讲解讲解金属管道的腐蚀与防护讲解金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护 油气管道阴极保护技术培训油气管道阴极保护技术培训 1 1金属管道的腐蚀与防护讲解 什么是腐蚀？什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防金属的腐蚀与防护护 金属管道的腐蚀与防护讲解 什么是腐蚀？什么是腐蚀？金属管道的腐蚀与防护讲解1.1.腐蚀原理、类型和防护方法腐蚀原理、类型和防护方法管道外壁腐蚀管道外壁腐蚀金属管道的腐

2、蚀与防护讲解 腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化作用产生的损坏或变质现象。腐蚀包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。学与机械因素或生物因素的共同作用。环境介质：材料环境介质：材料-环境交互作用环境交互作用表面表面/界面现象界面现象自发现象自发现象材料损伤材料损伤宏观上：宏观上：材料质量流失、强度退化材料质量流失、强度退化微观上：微观上：组织、结构或价态的改变组织、结构或价态的改变什么是腐蚀？什么是腐蚀？金属管道的腐蚀与防护讲解20世纪世纪60年代前，材料腐蚀的定义只局限于金属年代前，材料腐蚀的定

3、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腐蚀的概念逐步涉及到整个材料领域 包含所有的天然和人造材料，包含所有的天然和人造材料，塑料塑料、陶瓷陶瓷和和金属金属。塑料发胀或开裂塑料发胀或开裂木头干裂或腐烂木头干裂或腐烂花岗岩风蚀花岗岩风蚀水泥剥离脱落水泥剥离脱落材料材料 +化学化学 +力学力学 腐蚀腐蚀什么是腐蚀？什么是腐蚀？金属管道的腐蚀与防护讲解腐蚀的危害之腐蚀的危害之一一腐蚀的危害之腐蚀的危害之三三巨大的经济损失巨大的经济损失每年仅腐蚀就造成经济损失：每年仅腐蚀就造成经济损失：腐蚀的危害之腐蚀的危害

4、之二二自然资源的巨大浪费自然资源的巨大浪费每年大约每年大约1020的金属年产量被腐蚀掉的金属年产量被腐蚀掉危及人生安全危及人生安全腐蚀的危害之腐蚀的危害之四四引起安全、环境危引起安全、环境危害害腐蚀的危害腐蚀的危害金属管道的腐蚀与防护讲解1980:1980:英国北海平台由于腐蚀疲劳倾覆导致英国北海平台由于腐蚀疲劳倾覆导致123123人丧生、石油减产人丧生、石油减产12121998:1998:我国渤海平我国渤海平台套管腐蚀破裂倒台套管腐蚀破裂倒塌导致原油泄漏，塌导致原油泄漏，污染污染250km250km2 2腐蚀的危害腐蚀的危害金属管道的腐蚀与防护讲解1989:1989:前苏联输气管道爆裂前苏联

5、输气管道爆裂:1024:1024人伤亡人伤亡2004：日本核电站管道腐蚀造：日本核电站管道腐蚀造成泄漏事故成泄漏事故腐蚀的危害腐蚀的危害金属管道的腐蚀与防护讲解腐蚀的危害腐蚀的危害金属管道的腐蚀与防护讲解腐蚀的危害腐蚀的危害金属管道的腐蚀与防护讲解美国和意大利的油气管道爆裂事故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油气管道开裂和泄漏造成的环境污染严重金属管道的腐蚀与防护讲解 什么是腐蚀？什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防金属的腐蚀

6、与防护护 金属管道的腐蚀与防护讲解为什么会发生腐蚀？为什么会发生腐蚀？氧化铁高炉酸性转炉管子轧制钢管管线腐蚀氧化铁提炼过程提炼过程腐蚀过程腐蚀过程热力学规律热力学规律:材料总是趋向于最低能量状态存在材料总是趋向于最低能量状态存在赤铁矿赤铁矿Fe2O3金属管道的腐蚀与防护讲解 什么是腐蚀？什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防金属的腐蚀与防护护 金属管道的腐蚀与防护讲解e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-Fe+Fe+Fe+Fe+Fe+OH-OH-OH-Fe(O

7、H)2Fe(OH)2Fe(OH)2H+H+H+H+H+H+H+HHH2阴极点阴极点阳极点阳极点e-Fe+显微视图腐蚀的发生过程腐蚀的发生过程？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。电子的氧化反应和消耗这些电子的还原反应。阳极反应：阳极反应：Fe Fe2+2e-阴极反应：阴极反应：2H+2e-H2O2+2 H2O+4e-4OH-金属管道的腐蚀与防护讲解腐蚀发生的必要条件腐蚀发生的必要条件 u 阳极阳极u 阴极阴极u 电解质电解质u 电子电子/金属通道金属通道腐蚀发生在腐蚀

8、发生在腐蚀电池腐蚀电池中中沥青封闭空位间隙碳和二氧化锰混合物碳棒防护外壳电解质糊（氯化铵和氯化锌）锌隔板负极阳极（锌）阳极（锌）阴极（石墨）阴极（石墨）电解质（电解质糊、碳、氧化锰）电解质（电解质糊、碳、氧化锰）电子通路（外部回路）电子通路（外部回路）石墨石墨-锌电池锌电池腐蚀电池腐蚀电池金属管道的腐蚀与防护讲解腐蚀发生的必要条件腐蚀发生的必要条件 u 氧浓度不同氧浓度不同u 温度不同温度不同u 管线表面性质不同管线表面性质不同u 金属类型不同金属类型不同u 土壤化学成分不同土壤化学成分不同u 差异腐蚀电池差异腐蚀电池管线和其他地下结构的腐蚀来自于管线和其他地下结构的腐蚀来自于差异腐蚀电池差异

9、腐蚀电池。阳极阳极阴极阴极阳极阳极阴极阴极阴极阴极金属管道的腐蚀与防护讲解腐蚀发生的必要条件腐蚀发生的必要条件 u 氧浓度不同氧浓度不同u 温度不同温度不同u 管线表面性质不同管线表面性质不同u 金属类型不同金属类型不同u 土壤化学成分不同土壤化学成分不同u 差异腐蚀电池差异腐蚀电池管线和其他地下结构的腐蚀来自于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。阳极阳极阴极阴极阳极阳极阴极阴极阴极阴极金属管道的腐蚀与防护讲解不同金属在海水中的实际电偶序金属金属Volts vs.Cu-CuSOVolts vs.Cu-CuSO4 4Volts vs.Ag-AgClVolts vs.Ag-Ag

10、Cl活性或阳极端活性或阳极端活性或阳极端活性或阳极端镁镁1.60 to 1.751.55 to 1.70锌锌1.101.05铝铝1.051.00清洁碳钢清洁碳钢0.50 to 0.800.45 to 0.75生锈碳钢生锈碳钢0.20 to 0.500.25 to 0.45铸铸/球墨铸铁球墨铸铁0.500.45铅铅0.500.45混凝土中的钢混凝土中的钢0.200.15铜铜0.200.15高硅钢高硅钢0.200.15碳，石墨碳，石墨+0.30+0.35惰性或阴极端惰性或阴极端惰性或阴极端惰性或阴极端金属管道的腐蚀与防护讲解铁铁(Fe)铜铜(Cu)金属管道的腐蚀与防护讲解温度差异温度差异 压缩站压

11、缩站热天然气热天然气较冷的较冷的 天然气天然气阳极阳极电流流动电流流动温度不同导致的差异腐蚀电温度不同导致的差异腐蚀电池池金属管道的腐蚀与防护讲解阳极阳极阳极阳极阴极阴极溶解盐浓度较高的土壤溶解盐浓度较高的土壤溶解盐浓度低的土壤溶解盐浓度低的土壤离子浓度离子浓度溶解盐浓度不同导致的差异腐蚀电池溶解盐浓度不同导致的差异腐蚀电池金属管道的腐蚀与防护讲解氧渗入氧渗入 氧渗入氧渗入铺砌层铺砌层 缺氧或无氧缺氧或无氧阳极阳极阴极阴极阳极阳极阴极阴极氧浓度不同导致的差异腐蚀电池氧浓度不同导致的差异腐蚀电池金属管道的腐蚀与防护讲解氧浓度低氧浓度低(阳极阳极)氧浓度高氧浓度高(阴极阴极)缝隙腐蚀实缝隙腐蚀实例

12、例氧浓度不同导致的差异腐蚀电池氧浓度不同导致的差异腐蚀电池金属管道的腐蚀与防护讲解 什么是腐蚀？什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防金属的腐蚀与防护护 金属管道的腐蚀与防护讲解金属腐蚀的分类方法金属腐蚀的分类方法按腐蚀所在环境分按腐蚀所在环境分类类 按腐蚀形态分按腐蚀形态分类类 按腐蚀反应机理分类按腐蚀反应机理分类 金属管道的腐蚀与防护讲解 工业环境中的工业环境中的腐蚀腐蚀 自然环境中的自然环境中的腐蚀腐蚀 生物环境中的生物环境中的腐蚀腐蚀大气腐蚀大气腐蚀土壤

13、腐蚀土壤腐蚀淡水和海水腐蚀淡水和海水腐蚀微生物腐蚀微生物腐蚀酸、碱、盐溶液中的腐蚀酸、碱、盐溶液中的腐蚀工业水中的腐蚀工业水中的腐蚀熔盐中的腐蚀熔盐中的腐蚀石油天然气的腐蚀石油天然气的腐蚀液态金属的腐蚀液态金属的腐蚀宇航环境宇航环境核工业环境核工业环境按材料所在环境按材料所在环境金属腐蚀的分类方法金属腐蚀的分类方法金属管道的腐蚀与防护讲解 大气腐蚀所造成的金属损失，约占金属总大气腐蚀所造成的金属损失，约占金属总腐蚀量的腐蚀量的5050以上以上 大气腐蚀是金属表面处于薄层电解液下的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腐蚀，腐蚀过程服从电化学腐蚀的一般规律律大气

14、腐蚀大气腐蚀金属管道的腐蚀与防护讲解土壤腐蚀土壤腐蚀 土壤是由土粒、水、空气、有机物等气、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大多数金属在土壤中的腐蚀为氧的去极化腐蚀腐蚀金属管道的腐蚀与防护讲解 海水中含有大量氯离子，它能破坏钝化膜，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

15、旋桨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可引起远达数十米处钢质船壳的腐蚀海水腐蚀金属管道的腐蚀与防护讲解微生物腐蚀微生物腐蚀 微生物的新陈代谢会产生酸、硫化物、氢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，形成了氧浓差等改变金属周围氧的浓度，形成了氧浓差等局部腐蚀电池局部腐蚀电池 破坏保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性破坏保护性覆盖层或缓蚀剂的稳定性金属管道的腐蚀与防护讲解 局部腐蚀局部腐蚀 全面腐蚀全面腐蚀均匀腐蚀均匀腐蚀不均匀腐蚀不均匀腐蚀按

16、材料腐蚀形态按材料腐蚀形态点蚀（孔蚀）点蚀（孔蚀）缝隙腐蚀及丝状腐蚀缝隙腐蚀及丝状腐蚀电偶腐蚀（接触腐蚀）电偶腐蚀（接触腐蚀）晶间腐蚀晶间腐蚀选择性腐蚀选择性腐蚀金属腐蚀分类金属腐蚀分类金属管道的腐蚀与防护讲解局部腐蚀局部腐蚀(点点蚀蚀)全面腐蚀与局部腐蚀全面腐蚀与局部腐蚀均匀腐均匀腐蚀蚀 l 各部位腐蚀速率接近；各部位腐蚀速率接近；l 金属的表面比较均匀地减薄，无明金属的表面比较均匀地减薄，无明显的腐蚀形态差别；显的腐蚀形态差别；l 腐蚀的发生在金属的某一特定部位；腐蚀的发生在金属的某一特定部位；l 阳极区和阴极区可以截然分开，其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

17、；位置可以用肉眼或微观观察加以区分；金属管道的腐蚀与防护讲解全面腐蚀危害全面腐蚀危害：l 造成金属的大量损失，可以检测和预测腐蚀速率，一般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。不会造成突然事故。l 根据测定和预测的腐蚀速率，在工程设计时可预先考虑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。应有的腐蚀裕量。局部腐蚀的危害局部腐蚀的危害：l 导致的金属的损失量小，很难检测其腐蚀速率，往往导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。致突然的腐蚀事故。l 腐蚀事故中腐蚀事故中8080以上以上是由局部腐蚀造成的，难以预测腐是由局部腐

18、蚀造成的，难以预测腐蚀速率并预防。蚀速率并预防。全面腐蚀与局部腐蚀的比较全面腐蚀与局部腐蚀的比较金属管道的腐蚀与防护讲解 主要集中在某些活性点上，不断向金属内主要集中在某些活性点上，不断向金属内部深处发展部深处发展 通常其腐蚀深度大于孔径，严重时可使管通常其腐蚀深度大于孔径，严重时可使管道或设备穿孔道或设备穿孔 表面上可观察到许多斑点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腐蚀破裂和腐蚀疲劳等局部腐蚀点蚀局部腐蚀点蚀金属管道的腐蚀与防护讲解 腐蚀首先在晶粒边界发生，并沿着晶界向腐蚀首先在晶粒边界发生，并沿着晶界向纵深发

19、展纵深发展 由于合金元素在晶粒边界的富集或贫化，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高强度合金及不锈钢就容易产生晶界腐蚀局部腐蚀晶间腐蚀局部腐蚀晶间腐蚀金属管道的腐蚀与防护讲解 合金中的某一组分由于腐蚀，优先地溶解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富集在金属表面上 例如，铸铁在介质中，铁素体被溶解，碳例如，铸铁在介质中，铁素体被溶解，碳化物

20、和石墨在表面积累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用时常发生选择性腐蚀局部腐蚀选择性腐蚀局部腐蚀选择性腐蚀金属管道的腐蚀与防护讲解 电化学腐蚀电化学腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀：高温氧化：高温氧化按腐蚀反应机理按腐蚀反应机理 电化学作用电化学作用 电化学电化学+机械作用机械作用 电化学电化学+生物作用生物作用 物理溶解腐蚀物理溶解腐蚀：Fe在液体钠中的腐蚀在液体钠中的腐蚀金属腐蚀分类金属腐蚀分类金属管道的腐蚀与防护讲解电化学力学作用电化学力学作用 应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂 在机械应力与腐蚀介质共同作用下，在远低于在机械应

21、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、没有形变预屈服强度的条件下，发生突然的、没有形变预兆的腐蚀破坏兆的腐蚀破坏 腐蚀疲劳腐蚀疲劳 当交变应力与腐蚀介质共同作用下，产生的脆当交变应力与腐蚀介质共同作用下，产生的脆性断裂作用性断裂作用 金属的疲劳极限大大降低，因而会过早地破裂金属的疲劳极限大大降低，因而会过早地破裂金属管道的腐蚀与防护讲解 磨损腐蚀（或腐蚀磨损）磨损腐蚀（或腐蚀磨损）电化学腐蚀和机械磨损同时存在，两者互相加电化学腐蚀和机械磨损同时存在，两者互相加速速 造成的破坏比单纯腐蚀或单纯磨损要大得多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

22、裂）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，使金属由于不恰当的酸洗、电镀、阴极保护，使表面有氢产生表面有氢产生 降低了金属原子之间的结合强度，使材料变脆降低了金属原子之间的结合强度，使材料变脆电化学力学作用电化学力学作用金属管道的腐蚀与防护讲解耐蚀性分类耐蚀性分类耐蚀性等级耐蚀性等级腐蚀速度腐蚀速度（mm/a）完全耐蚀完全耐蚀110.0表表2 金属腐蚀性十级标准金属腐蚀性十级标准金属耐蚀性等级金属耐蚀性等级金属管道的腐蚀与防护讲解表表1 金属耐蚀性三级标准金属耐蚀性三级标准金属耐蚀性等级金属耐蚀性等级耐蚀性分类耐蚀性分类耐蚀性等级耐蚀性等级腐蚀速度腐蚀速度（mm/

23、a）耐蚀耐蚀11.0金属管道的腐蚀与防护讲解如何探测腐蚀如何探测腐蚀l 试样失重法试样失重法l 漏磁检测技术漏磁检测技术l 超声波检测技术超声波检测技术l射线检测技术射线检测技术l涡流检测技术涡流检测技术l基于光学原理的无损检测技术基于光学原理的无损检测技术l l 多频管中电流衰减测试法多频管中电流衰减测试法(PCM)l 密间隔电位测试技术密间隔电位测试技术(CIPS)l 直流电位梯度法直流电位梯度法(DCV G)l Pearson 测试技术测试技术l 变频变频-选频法选频法l 电火花法电火花法l 防腐层绝缘电阻率测量法防腐层绝缘电阻率测量法l 腐蚀检测：腐蚀检测：依靠检测工具检测出管壁上的腐

24、蚀缺陷依靠检测工具检测出管壁上的腐蚀缺陷,从而从而了解管道的腐蚀状况了解管道的腐蚀状况,以便于管道的风险评估和维护维修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。为管道的安全运行提供可靠保障。管道内检测管道内检测管道外防腐层检管道外防腐层检测测金属管道的腐蚀与防护讲解 正确选材，合理设计正确选材，合理设计 (抗硫钢、耐蚀合金、抗硫钢、耐蚀合金、13Cr)13Cr)覆盖层保护覆盖层保护 电化学保护电化学保护 缓蚀剂保护缓蚀剂保护如何减缓腐蚀？如何减缓腐蚀？阴极保护阴极保护阳极保护阳极保护减缓地下管线减缓地下管线及设备腐蚀的及设备腐蚀的主要方法主要方法金属管道的腐蚀与防护讲解 什么是腐蚀？什么是腐蚀？为什么会发生腐蚀？为什么会发生腐蚀？腐蚀的发生过程腐蚀的发生过程？如何探测腐蚀？如何探测腐蚀？如何减缓腐蚀？如何减缓腐蚀？腐蚀的类型？腐蚀的类型？金属的腐蚀与防金属的腐蚀与防护护 2023-1-27金属管道的腐蚀与防护讲解