防腐蚀作业(施工)的基本知识.ppt

防腐蚀作业 施工 基本知识 张炎明2012年7月 2020 1 3 1 前言 管道输送是与铁路 公路 水运 空运并列的第五大运输方式 它作为一种特种的运输设备越来越广泛地用于石油 化工 冶金 电力等行业以及城市输气 供水和供热系统中 随着经济的发展 管道数量在不断的增加 其重要性也日益突出 在石油 化工行业中 管道被视为 工厂的血管 2 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 2 腐蚀与防护基础知识 2 1腐蚀的概念和腐蚀理论2 1 1腐蚀的概念 金属在周围介质 最常见的液体和气体 作用下 由于化学变化 电化学变化或物理溶解而产生的破化 环境 材料 腐蚀是由于物质与周围环境作用而产生的损坏 由于材料和它所在的环境发生反应而使材料和材料的性质发生恶化的现象 3 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 2 1 2腐蚀理论 1 氢去极化腐蚀氢去极化腐蚀的反应式 以金属铁为例 可以简单表示为 阴极反应 2H 2e H2阳极反应 Fe 2e Fe2 2 氧去极化腐蚀氧去极化腐蚀的反应式 以金属铁 中性溶液为例 可以简单表示为 阴极反应 O2 2H2O 4e 4OH 阳极反应 Fe 2e Fe2 4 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 2 2腐蚀的分类2 2 1金属腐蚀 全面腐蚀 均匀腐蚀 发生在整个金属表面上的腐蚀称为全面腐蚀 它可能是均匀的 也可能是不均匀的 均匀腐蚀的危害性相对比较小 因为我们在知道了腐蚀速度后 就能够估算出材料的使用寿命 局部腐蚀 主要集中于金属表面某一区域的腐蚀称为局部腐蚀 在局部腐蚀中 金属的某一区域腐蚀严重 而其他部分则几乎未被腐蚀 局部腐蚀主要有以下类型 如 电偶腐蚀 小孔腐蚀 点蚀 晶间腐蚀 缝隙腐蚀 选择性腐蚀 应力腐蚀 疲劳腐蚀 磨损腐蚀 空泡腐蚀和湍流腐蚀 氢损伤 氢鼓泡和氢脆 沉积腐蚀 如垢下腐蚀 浓差电池腐蚀等也均属于局部腐蚀之列 5 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 电偶腐蚀 电偶腐蚀又称接触腐蚀或双金属腐蚀 凡具有不同电极电位的金属互相接触 并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属电偶腐蚀 例如热交换器的不锈钢管和碳钢花板连接处 碳钢在水中作为阳极而被加速腐蚀 但当在两种金属的接触面上同时存在缝隙时 而缝隙中又存留有电解液 这时构件可能受到电偶腐蚀与缝隙腐蚀的联合作用 电偶腐蚀的示意图 阴极 阳极面积比不同的连接结构 a 同时存在两种不同电位的金属或非金属导体 b 有电解质溶液存在 c 两种金属通过导线连接或直接接触 6 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 小孔腐蚀 小孔腐蚀又称为点蚀这种破坏主要集中在金属表面的某些活性点上 并向金属内部深处发展 通常其腐蚀深度大于其孔径 严重时可使设备穿孔 点蚀通常发生在易钝化金属或合金中 往往在有侵蚀性阴离子与氧化剂共存的条件下发生 如不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式 小孔腐蚀示意图 18 8不锈钢在充气NaCl溶液中孔蚀的闭塞电池示意图 7 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 晶间腐蚀 金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀 使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏的腐蚀现象称为晶界腐蚀 这种腐蚀首先在晶粒边界上发生 并沿着晶界向纵深处发展 这时 虽然从金属外观看不出有明显的变化 但其机械性能却已大为降低了 严重时材料强度完全丧失 轻轻一击就碎 不锈钢焊件在其热影响区 敏化温度的范围内 容易引起对晶界腐蚀的敏化 晶界腐蚀常常会转化为沿晶应力腐蚀开裂 而成为应力腐蚀裂纹的起源 通常晶间腐蚀出现于奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢和铝合金的构件 除非经过稳定化处理或含碳量低者例外 奥氏体不锈钢暴露在450 850 温度区间内足够时间后 对发生晶间腐蚀比较敏感 8 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 选择性腐蚀 广义上讲 所有局部腐蚀都是选择性腐蚀 即腐蚀是在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 从而造成另一组分富集于金属表面上 例如黄铜的脱锌现象即属这类腐蚀 选择性腐蚀形态 9 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 应力腐蚀破裂 受一定拉伸应力作用的金属材料在某些特定介质中 由于腐蚀介质和应力的协同作用而发生的脆性断裂现象 应力腐蚀破裂 SCC 在局部腐蚀中居于首位 根据腐蚀介质性质和应力状态的不同 裂纹特征会有不同 在金相显微镜下 显微裂纹呈穿晶 晶界或两者混合形式 裂纹既有主干 也有分支 形似树枝状 裂纹横断面多为线状 裂纹走向与所受拉应力的方向垂直 钝化合金的SCC机理示意图 10 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 产生应力腐蚀的材料与介质的组合 应力腐蚀开裂通常具有如下特点 a 通常在某种特定的腐蚀介质中 材料在不受应力时腐蚀甚微 b 受到一定的拉应力时 可远低于材料的屈服强度 经过一段时间后 即使是延展性很好的金属也会发生脆性断裂 c 断裂事先没有明显的征兆 往往造成灾难性的后果 一般认为发生应力腐蚀开裂需要同时具备如下三个条件 敏感材料b 拉伸应力c 特定的腐蚀介质 如奥氏体不锈钢管外壁保温材料含Cl 量高或保温层破损 渗入的雨水中的氯离子浓缩有可能发生应力腐蚀 11 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 影响应力腐蚀开裂的因素 12 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 缝隙腐蚀 由于金属表面上存在异物或结构上的原因会形成0 025 0 1mm缝隙 这种在腐蚀环境中因金属部件与其他部件 金属或非金属 之间存在间隙 引起缝隙内金属加速腐蚀的现象称为缝隙腐蚀 碳钢在中性海水中缝隙腐蚀示意图 产生缝隙腐蚀的条件有以下几种 a 不同结构件的连接 如金属与金属之间的铆接 螺纹连接 以及各种法兰盘之间的衬垫等金属和非金属之间的接触等都可以引发缝隙腐蚀 b 金属表面的沉积物 附着物 涂膜等 如灰尘 沙粒 沉积的腐蚀产物 也会引起缝隙腐蚀 13 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 腐蚀疲劳 金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质的联合作用下 所引起的腐蚀形态称为腐蚀疲劳 腐蚀疲劳的特征腐蚀疲劳形成条件则是 绝大多数金属或合金在交变应力下都可以发生 而且不要求特定的介质 只是在容易引起孔蚀的介质中更容易发生 腐蚀疲劳的机理腐蚀疲劳是在交变应力作用下发生 位错往复地穿过晶界运动而不会在晶畀上堆积 腐蚀疲劳的控制对于钢 尤其是钛合金来说 用渗氮的方法进行表面硬化处理 也是抗腐蚀疲劳的一种有效措施 亦有采用非金属表面覆盖层的办法 如涂层 但要求对金属基体有良好的结合力和耐磨能力 14 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 磨损腐蚀 由于介质的运动速度大或介质与金属构件相对运动速度大 导致构件局部表面遭受严重的腐蚀损坏 这类腐蚀称为磨损腐蚀 简称磨蚀 造成腐蚀损坏的流动介质可以是气体 液体或含有固体颗粒 气泡的液体等 磨蚀是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和对新裸露金属表面的浸蚀作用的综合结果 磨蚀形态 由高速流体引起的磨蚀 其表现的特殊形式主要有湍流腐蚀和空泡腐蚀两种 15 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 湍流腐蚀 在设备或部件的某些特定部位 介质流速急剧增大形成湍流 由湍流导致的磨蚀就称之为湍流腐蚀 冲击腐蚀破坏示意图 流型改变产生的湍流 遭到湍流腐蚀的金属表面 常常呈现深谷或马蹄形的凹槽 一般按流体的流动方向切入金属表面层 蚀谷光滑没有腐蚀产物积存 构成湍流腐蚀除流体速度较大外 构件形状的不规则性也是引起湍流的一个重要条件 在输送流体的管道内 流体按水平或垂直方向运动时 管壁的腐蚀是均匀减薄的 但当流体突然改向处 如弯管 U形换热管等的拐弯部位 其管壁就要比其他部位的管壁迅速减薄甚至穿洞 16 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 空泡腐蚀 流体与金属构件作高速相对运动 在金属表面局部地区产生涡流 伴随有汽泡在金属表面迅速生成和破灭 呈现与孔蚀类似的破坏特征 这种条件下发生的磨蚀称为空泡腐蚀 又称空穴腐蚀或汽蚀 空泡腐蚀示意 壁面凹陷下的流场 影响磨蚀的因素 金属 合金 表面膜 流速 磨蚀的控制 控制磨蚀可采用合理选材 改善设计 降低流速 除去介质的有害成分 覆盖防护层和电化学保护等多种办法 但以合理选材和改善设计这两种方法最为有效 17 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 氢损伤 氢损伤是指金属材料中由于氢的存在或氢与金属相互作用 造成材料力学性能下降的总称 在含硫化氢的油 气输送管线及炼油厂设备常发生这种腐蚀 氢损伤分为四种不同的类型 氢鼓泡 氢脆 脱碳 氢蚀 氢的来源据氢的来源不同 可分为内氢和外氢两种 内氢是指材料使用前就已存在在其内部的氢 是材料在冶炼 热处理 酸洗 电镀和焊接等过程中吸收的氢 外氢是指材料在使用过程中与含氢的介质接触或进行电化学反应 如腐蚀 阴极保护 所吸收的氢 氢鼓泡 是指在某些介质中 由于腐蚀或其他原因而产生的氢原子渗入金属内部而产生的 导致金属局部变形 甚至完全破坏 氢鼓泡的机理示意图 氢鼓泡形态 18 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 防止方法 除去环境中含有硫化物 氰化物 含磷离子等阻止放氢反应的成分作有效 也可选用无空穴的镇静钢以代替有众多空穴的沸腾钢 此外 可采用氢不宜渗透的奥氏体不锈钢或镍的衬里 或橡胶 塑料 砖板衬里 也可加入缓蚀剂等 氢脆 是由于氢进入使金属内部引起的 导致韧性和抗拉强度下降变脆 并在应力的作用下发生脆裂 防止方法 a 在容易发生氢脆的环境中 避免使用高强钢 可用Ni Cr合金钢 b 焊接时采用低氢焊条 保持环境干燥 水是氢的主要来源 c 电镀液要选择 控制电流 d 酸洗液中加入缓蚀剂 e 氢进入金属后 可进行低温烘烤驱氢 如钢一般在90 150 可脱氢 脱碳 即从钢中脱出碳 常常是由于高温氢蚀所引起的 导致钢的抗拉强度下降 氢蚀 是由于高温下合金中组分与氢的反应引起的 19 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 2 2 2有机非金属腐蚀 高分子材料 高分子材料具有优良的耐腐蚀性能 但在防腐蚀领域中应用时 由于腐蚀条件的多样与复杂 不一定总能抵抗介质的侵蚀 通常 在酸 碱和盐的水溶液中 多数塑料或其他高分子材料具有较好的耐腐蚀性 显得比金属优越 但在有机介质中却往往相反 很多高分子材料都不如金属耐蚀 有些塑料在无机酸 碱溶液中也会很快被腐蚀 例如尼龙只能耐较稀的酸 碱溶液 而在浓酸 浓碱中则会遭到腐蚀 高分子材料腐蚀的主要形式有 溶胀和溶解腐蚀 选择性腐蚀 腐蚀降解 蠕变 老化 疲劳腐蚀 环境应力开裂 差热腐蚀开裂 渗透腐蚀 取代基反应 20 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 2 2 3无机非金属腐蚀 无机非金属材料作为管道材料主要有玻璃 陶瓷 石墨 铸石 水泥等材料 这些材料制成的管道主要在工业管道中使用 其腐蚀主要为化学腐蚀 由于与介质 或环境 中的某些成分发生化学反应 而造成材料的破坏 21 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 3 防腐蚀作业的一般程序3 1腐蚀控制的基本要素 腐蚀学应用研究关注的问题是材料与环境之间可能产生的作用而引起的腐蚀 并寻找控制腐蚀的措施和方法 防腐蚀工程设计关注的问题是装置 材料与环境之间可能产生的作用而引起的腐蚀 并寻找控制腐蚀的措施及方法 前者属狭义腐蚀控制 其方法多从开发新型耐蚀材料 改善腐蚀环境及提高界面耐蚀能力诸方面入手 后者属广义腐蚀控制 除上述诸方面外 还应考虑增加 结构控制 有效性控制 及 经济评价 材料控制 开发新型耐蚀材料 环境控制 添加缓蚀剂 介质处理等 界面控制 电化学保护 金属表面耐蚀涂层 非金属衬里等 结构控制 设备结构 制造安装 设备强度刚性对材料与环境的影响等 有效性控制 工艺运行 维护检修对材料与环境的影响 关键设备的腐蚀监测 检测技术等 经济控制 经济上的可行性等 22 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 防腐蚀作业的一般程序 维修服务 防腐蚀项目 了解项目的腐蚀环境 选择最佳的防腐蚀方法 施工及制作管理 竣工交接 检测检验 标准规范 23 防腐蚀作业 施工 基础知识 3 2了解项目的腐蚀环境状况 环境 防腐蚀系统 材料 业主的要求 价格 使用寿命 工期 施工现场等 外部环境 大气情况 气候变化等 内部环境 化学因素 介质的成分 包括杂质 PH值 可能的化学反应等 物理因素 介质温度 流速 受热及散热条件 受力类型及大小等 工程项目的结构 规格尺寸 材质 结构等 影响腐蚀的因素 腐蚀介质的组成和浓度 温度 压力 流速 腐蚀产物 2020 1 3 24 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 3 3常用的防腐蚀措施 治理环境 包括介质处理 干燥 脱气 脱盐等 缓蚀剂 与环境隔离的覆盖层等 整治结构 结构包括宏观的 工程结构 及微观的 材料结构 前者通过设计来整顿 后者通过材料成分及工艺的调整来改变 也可将防腐蚀覆盖层及电化学保护放在材料结构之内 因为它们分别改变了材料表面的化学成分及电子结构 整治结构 治理环境 常用的防腐蚀措施 脱水 脱硫 脱氧等 加氨 Lan5 Lan826等 25 防腐蚀作业 施工 基础知识 3 3 1合理的防腐蚀设计 合理设计设备的结构 通过合理设计设备的结构可以避免许多产生腐蚀的因素 如不良的结构常会引起局部应力 造成液体停滞等 这些都会导致材料的腐蚀发生 因此 合理设计也可在一定程度上起到防腐蚀的目的 衬里设备 管道的设计 结构 尺寸等方面的限制 检修孔 拐角部位 加热方式 管口部位和方向等 整体非金属设备 管道的设计 制造方法 结构 尺寸 使用介质 温度等方面的限制 石墨设备 玻璃钢设备 塑料设备等 整体耐蚀金属设备 管道的设计 制造方法 结构 尺寸 使用介质 温度等方面的限制 不锈钢 有色金属 贵金属等 2020 1 3 26 防腐蚀作业 施工 基础知识 3 3 2合理的选材 2020 1 3 从制造尺寸 加工方法 耐蚀性 耐热性等 进行材料的选择 最后 直到挑选材料制造商或加工制造商 材料选择的基本步骤 使用条件的掌握 使用环境的种类 温度 压力及其变动状态 对象装置的形状 新设 增设 更新 修补的区别 附属物 连接件的状况 使用设备的安置场所 外部环境 运转开始 停止方法 维修管理 检查方法 修补状况等 物性 耐蚀性审查 从各种书籍 报告书 文献类等 如 腐蚀数据与选材手册 等 查阅相关材料的机械性能 耐蚀性能等 实绩评估 类似装置的实绩调查 使用实绩 调查测试 调查报告书 个别数据的审查 制造厂家 型号的选择 选定试验 试验室试验 复合条件下的试验 现场试验 制作 施工管理 制造 施工 商的资质审查等 维修 检查 运转维修记录的管理 材料选定方面的反映 经济性比较 27 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 材料选择的基本方法 首先 从各种材料中 审查其可能制造的装置 概略的耐蚀性 耐寒 耐热性 机械冲击性 现场修补性等性能 粗略地选择已审查的材料 其次 根据已有的参考资料 从粗选的材料中 详细确认每个材料的特性 耐蚀性 耐热性 机械性 加工性能等 再决定最佳材料 最后 与材料制造商洽谈 对已选材料决定制造商 再与制造商商谈 作出最终决定 材料选择的注意事项 对于金属材料 焊条的选择及焊接条件的设定和焊接管理是非常重要的 当一台设备中有多种材料混杂 而要求热处理时 必须谨慎的设定加热温度 时间等 由于结晶粒的大小 粒度 及制造方法的不同 只用整体的分析值是不能作出正确的评价 由于许多有机材料没有公开的品质规范 各制造商还附加施工性能等各种独立的商标 所以必须重点审查制造商及型号等 许多装置往往在现场完成其最终的形状 所以尽可能正确地掌握实际装置的施工条件与在选择试验用的试验片在制造条件上存在哪些差异 考虑实际工程实施的可行性和经济性 28 防腐蚀作业 施工 基础知识 3 3 3选择耐蚀材料 2020 1 3 正确的选材 根据介质的性质和工作条件 有针对性地选择在具体环境中耐腐蚀的非金属 金属及其合金材料 提高材料的使用寿命 达到防腐蚀的目的 耐蚀金属材料 29 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 耐蚀非金属材料 30 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 耐蚀复合材料 31 防腐蚀作业 施工 基础知识 3 3 4防腐蚀覆盖层 2020 1 3 金属覆盖层 主要有电镀 喷镀 渗镀 热浸镀 化学镀双金属 金属喷涂和金属衬里等 金属镀层 常用的金属镀层有 电镀 喷镀 渗镀 热浸镀 化学镀 金属 铝 铜 锌 不锈钢等 喷涂施工 常用的金属喷涂有 火焰喷涂 电弧喷涂 其他还有 等离子喷涂 超声波喷涂等 金属衬里 常用的金属衬里有 衬铅 搪铅 衬不锈钢等 32 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 非金属覆盖层 在金属设备上覆盖上一层非金属材料 可分为衬里 搪瓷 搪玻璃 涂料和联合覆盖层等 涂料涂装涂层涂装方法 一般有涂刷 滚刷 喷涂 高压无气喷涂 静电喷涂 浸涂 滚涂 电泳涂装等 对于粉末涂料有粉末喷涂 粉末静电喷涂 火焰喷涂 沸腾床喷涂 静电喷涂等 涂层检测 涂层针孔 涂层附着力 涂层抗冲击性 涂层韧性 涂层硬度等检测 砖板 橡胶 塑料 玻璃钢 鳞片树脂胶泥 滚塑等衬里 搪瓷 搪玻璃等 联合覆盖层 防腐树脂地坪施工 33 防腐蚀作业 施工 基础知识 3 3 5缓蚀剂 2020 1 3 在腐蚀介质中加入少量能使金属腐蚀速度降低甚至完全抑制的物质称为缓蚀剂 通过添加缓蚀剂 又称腐蚀抑制剂 使金属得到保护的方法 称为缓蚀剂保护 缓蚀剂保护分为阳极型 阴极型和混合型三种 如果选择配合适宜 只要添加少量的缓蚀剂就能大大抑制金属的腐蚀速率 缓蚀剂与其他金属防护方法对比有如下的特点 可以不改变金属构件或制品的本性 如采用比较昂贵的不锈钢或其他耐蚀材料 也无需改变金属的外表 如涂涂层 衬里 电镀等 由于用量很少 添加缓蚀剂后介质的性质基本不变 一般无需特殊的附加设施 如电化学保护需要恒电位仪或牺牲阳极等 但为了有效和精确地控制缓蚀剂用量 也常用全自动的缓蚀剂加料装置 因此 在各种金属防腐蚀方法中 使用缓蚀剂是工艺简便 成本低廉 适用性强的一种方法 它已广泛应用于石油和天然气的开采 机械 化工 能源等行业 但缓蚀剂只适用于腐蚀介质有限的系统 如 钻井平台 埋地管道 钢结构 码头等的防止海水腐蚀及桥梁防止大气腐蚀等场合就不适用 34 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 根据腐蚀电池极化作用 人为地采取一定的措施 使原来的腐蚀电池产生阴极极化或阳极极化 缓解或防止金属的腐蚀 金属电化学保护分为阴极保护和阳极保护 前者包括牺牲阳极法 外加电源法和排流保护法 后者包括保护器法和外加电源法 3 3 5电化学保护 35 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 阴极保护利用外部阴极电流使金属阴极极化 从而达到减缓或停止金属腐蚀的目的 这样的方法叫做阴极保护 实现阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法 由于在杂散电流排除过程中 在被保护的构筑物上保留一定的负电位 使构筑物得到了阴极保护 所以排流保护也是一种限定条件下的阴极保护方法 强制电流法根据阴极保护原理 用外部的直流电源作阴极保护的极化电源 将电源的负极接到被保护的构筑物 管道 上 将电源的正极接到辅助阳极上 在电流的作用下 使构筑物发生阴极极化 实现阴极保护 牺牲阳极保护在腐蚀电池中 阳极腐蚀 阴极不腐蚀 利用这一原理 以牺牲阳极优先溶解 金属构筑物成为阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极保护法 36 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 整流器 阴极保护原理图 石墨阳极 带状牺牲阳极 37 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 排流保护当有杂散电流存在时 通过排流可以实现对管道的阴极极化 这时杂散电流就成了阴极保护电流源 但排流保护是受到杂散电流所限制的 通常的排流方式有直接排流 极性排流 强制排流3种形式 对被保护构筑物选用阴极保护方式时主要考虑如下因素 38 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 钢制埋地管道的阴极保护 在钢制埋地管道上的阴极保护类型主要是 外加电流阴极保护 牺牲阳极阴极保护 外加电流阴极保护又称强制电流阴极保护 外加电流阴极保护主要应用于淡水 海水 土壤 海泥 碱及盐等环境中金属设施的防腐蚀 它的适用性比较广 只要有便利的电源 邻近没有不受保护的金属构筑物的场合几乎都适合选用外加电流阴极保护 管道的外加电流保护 有防腐层管道的外加电流保护 长输管道和油气田外输管道必须采用阴极保护 阴极保护系统应有检查和监测设施 39 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 牺牲阳极阴极保护在淡水 海水 土壤 海泥 碱及盐等环境中金属设施的防腐蚀已被广泛应用 由于它具有不需要外部电源 对邻近金属构筑物干扰较小等特点 因此特别适用于缺乏外部电源和地下金属构筑物较复杂地区的管道的防腐蚀 牺牲阳极保护 40 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 阳极保护利用钝化体系的阳极钝化现象 使金属表面流过一定的电流密度 从而使金属表面生成钝化膜 再用很小的电流密度维持钝化状态 则金属将从腐蚀强烈的活化状态转变成腐蚀轻微的稳定的钝化状态 这种防止金属腐蚀的技术就称为阳极保护 41 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 3 4防腐蚀作业方式 防腐蚀 全结构或衬里 管道 泵 阀门等 耐蚀非金属材料制防腐蚀设备 石墨 玻璃钢 塑料 陶瓷等 耐蚀金属材料制防腐蚀设备 不锈钢 贵金属等 其他防腐蚀设备 搪瓷 滚塑设备等 监控检测的设计和仪器的制作 监控检测仪器的安装调试 防腐蚀工程 42 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 3 4 1基体表面处理的重要性 金属表面处理的内容主要是表面清理和除锈 此外 为提高金属表面的防锈能力 还对金属表面进行氧化 磷化和钝化处理 也属于金属表面处理的内容 金属表面清理 清理灰尘 油脂 残留化工物料 陈旧的衬里及涂层等 金属表面除锈 人工和动力工具处理 喷射处理 化学处理 其他处理方法 金属表面的氧化 磷化及钝化处理 GB8923 1988涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB T18839 1 2002涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法总则GB T18839 1 2002涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法磨料喷射清理GB T18839 1 2002涂覆涂料前钢材表面处理表面处理方法手工和动力工具处理 43 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 表面预处理等级 金属表面处理的内容主要是表面清理和除锈 此外 为提高金属表面的防锈能力 还对金属表面进行氧化 磷化和钝化处理 也属于金属表面处理的内容 金属表面清理 清理灰尘 油脂 残留化工物料 陈旧的衬里及涂层等 金属表面除锈 人工和动力工具处理 喷射处理 化学处理 其他处理方法 金属表面的氧化 磷化及钝化处理 金属表面的处理的等级 GB8923 88 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 钢材表面锈蚀等级 钢材表面等级分为A B C D四级 人工或动力工具表面处理 人工或动力表面处理质量等级分为St2 St3两级 喷射或抛射处理方法 金属表面处理质量等级定为四级 即用Sa1 Sa2 Sa21 2 Sa3表示 火焰除锈方法 质量等级定为FI化学除锈方法 质量等级定为Be HG T20679 化工设备 管道外防腐设计规定 44 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 A B C D 钢材表面等级分为A B C D 全面地覆盖着氧化皮而几乎没有铁锈的钢材表面 已发生锈蚀 并且部分氧化皮已经剥落的钢材表面 氧化皮已因腐蚀而剥落 或者可以刮除 并且有少量点蚀的钢材表面 氧化皮已因腐蚀而全面剥落 并且已普遍发生点蚀的钢材表面 45 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 Sa1轻度的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢 并且没有附着不牢的氧化皮 铁锈和油漆层等附着物 Sa2彻底的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢 并且氧化皮 铁锈和油漆层等附着物已基本清除 其残留物应是牢固附着的 Sa21 2非常彻底的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢 氧化皮 铁锈和油漆层等附着物 任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑 Sa3是钢材表面洁净的喷射或抛射除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢 氧化皮 铁锈和油漆层等附着物 该表面应显示均匀的金属色泽 St2彻底的手工和动力机械除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢 并且没有附着不牢的氧化皮 铁锈和油漆层等附着物 St3非常彻底的手工和动力机械除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢 并且没有附着不牢的氧化皮 铁锈和油漆层等附着物 除锈应比更彻底 底材显露部分的表面应具有金属光泽 FI火焰除锈钢材表面应无氧化皮 铁锈和油漆层等附着物 任何残留的痕迹应仅为表面变色 不同颜色的暗影 Be化学除锈钢材表面应无可见的油脂和污垢 处理未尽的氧化皮 铁锈和油漆层的个别残留点允许用手工和动力机械方法除去 但最终该表面应显露金属原貌 无再度锈蚀 46 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 47 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 金属表面预处理方法 人工和动力工具处理方法 喷射处理方法 化学处理方法 其他处理方法 有火焰除锈 高压射流 蒸煮法 阳极除锈 阴极除锈等方法 各类防腐蚀制造施工对表面预处理等级的要求 预处理的表面粗糙度 预处理表面的其他要求 盐 灰尘等 表面预处理的环境要求温度 环境温度 被处理表面温度 检测 湿度检测 露点检测 气压检测 粉尘等的检测 48 防腐蚀作业 施工 基础知识 4 防腐蚀质量控制 企业应根据自己的实际情况应按照GB T19001 ISO9001 标准建立质量管理体系 质量管理的目标是使工程质量达到国家 或行业 质量检验评定标准和施工验收规范及有关产品标准的要求 防腐蚀工程施工质量管理从原材料进入现场到工程竣工验收整个施工过程所进行的管理 它应该是各项管理工作的核心 4 1质量控制的要点 建立健全质量保证体系 由施工负责人 工程技术人员 检查人员 班组技术骨干组成质量保证体系的组织机构 各种施工过程按GB T19001 ISO9001 标准进行质量管理和质量保证 按制定的质量手册 质量目标 程序文件 操作规程 职责规定 岗位责任制等 记录表单等实施质量体系的运行 原材料质量控制 原材料质量控制是非常重要的环节 实行施工质量管理的 三检一评 在施工过程中要做到 自检 互检 交接 并由工程技术人员同步完成工程质量评定工作 4 2各专业质量检查及要点 现场施工检查遵循的施工规范有国家标准 建筑防腐蚀工程施工及验收规范 GB50212 91 和化工行业标准 工业设备 管道防腐蚀工程施工及验收规范 HGJ229 91 2020 1 3 49 防腐蚀作业 施工 基础知识 4 2 1金属表面处理 金属表面处理的质量检查要点 根据上述标准并结合 涂装前钢材表面腐蚀等级和除锈等级 GB8923 88 首先确定表面腐蚀等级和按照设计提出的除锈等级用彩色试板来对照 同时还应检测预处理后表面的粗糙度 4 2 2砖板衬里 检查衬里层灰缝尺寸 平整度 坡度 灰缝饱满度 胶泥固化程度 4 2 3橡胶衬里 原材料胶版在下料时 施工中要进行厚度检查 最终检查也要检查胶版厚度 施工中间的最终检查要检查微孔和接头粘接情况 即进行针孔检查 对样板进行剥离强度检查 最终硫化后做硬度检查 4 2 4玻璃钢衬里 检查衬里表面有无气泡 裂纹 凹凸 反白等情况 最终进行硬度和微孔等检查 4 2 5防腐蚀涂层 检查涂层表面应光滑平整 颜色一致 无气泡 剥落 漏刷 返锈 透底和起皱等缺陷 对涂层厚度 附着力进行检测 4 2 6金属喷涂层 检查表面应无杂质 翘起 鼓泡 裂纹 大熔滴等缺陷 检测涂层厚度等 4 2 7塑料衬里 检查衬里表面外观 进行粘接 焊接 强度及针孔等检查 4 2 8玻璃鳞片衬里 检查衬里表面应光滑平整 颜色一致 无气泡 裂纹 返白等缺陷 最终进行硬度 厚度和微孔等检查 2020 1 3 50 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 压力管道的腐蚀监测 5 1腐蚀监测的方法 5 1 1挂片法根据不同的试验要求 挂片主要分为两类 一类用于测量均与腐蚀速率 孔蚀和晶间腐蚀等 另一类用于测量应力腐蚀等 部分腐蚀监测方法是借用其他领域的无损检测 超声波法 声发射法 涡流法 射线照相法和分析法等 方法和分析方法 要求具有相当的理论知识和试验技巧才能掌握 在条件允许的情况下 在产生腐蚀的部位取样 利用化学分析方法 金相分析方法以及各种电子光学微观分析方法来检查 51 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 1 2无损检测方法 电阻法 热图像法 52 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 1 3电化学监测方法 腐蚀电位监测法 基于金属或合金的腐蚀电位与它们腐蚀状态之间的关系 由极化曲线或电位 pH图可以可以得到电位检测所需要的参数 线性极化法 也称极化电阻法 是在腐蚀电位附近 1 0mV 电流的变化和电位的变化之间成直线关系 其斜率与腐蚀速率成正比 恒电量技术腐蚀监测法 是一种暂态技术方法 可视为是线性极化技术的一种 由外部电源瞬时加给研究电极一个已知量的电荷 使电极电位产生一个微小的变化 电极表面双电层充电 由于电荷逐渐被腐蚀反应所消耗 使电极电位产生衰减 由电位的衰减曲线计算出腐蚀电流 交流阻抗法 为线性极化技术的继续和发展 不受溶液电阻带来的误差 腐蚀速率的测量范围较广 电偶法 用一台零阻安培计旧可以测量流经浸泡在同一电解质中的两种金属间的电偶腐蚀电流 从而判断电位减负金属腐蚀的大小 53 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 电感探针腐蚀监测系统 电感探针是通过测量置于金属 合金敏感元件周围的线圈由于敏感元件的腐蚀而引起的阻抗变化 来测定腐蚀速率 由于具有很高的导磁性 敏感元件极大地强化了线圈周围的磁场强度 反过来又显著地增大了线圈的感抗 智能化的腐蚀测试仪器 微处理器与仪器一体化 线性极化类和电阻腐蚀探针类 便携式智能化的腐蚀测试仪等 电化学噪声技术薄层活化技术场图像技术 54 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 1 4化学分析方法 化学分析法是测定介质条件和测定腐蚀产物两种方法的统称 溶液金属离子分析法 通过测定腐蚀介质中所含的金属离子的方法来评价金属腐蚀速率 重用的有容量法 比色法等 离子选择电极法 以电位方法来测量溶液中某一特殊离子活度的方法 只要有合适的离子选择电极 就可以在腐蚀介质中测出被腐蚀的金属离子含量的变化 55 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 1 5其他方法 示踪气体在线检测系统旁路装置放射激活技术监测孔法氢探针 56 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 2压力管道常用的腐蚀监测方法 主要是无损检测方法通过电 电磁 超声波 射线等方法 压力管道定位检测压力管道腐蚀防护系统 外防腐蚀层 检测压力管道管体腐蚀检测 57 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 3油气埋地管道的腐蚀监 检 测 5 3 1埋地管道探测 常用探测方法的比较 58 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 3 2埋地管道防腐蚀层检测 防腐 保温 层破损 缺陷点检测方法与常用仪器 评价防腐层防护性能的检测方法与常用仪器 59 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 密间隔电位检测技术 直接评价阴极保护是否达到有效保护 间接能够评价防腐层的质量状况 管地电位Von 开电位 开路电位 工作电位 通过Von值的衰减 判断防腐层的质量状况 Voff 关电位 闭路电位 极化电位 用Voff值来判断阴极保护系统的效果 Voff 0 85V有效 Voff 1 25V过保护 GB T21246 2007 埋地钢制管道阴极保护参数测量方法 60 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 5 3 3埋地管道管体检测检测 一 直接 局部开挖 检测 目视法 渗透法 漏磁法 超声波法 射线照相法 涡流法 声发射 应力波发射 法 热像显示法 二 管体内部腐蚀检测 管道内壁内窥镜检查法在役管道检测 爬行机器人清管器型管内检测 61 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 三 埋地管道管体腐蚀非开挖地面检测 针对管体腐蚀缺陷 壁厚变化 疲劳损伤的检测方法与常用仪器 62 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 6 管道的腐蚀 6 1管道常见的腐蚀介质6 1 1管道腐蚀的因素 材料本身 选材的问题 影响腐蚀的因素 腐蚀介质的组成和浓度 温度 压力 流速 腐蚀产物 外部环境 大气 土壤 水下等 内部环境 化学因素 介质的成分 包括杂质 PH值 可能的化学反应等 物理因素 介质温度 流速 受热及散热条件 受力类型及大小等 结构 结构 规格尺寸等 63 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 结构设计要注意的腐蚀问题 几何形状或尺寸发生变化和当待连接的两母材厚度不等时的处理方法 几种合理与不合理的设计 尽量避免焊缝集中 交叉焊缝和闭合焊缝 64 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 受力最大处或应力集中处 最常出现问题的部位 65 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 6 1 2常见的腐蚀介质 管道外的腐蚀性介质 主要是大气 土壤 淡水 海水 大气腐蚀ISO9223 大气腐蚀性分类标准 按测定金属标准试样腐蚀速率进行分类 将大气分为C1 C2 C3 C4 C5 即腐蚀性很低 低 中 高 很高5类 66 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 按测定大气环境中SO2或氯离子的浓度及试样表面潮湿时间进行分类 分别划分污染大气环境为P0 P1 P2 P3和S0 S1 S2 S3类型 按国家标准GB T15957 1995 大气环境腐蚀性分类 在乡村大气 城市大气 工业大气和海洋大气四种大气环境下 露天裸露的普通碳钢腐蚀等级划分的标准见下表 表中气体类型A B C D见下表 以氯化物表示的含盐空气污染的分类 67 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 大气环境腐蚀性分类 68 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 腐蚀性气体的分类 69 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 土壤腐蚀 土壤腐蚀的环境特点 a 土壤的多相性 土壤是一个固 液 气三相组成的多相体 水有地下水和雨水等 土壤有砂土 黏土等 决定了土壤腐蚀的复杂性 b 土壤的不均一性 土壤性质和结构的不均一性是土壤电解质的最显著特征 不同的土壤的理化性质各异 电化学性质也随之不同 导致土壤的腐蚀性差异 c 土壤的多孔性 微孔成为土壤中气液两相的载体 水使土壤成为腐蚀性电解质 土壤的孔隙度和含水量 又影响着土壤的透气性和导电率的大小 d 土壤的相对稳定性 土壤的固体部分对于埋设在地下土壤中的管道 可以认为是固定不动的 仅有土壤中的气相和液相作有限的运动 如 土壤孔隙中气体的扩散和地下水的移动等 70 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 土壤腐蚀性的评价 一般地区的土壤腐蚀性分级标准 土壤腐蚀性评价指标 土壤细菌腐蚀性评价指标 71 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 土壤腐蚀的影响因素 材料 相结构和组织 焊缝热影响区 材料夹杂物周围和晶界 土壤电阻 土壤的氧化还原电位 土壤的盐分 土壤的含水量 土壤的含气量 土壤的酸度 pH值 气候条件以及土壤的温度 土壤的微生物和有机质 杂散电流 72 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 淡水腐蚀淡水中钢铁的电化学腐蚀通常受淡水中溶解氧的去极化作用所控制 影响淡水腐蚀的主要因素有 pH值 温度 溶解氧的浓度 水流的速度 微生物 海水腐蚀由于海水中含有腐蚀性很强的天然电解质 从而为电化学腐蚀创造的良好的条件 金属材料在海水环境下很容易遭受腐蚀而失效破坏 影响淡水腐蚀的主要因素有 盐含量 溶解氧 温度 pH值 流速 海洋生物 73 防腐蚀作业 施工 基础知识 2020 1 3 管道内的腐蚀性介质 长输管道输送的主要为原油 成品油 天然气 液化石油气 液化天然气等 但是其中对输送管道有腐蚀性主要为输送介质中H2S CO2 O2 Cl 和水分等 公用管道输送的主要是公用和民用天然气 石油气 人工煤气 煤层气以及供热水蒸气等 腐蚀性介质主要为供热管道的水蒸气及其中的O2 Cl 等 燃气管的腐蚀介质主要为输送介质中H2S CO2 CO O2 Cl F 和水分等 动力管道输送的主要为火力发电用的水蒸汽 汽水两相介质等 腐蚀性介质主要为水蒸气及其中残留的O2 Cl 等 工业管道主要为输送工艺介质的工艺管道 公用工程管道 工业管道最为复杂 几乎涉及到所有的介质情况 接触到所有的腐蚀性介质 常见的腐蚀性介质有 各种酸 硫酸 硝酸 盐酸 磷酸等 各种碱 氢氧化钠 氢氧化钾等 各种盐 氯化钠 硫酸钠等 各种气体 氯气 氧气 氢气 氮气 氯化氢 二氧化碳 氨气 醇类 甲醇 乙醇 烷烃