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油气管道保护工第一章 概述1 埋地管道腐蚀的危害埋地金属管道遭受着土壤、海水、细菌及杂散电流等各种因素造成的腐蚀，腐蚀破坏的过程和速度虽然缓慢，但是危害较大，由腐蚀造成的损失大的惊人。（1） 直接和间接损失 由于腐蚀而造成原材料和设备的报废，称为直接损失。由于材料损失和设备报废而造成的停工、停输和抢修等为间接损失。（2） 环境污染 输油、气管道由于腐蚀穿孔还会造成突发性的事故，污染环境。（3） 阻碍新技术的发展 科学技术是生产力，但是如果解决不好腐蚀问题，一些重大新技术的应用就会受到阻碍。（4） 浪费资源 在工程设计中，因考虑腐蚀因素而采用较大的安全系数，这种现象是普遍存在的。如输油、气管道等，在选择材料的厚度中都会有腐蚀裕量。这就增加了材料使用和能源的消耗，浪费了宝贵的资源。2 造成管道损坏的主要因素（1）腐蚀 土壤具有腐蚀性，特别是某些地区存在着直流、交流干扰电源，更易加重地下金属管道腐蚀。据国内外统计表明，由于腐蚀造成的管道泄露和损失事故约占管道总泄露和损失事故的30%。（2）焊缝及管材的缺陷 管子在制作或敷设中，焊缝处会存在夹渣、未焊透、咬肉等缺陷，制作管子用的钢材会存在气泡、砂眼等质量问题。据对某输油管道统计，这类事故约占总数的40%。（3）自然环境变化 由于管道热胀冷缩，造成管道弯头严重变形破裂、或直接冻裂；由于洪水或其他因素所致，大段管道裸露、悬空而造成的管道下沉、拱起、移位变形以致断裂事故也大量存在。（4）外力 由于地震或在管道附近进行爆炸作业、因重物压砸或撞击也会造成管道破裂或损坏。（5）人为故意破坏 偷、扒管道防腐绝缘层，在管道上开孔偷油、偷气等也会造成事故。3 管道保护工管道保护工主要做以下三方面的工作：（1） 搞好管道防腐保护设施及运行的管理。埋地管道的防腐保护设施主要有两大系统。一是阴极保护系统；二是防腐绝缘系统。管道保护工应该认真学习、贯彻执行这方面的有关标准和管理规定，在上级和业务主管部门的领导下，搞好运行管理工作。（2） 搞好护管工程及设施的维护管理。埋地管道沿线建有不少护管工程及设施，需要管道保护工经常检查及维护，这是一项很重要的工作，对延长护管工程及设施的使用寿命起到重要的作用。（3） 贯彻“石油、天然气管道保护条例”，保护管道管理部门的合法权益，保障管道长期安全平稳运行。第二章 金属腐蚀的概念及分类1 金属腐蚀的概念金属腐蚀是指金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解等作用而产生的破坏。金属腐蚀是包括金属材料和环境介质在内的一个具有反作用的体系。2 金属腐蚀的分类按照作用原理：化学腐蚀和电化学腐蚀；按照破坏形态：全面腐蚀和局部腐蚀。2.1 按照作用原理分类（1）化学腐蚀化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。又可分为：气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。 气体腐蚀一般是指金属在干燥气体中发生的腐蚀。例如，用氧气切割和焊接管道时金属表面上产生氧化皮，是金属同氧气发生化学反应所致。 在非电解质溶液中的腐蚀。例如金属能同某些有机液体（如苯、汽油）发生化学反应而腐蚀。特点：腐蚀过程中没有电流产生。（2）电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。特点：在腐蚀过程中有电流产生。又可分为：原电池腐蚀和电解腐蚀。原电池腐蚀指金属在电解质溶液中形成原电池而产生的腐蚀。电解腐蚀指外界的杂散电流使处在电解质溶液中的金属发生电解而形成的腐蚀。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并伴随有金属内部的电子流动和介质中离子的定向迁移。阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程；阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原过程。2.2 按照破坏形态分类（1）全面腐蚀（2）局部腐蚀局部腐蚀的类型很多，主要有应力腐蚀、小孔腐蚀（点蚀）、晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳等。第三章 阴极保护1 阴极保护原理将被保护金属进行阴极极化以减少或防止金属腐蚀的方法叫阴极保护法。阴极极化可以采用两种方法来实现：（1） 将被保护金属与直流电源的负极相连接，利用外加阴极电流进行阴极极化，这种方法被称为外加电流阴极保护法。（2） 在被保护设备上连接一个电位更负的金属阳极（如在钢管上连接锌），它与被保护金属在电解质（溶液）中形成大电池，而使管道进行阴极极化，这种方法称为牺牲阳极保护法。1.1 外加电流阴极保护原理外加电流阴极保护原理就是向被保护的金属通入一定量的直流电，把被保护金属相对于阳极装置变成一个大阴极，消除金属因成分不同造成的电位差，腐蚀电流降为零，使被保护金属免遭电化学腐蚀。优点：驱动电压高，输出电流大，保护距离长，能灵活控制电流输出量，适用于各种土壤电阻率的环境，施工简单。缺点：平时要有人维护管理，维护费用高，对邻近的金属构筑物有干扰。1.2 阳极保护原理选择一种比被保护金属的电极电位更负的金属材料（如镁、锌）与被保护金属连接起来。由于这种金属电极电位更负，就形成了腐蚀电池的阳极，被保护金属就成了阴极。因为这种金属材料是以本身遭到强烈腐蚀去保护别的金属，故叫牺牲阳极。优点：不需要人经常维护管理，由于牺牲阳极负电位不是很大，不会超过最大保护电位，因此不会造成绝缘层对金属附着力的恶化；又由于阳极输出电流强度不大，阳极与被保护管道距离较近，用于地下管道错综复杂的油田或现代城市，使被保护物体以外的其他金属构筑物避免了由杂散电流引起的干扰。阴极保护方法的比较：序号牺牲阳极外加电流1不要外部电流需要外部电流2土壤电阻率高时费用大不受土壤电阻率的影响3对邻近的地下构筑物不造成干扰影响对邻近的地下构筑物有干扰影响4保护电流不可调保护电流、电压可调5维护管理简单维护管理较复杂6随阳极寿命而更换保护装置寿命较长7小规模工程投资小大规模工程投资大8要消耗有色金属2 阴极保护的基本参数2.1 最小保护电位（E保）为使腐蚀过程停止，埋地管道经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。（1） 在阴极保护系统中，对于埋设在天然水和土壤中的金属管道，其最小保护电位为-0.85V。（2） 通电情况下管道对地电位较自然电位向负偏移300mV以上。（3） 在中断保护电流的情况下，立即测得的管道阴极极化电位较自然电位在负方向偏移值大于100mV。 负偏移100mV称为管道极化偏移电位。（4） 当土壤或水中含有硫酸盐还原菌且硫酸根含量大于0.5%时，最小阴极保护电位-0.95V。2.2 最大保护电位（E0）根据管道绝缘层的质量，把通电点的电位控制在最大允许值，不使绝缘层损坏，另外防止两性金属遭受腐蚀，这个电位值叫最大保护电位。一般取-1.2V-1.3V，最大不超过-1.5V。2.3 最小保护电流密度（I保）使金属得到完全保护时所需要的电流密度称为最小保护电流密度。它的数值与金属种类，金属表面有无保护膜、漆膜的完整程度、介质条件等有关。一般当金属在介质中腐蚀性越强，阴极极化程度越低时，所需的保护电流密度越大。3 阴极保护判断方法（1） 在通电的情况下，埋地钢铁结构最小保护电位为-0.85V CSE或更负，在有硫酸盐还原菌存在的情况下，最小保护电位为-0.95V CSE，该电位不含土壤中电压降。（2） 瞬时断电电位与自然电位电位之差不得小于100mV。（3） 最大保护电位的限制应根据覆盖层及环境确定，以不损坏覆盖层的粘结力为准，一般瞬时断电电位不得低于-1.10V CSE。4 牺牲阳极阴极保护的阳极材料4.1 镁牺牲阳极4.2 锌牺牲阳极4.3 铝牺牲阳极4.4 带状阳极4.5 回填料5 牺牲阳极的安装与维护与外加电流阴极保护相比，牺牲阳极的安装比较简单。当一个位置有几支阳极时，阳极要直线排列以降低电阻。阳极可以与管道垂直，也可以与管道平行。牺牲阳极阴极保护系统的维护很简单，经常检测阳极的开路电位，阳极消耗尽后，及时更换。6 外加电流阴极保护常用阳极材料6.1 对阳极的性能要求回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻，延长阳极的使用寿命。理想的埋地用辅助阳极应当具有如下性能：（1） 良好的导电性能，工作电流密度大，极化小；（2） 在苛刻的环境中，有良好的化学和电化学稳定性，消耗率低，寿命长；（3） 机械性能好，不易损坏，便于加工制造，运输和安装；（4） 综合保护费用低。6.2 各类阳极的性能特点（1） 废钢铁阳极（2） 石墨阳极（3） 高硅铸铁阳极（4） 聚合物阳极（5） 混合金属氧化物阳极7 辅助阳极的选择7.1 辅助阳极埋设位置的选择在长输管道的干线上阳极一般设在距管道300500米之间。在阴保站址选定的同时，应在站址与管道的一侧选择阳极安装的位置，其原则是：（1） 地下水位较高或潮湿低洼处；（2） 土层厚、无块石、便于施工；（3） 土壤电阻率一般应小于50欧姆/米，特殊地区也应小于100欧姆/米；（4） 对邻近的地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管道之间不得有其它金属管道；（5） 考虑阳极附近地域近期发展规划及管道发展规划，以避免建后可能出现的搬迁；（6） 阳极地床位置与管道汇流点距离适当；（7） 地面金属构筑物较多，用地狭窄时，可采用深井阳极，以减少对其它金属构筑物的干扰，又节约用地。阳极接地电阻约占直流回路电阻60%左右，大部分能量损失是由它造成的，因此合理选择阳极地床位置，降低接地电阻是十分重要的工作。7.2 辅助阳极的结构7.2.1 浅埋式地床结构浅埋式阳极又可分为立式、水平式两种，对于钢铁阳极可能两种联合称为联合式阳极。（1） 立式阳极由一根或多根垂直埋入地中的阳极排列构成，电极间用电缆连接。优点：A、 全年接地电阻变化不大；B、 当阳极尺寸相同时，立式地床的接地电阻较水平式小。（2） 水平式阳极将阳极以水平方向埋入一定深度的地层中。优点：A、 安装土石方量较小，易于施工；B、 容易检查地床各部分的工作情况。（3） 联合式阳极指采用钢铁材料制成地床，它由上端连接着水平干线的一排立式阳极所组成。7.2.2 深埋式阳极（深井式）深埋式地床根据埋设深度不同可分为：浅深井（2040米）、中深井（50100米）和深井（100米）三种。深埋式阳极地床的特点：接地电阻小，对周围干扰小，消耗功率低，电流分布比较理想。缺点：施工复杂，技术要求高，单井造价贵。7.2.2 阳极地床填料的应用（1） 阳极地床填料的功能A、 增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻；B、 将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行，延长阳极的使用寿命；C、 填料可以消除气体堵塞。（2） 对填料的要求A、 填料颗粒必须是导电体，以保证阳极与土壤之间良好的导电性；B、 填料应成本低，来源广，具有较连续的接触表面。常用的回填料是焦炭粒。确保阳极与回填料良好的电接触，填料必须在阳极周围夯实。否则会使一部门电流从阳极直接流向土壤而缩短阳极使用寿命。（3） 回填料的填充阳极地床孔径为阳极直径的三倍，且在电极上下各填300毫米填料。7.3 阳极数量与接地电阻阳极数量与接地电阻成反比关系。在确定阳极数量时需要考虑主要因素为：（1） 要使阳极输出的电流在阳极材料允许的电流额度内，以保证阳极地床的使用寿命。（2） 在经济合理的前提下，阳极接地电阻应尽量做到最小，以降低电能耗量。目前，接地电阻一般不大于1欧姆，在特殊地区可根据现场情况选定。第四章 管道防腐层知识1 防腐层防腐原理油气管道腐蚀是电化学作用的结果，也就是说腐蚀电池的形成是导致管道腐蚀破坏的主要原因。腐蚀电池的形成条件：（1）必须有电极电位不同的两个电极，电位低的将成为腐蚀电池的阳极，电位高的将成为腐蚀电池的阴极；（2）阳极和阴极之间有电连续性。（3）阴极和阳极必须存在于电解质环境中。土壤中含有各种盐类及水分，是天然的电解质。管道防腐层技术就是把存在着许多不同电极区域的管道同电解质隔离，即消除形成腐蚀电池的第三个条件。此外，管道防腐层除具有以上作用外，还具有机械保护作用，可以保护管道在运输、储存及施工过程中不受到破坏。2 防腐层与阴极保护之间的关系阴极保护与防腐层技术的结合，被称为管道的“联合保护”，是当今世界上公认的管道防腐措施。3 管道防腐层的一般规定（1）新建管道除经充分调查表明不需要防腐层外，一般均做外防腐层。（2）埋地管道的外防腐层一般分为普通、加强和特加强3个级别。场、站、库内埋地管道及穿越铁路、公路、江河、湖泊的管道，均采用加强级以上防腐。（3）防腐层的补口补伤材料应与主体防腐材料有良好的粘接性。补口、补伤后应达到主体防腐层的各项性能指标。（4）对于采用内外防腐的管道，根据所采用防腐材料的要求，必须对被保护金属首先进行相应的表面处理。（5）钢管的质量应符合国家有关标准的要求。4 防腐材料基本知识4.1 防腐材料的应用及发展4.2 防腐层性能的基本要求根据目前的技术标准规定，新建管道都应有防腐层，防腐层又可根据其机构、厚度的不同分为普通、加强和特加强3个级别。对防腐层性能的基本要求是：（1） 与金属有良好的粘接性；（2） 电绝缘性能好，有足够的电气强度（击穿电压）和电阻率；（3） 有良好的防水性及化学稳定性，即防腐层长期浸入电解质溶液中，不发生化学分解而失效或产生导致腐蚀管道哦阿德物质；（4） 具有足够的机械强度及韧性，即防腐层不会因施工过程中的碰撞或敷设后受到不均衡的土壤压力而损坏；（5） 具有耐热和抗低温脆性，即防腐层在管道运行温度范围内和施工过程中不因温度过高而软化，也不因温度过低而脆裂；（6） 耐阴极剥离性能好，能抵抗阴极析出的氢对防腐层的破坏；（7） 抗微生物腐蚀；（8） 破坏后易修复；（9） 材料低廉，便于施工。目前，我国埋地油气管道常用的防腐层材料主要有石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、熔结环氧粉末、三层聚乙烯（3PE）、环氧煤沥青改性沥青热缠带及液态环氧涂料等。4.3 防腐涂层4.3.1 表面覆盖层原理：高电阻的涂层隔离了腐蚀介质，切断了腐蚀电池的通路，使腐蚀电流趋于零，从而阻止管道腐蚀。4.3.2 绝缘防腐层作用：使金属管道与土壤介质隔绝，根据这一原则要求防腐绝缘层既要有很好的粘接性、（P20）第五章 水工保护1 水工保护常用材料在管道水工保护工程中，通常使用的材料主要为砂、石、水泥等。2 管道水工保护设施2.1 管道水工保护设施的类型（1）管桥；（2）管隧；（3）管涵；（4）堤坡；（5）挡墙。2.2 常见的管道水工保护设施2.2.1 管堤2.2.2 过水路面2.2.3 管涵2.2.4 挡土（水）墙2.2.5 护坡第六章 电学基础知识1 电的概念电的本质是物质结构性质的外在表现。2 静点和动电自然界的雷电灾害是静点危害的一种。3 电场、电压、电流“同性相斥、异性相吸”4 导体和绝缘体5 电阻、电导、电阻率6 电路（1）电源（2）负载（3）连接导线（4）开关7 欧姆定律8 串联和并联9 简单电路和复杂电路10 直流电和交流点11 电能的产生和应用产生电能的方法：（1） 发电机发电；（2） 电池发电。常见电池：A、化学电池；B、燃料电池；C、 半导体电池。第七章 长输管道安全管理输油、气管道系统由输油站和线路两部分组成。站内设备备用条件较好，管汇流程的灵活性较强，对事故具有及时发现、及时处理的可能性。首、末站油库容量大，一旦出现火灾事故，会造成很大的经济损失。线路部分的安全特点：A、 输油管道绝大部分管段为埋地敷设，如果发生腐蚀、裂缝等事故，不易被发现；B、 站间线路只有一条，没有备用，一处中断就要全线停输。对于加热输送的管道，如果停输时间较长，还有可能造成重大凝管事故；C、 站间管路多在野外，处理事故时，施工条件差，工作量大，机械化水平要求高。对于河流穿、跨越管段，出现事故时还会严重地污染环境。长输管道事故的危害：A、 油品泄漏，造成污染环境和经济损失；B、 引起火灾、爆炸事故，破坏输油设施；C、 一旦事故处理不及时，造成凝管、全线停输，恢复生产困难，经济损失大，牵扯面广。石油火灾：指石油勘探开发、存储、运输及加工过程中发生的石油（包括液化气、天然气）火灾。石油火灾的特点：爆炸危险性大；火焰温度高、辐射热强；易形成大面积火灾；具有复燃、复爆性；会产生沸溢、喷溅现象。防火防爆的基本原理和