输油气管道系统的腐蚀与防腐2ppt课件

管道系统的腐蚀与防腐,2006年6月7日,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,一、输油干线的腐蚀,（一）内腐蚀,长距离输油管道输送介质的特殊性，决定了管壁内腐蚀不严重，因此长距离输油管道的腐蚀重点在于外腐蚀。,（二）外腐蚀,1、土壤腐蚀,大多数金属在土壤中的腐蚀是属于吸氧腐蚀，只有在强酸性土壤中才发生析氢腐蚀。,阳极反应：MeMen+neFeFe2+2eAlAl3+3e阴极反应：2H+2eH2O2+4H+4e2H2OO2+2H2O+4e4OH-,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,(1)土壤腐蚀的类型,原电池腐蚀,对于土壤中尺寸比较短小的金属构件来说，会发生因金属组织不均匀引起的微腐蚀电池，对于长的金属构件和管道，因各部分土质结构的不同，埋深不同，氧渗透率不同，可引起氧浓差电池。,电解腐蚀,土壤中有来自大功率直流电气装置迷走的电流，地下埋设的管道容易因这种杂散电流引起腐蚀。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,微生物腐蚀,在缺氧的中性介质中，阴极上只有一层吸附氢，硫酸盐还原菌能消耗氢原子，使去极化反应顺利进行。,(2)土壤腐蚀的影响因素,孔隙度,含水量,含水量很低时腐蚀速度不大，随着含水量的增加，土壤中溶解的盐量增加，加大腐蚀速度。当可溶性盐全部溶解时，腐蚀速度可达最大值。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,含盐量,土壤中含盐量大，土壤的电导率增高，腐蚀性也增加。,土壤的导电率,导电性好，腐蚀性强。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,2、大气腐蚀,定义：金属在自然大气条件下发生的腐蚀现象。,（1）大气腐蚀类型,干的大气腐蚀：金属表面基本上没有水膜存在时的大气腐蚀。属于化学腐蚀中的常温腐蚀。,潮的大气腐蚀：在相对湿度100%以下，金属在肉眼不可见的薄水膜下进行的一种腐蚀。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,相对湿度：空气中的水蒸气压与该温度下空气中的饱和水蒸气压之比。,湿的大气腐蚀：肉眼能看见的有凝结水膜存在时的大气腐蚀。属于电化学腐蚀。,（2）影响大气腐蚀的主要因素,大气相对湿度的影响,绝对湿度：1m3空气中所含的水蒸气的克数。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,经验证明：在一定的温度下，大气的相对湿度保持在临界相对湿度以下时，金属的大气腐蚀很轻微。当超过金属的临界相对湿度，大气腐蚀速率就大大增加。,温度和温差的影响,温差比温度的影响还大。因为它不但影响水汽的凝聚，而且还影响凝聚水膜中气体和盐类的溶解度。在湿度很高的环境下，温度会起较大的作用，一般随着温度的升高，腐蚀会加快。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,气体组成的影响,工业大气中有大量的腐蚀性气体，对金属腐蚀危害最大。其中最能加速腐蚀过程的成分是二氧化硫、硫化氢等。,固体颗粒、表面状态等因素的影响,空气中的固体颗粒，落在金属表面上会促使金属的生锈。固体颗粒下的金属表面常发生缝隙腐蚀或点蚀。与光洁表面相比，加工粗糙的表面容易吸附灰尘，灰尘有毛细管的凝聚作用，而且加工粗糙的表面暴露在空气中的实际面积也比实在面积大。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,腐蚀产物性质的影响,腐蚀产物如果吸湿又多孔，就不起保护作用，如果所生成的腐蚀产物不吸湿又致密，就起到保护膜的作用。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,3、海水腐蚀,（1）影响海水腐蚀性的因素,盐类及浓度,海水中的含盐量直接影响水的电导率和含氧量，因此必然对腐蚀产生影响。,溶解氧,海水中含有溶解氧是海水腐蚀的重要因素，因为绝大多数金属在海水中的腐蚀吸氧腐蚀。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,温度,海水的温度愈高，金属腐蚀速度也愈大。海水温度每升高10，腐蚀速度将增加一倍。但是，温度升高后氧的溶解度约降低20%。,pH值,海水的pH值在7.28.6之间，接近中性。海水的pH值主要影响钙质水垢沉积，从而影响海水的腐蚀性。,流速,流速增加氧量，金属腐蚀速度加快。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,海洋生物,海洋生物在船舶或海上构筑物表面附着处产生了缝隙，容易诱发缝隙腐蚀，微生物的生理作用会产生氨、二氧化碳和硫化氢等腐蚀性物质，从而加速金属的腐蚀。,（3）海水腐蚀特点,吸氧腐蚀；腐蚀速度受阴极控制；,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,阳极过程的阻滞作用很小，不锈钢在海水中易发生点蚀而遭受破坏；电阻小，宏观腐蚀电池起很大作用。腐蚀严重是含氧多的区域；不同水深处，腐蚀速率也不同，飞溅带腐蚀最严重。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,二、输油干线的防腐方法,电化学保护,覆盖层保护,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,阴极保护牺牲阳极法的阴极保护外加电流法的阴极保护阳极保护,电化学保护,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,外加电流的阴极保护又称强制阴极保护，是将被保护的金属结构整体接至电源负极，通以阴极电流，阳极为一个不溶性的辅助件，二者组成宏电池，实现阴极保护，其实质是使被保护的钢管发生阴极极化。,（一）阴极保护原理,1、阴极保护原理,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,在未通电流保护以前，腐蚀原电池的自然腐蚀电位为E，相应的最大腐蚀电流为Ic。通上外加电流后，由电解质流入阴极的电流量增加，由于阴极的进一步极化，其电位降低。如流入阴极的电流为ID，则其电位降为E/，此时由原来的阳极流出的腐蚀电流将由Ic降至I/。ID与I/的差值就是由辅助阳极流出的外加电量。为了使金属构筑物得到完全保护，即没有腐蚀电流从其上流出，就需进一步将阴极极化到使总电位降至等于阳极的初始电位EA0，此时外加的保护电流值为IP。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,（1）最小保护电流密度,对管路外加某一数值的电流密度,使管路沿线任一点都没有腐蚀电流流入土壤，此时的电流密度称最小保护电流密度。或换句话说，使保护管路发生阴极极化，其极化电位达到E0A时，对应的电流密度为最小保护电流密度。最小保护电流密度随外界条件不同会有很大变化，如绝缘层质量、土壤含水量、土壤温度、土壤电阻率等。因而最小保护电流密度有可能差几倍。因此对不同的管路，甚至同一管路的不同段落所需的最小保护电流密度的数值也都是不同的，故最小保护电流密度参数对长距离管路不太实用，但较适用于作为油罐、油轮等金属构筑物的阴极保护标准。基于以上原因，对于长输管路，采用的标准为最小保护电位。,2、阴极保护参数,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,（2）最小保护电位Emin,对管路进行阴极保护时，加到管路上的、使管路腐蚀过程完全停止时的电位值叫最小保护电位，换言之，阴极极化电位达到E0A时的电位叫最小保护电位。地下管路很长，电流流经管路时，要产生电压降，为保证管路沿线各点电位都高于最小保护电位（按绝对值）必须提高通电点的电位，通电点的电位越高，保护距离越长。但实际上，为防止绝缘层剥离、氢脆或氢鼓泡的现象，通电点的电位不能加得太负，最高不得超过最大保护电位，即通电点的电位受最大保护电位的限制。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,（3）最大保护电位Emax,最大保护电位是加到管路通电点的电位极限值。在此极限电位下，管路上的防腐绝缘层仍不致遭到破坏，此极限电位称为地下管路的最大保护电位。如果通电电位大于Emax（绝对值），由于氢去极化作用及电渗现象，会使绝缘层发生分层而遭到破坏，且氢原子有可能渗入钢管体内，导致钢管将发生氢脆。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,自然电位Ee,未加阴极保护时，钢管对地电位（管地电位）称自然电位，又称腐蚀电位。也即阴极极化前的管地电位称自然电位。,总电位E。,加阴极保护后测出的管地电位称总电位，即阴极极化后的电位称总电位。,（4）几个电位概念,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,外加电位E,外加电位又称偏移电位、极化电位，它是总电位与自然电位之差。,最小外加保护电位：最大外加保护电位：,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,（5）阴极保护保护度,P=(V0-V1)/V0100%,保护度：,P=(icorr-ia)/icorr100%,保护效率：,Z=(icorr-ia)/iapply100%,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,3、阴极保护准则钢铁的阴极保护准则为-0.85V(CSE),4、管道实施阴极保护的基本条件,有可靠的直流电源；管道必须处于电解质的环境中；管道纵向的电连续性；与环境的电绝缘性。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,计算保护长度以确定阴极保护站数,根据最大、最小保护电位，求出一个阴极保护站所能保护的管路长度，即保护长度，由保护长度可确定管路沿线需要设多少个阴极保护站。,阴极保护站电源功率的计算,根据阴极保护站的总电压和总电流计算所需电源功率，由此选择阴极保护站的电源设备。,计算内容,（二）外加电流阴极保护计算,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,1、外加电位和电流的分布规律,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,电流分布规律：I=I0e-ax（a),电压分布规律,E=E0e-ax(b),第二部分输油干线的腐蚀与防腐,从上式可以看出，如果RT越小，则I0越大。这说明如果绝缘层质量不好，则所需保护电流越大，从而增加电能消耗。,在通电点处，x0，II0，代入上式得：,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,通电点x0处，E0=Emax；而xLmax，EEmin代入(h)式得：EminEmaxe-aLmax,从上式可以看出，保护长度也决定于绝缘层的质量，RT越大，a值就越小，Lmax就越大，如果无绝缘层，则Lmax将很短。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,当管路沿线有多个阴极保护站时，这种管路称为有限长管路，其特点在于：在有限长管路上，两个相邻阴极保护站之间的管段，其外加电位和电流的变化受两个站的共同作用，由于两个站的相互影响将使外加电位的变化曲线抬高。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,电流流经阳极地床的电压降：U1=IRA电流从土壤流入，经绝缘层、管子的压降：U2=I0RP=IRP电流流经导线所产生的电压降U3=Irn,2、阴极保护站电压的计算,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,式中，电源效率。对于硅整流器取0.8；硒整流器取0.60.7；可控硅恒电位仪取0.7。,电源设备除了整流器和恒电位仪以外，可供选择的第二电源很多，如太阳能电池、CCVT（密闭循环蒸汽透平发电机）、（TEG）热电发生器和风力发电机。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,导电性要好；抗腐蚀性强；一定的机械强度；容易加工成各种形状；取材方便，价格便宜，经济成本小。,3、辅助阳极地床,（1）辅助阳极材料性能,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,在理论上任何导电材料都可以作为阳极地床的材料，但从经济上考虑，所选的材料最好同时具有较低消耗率和较低价格的特点。目前常用的阳极材料有：废钢铁、废铸铁、高硅铸铁、石墨、磁性氧化铁和柔性阳极等。,（2）常用的辅助阳极材料,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,主要有水平式和立式（垂直式）两种，其中以立式最普通。,（3）阳极地床结构,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,根据所选阳极材料，知道阳极的消耗率，按规定的使用年限，就可计算出所需的阳极总重量。GgTIK式中G所需的阳极总重量，kg；g阳极消耗率，kg/Aa；I从阳极流出的电流，A；K储备系数，K1.11.3；T使用年限，a。,（4）阳极地床重量计算,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,（5）阳极地床位置的选择,阳极区距管道的垂直距离；土壤电阻率；土壤湿度；土地的利用；干扰影响；地域规划；安装的难易；生态环境。,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,（三）阴极保护的运行管理阴极保护运行管理主要控制指标阴极保护的运行管理防腐设备的管理档案资料的管理,第二部分输油干线的腐蚀与防腐,1、阴极保护运行管理主要控制指标,（1）保护率达到100保护率反映管道是否全部实现阴极保护的情况，管道上各点应均能获得有效保护。一般以被保护长度与管道全长的百分比计算。,阴极保护的运行管理,（2）运行率达到98运行率反映1a内阴极保护投人运行的时间多少。要求不间断运行，但实际上达不到，主要是测自然电位、设备故障检修和调整时要占去一定的时间。运行率98，实际上要求每年运行应达到8500h以上。,阴极保护的运行管理,（3）保护度大于85保护度是反映阴极保护有效性的指标，依据现场埋片失重法计算得出。85是比较一致的看法。式中G1未施加电法保护检查片失重量，g；S1未施加电法保护检查片表面积，cm2；G2施加电法保护检查片失重量，g；S2施加电法保护检查片表面积，cm2。,阴极保护的运行管理,2、阴极保护的运行管理,阴极保护运行管理的首要工作是确认管道或被保护物已得到了有效的保护，其运行状态达到质量标准。其中保护电位达到标准的要求是其核心问题。1、移动参比电极法2、双电极法在电位测量中,要注意：(1)在管地电位测量中，要考虑土壤中由保护电流造成的IR降影响，对不同地区影响不同。(2)参比电极放置位置对管地电位影响很大。(3)管道纵向上某一测点与在周向分布的各点所测得的管地电位可能不同，特别是大口径管道更容易出现类似情况。,阴极保护的运行管理,表防腐管理周期,阴极保护的运行管理,表12防腐管理周期（续表）,阴极保护的运行管理,3、防腐设备的管理,（1）强制电流阴极保护设备a直流电源装置(恒电位仪，整流器)定期检查周期为每日一次。定期检查主要内容包括交流侧电压、直流输出电压、电流，并简单记录、清洁，小型异常或故障的排除。全面检查周期每月一次，或根据定期检查结果安排。全面检验除上述内容外，还包括熔断器检查更换，开关等接触状态和有无过热烧损，各导线接点和其他接点的接触情况有否松动、发热或烧损，回路配线是否有断线或绝缘破坏等，装置内部的彻底清扫。,阴极保护的运行管理,b阳极地床阳极地床的检查和修理需要测阳极接地电阻。因测量时必须停运阴极保护，影响运行率，应与测量自然电位同时进行。其接地电阻，按以下经验公式判断式中R阳极地床电阻允许值，；U电源直流额定输出电压，V；I管道实际保护电流，A。当实际测量的接地电阻大于允许值时，阳极地床应修理或更换。,阴极保护的运行管理,(2)牺牲阳极的管理和维修牺牲阳极的管理维护，主要是接点检查和牺牲阳极工作状态的判断。定期检查周期为每月一次，与管地电位测量相结合。定期检查主要内容包括阳极输出电流测量，装置是否损坏或被破坏，导线断线与接触状态等。全面检验周期为每年一次，或根据需要决定。全面检查主要内容除上述要求外，应包括下述测量：阳极组开路电位；阳极组闭路电位；单只输出电流，开、闭路电位；阳极组输出电流；阳极组接地电阻。根据测量结果并综合其他因素，判断阳极的工作状态、技术状态，并决策修理更换，予以实施。,阴极保护的运行管理,4档案资料的管理,与防腐保护有关的档案资料管理是非常重要的管理工作内容。档案资料是历史的记载和再现，对于指导现在、决策未来有着不可取代的作用。特别是对于长期预防性质的工作，更具有现实价值。档案资料的管理，是资料的收集、整理、保存的过程，必须认真