详解管道阴极保护原理.ppt

第九章管道阴极保护，第一节腐蚀一、腐蚀定义二、腐蚀分类三、腐蚀基本原理四、管道腐蚀控制、一、腐蚀定义，广义上说，腐蚀是材料与环境相互作用引起的故障。 此定义包括所有天然材料和人工材料，如塑料、陶瓷和金属。 我们通常研究的腐蚀是金属的腐蚀，金属腐蚀是金属与周围介质在化学或电化学作用下的金属损失现象和过程。 二、腐蚀的分类、腐蚀按材料的种类分为金属腐蚀和非金属腐蚀，按腐蚀破坏形态分为全面腐蚀和局部腐蚀。 全面腐蚀是常见的腐蚀形态，包括均匀的全面腐蚀和不均匀的全面腐蚀。 根据腐蚀的机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 金属管常见的腐蚀根据其作用原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 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。 化学腐蚀是在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子相互作用瞬间碰撞的反应点完成的。 在化学腐蚀过程中，电子的传输是在金属和氧化剂之间直接进行的，因此不会产生电流。 2、电化学腐蚀、电化学腐蚀是指金属与电解质发生电化学反应而引起的破坏。 特点：腐蚀过程中产生电流，三是腐蚀的基本原理，腐蚀的基本原理是腐蚀原电池的理论。 由于不同金属自身的电偶顺序(即电位)存在差异，因此2种金属处于相同的电解质中，如果用导体连接这2种金属，则电池会被腐蚀而形成。 电流通过导体和电解质形成电流电路，此时两种金属之间的电位差越大，电路产生的电压越大。 形成腐蚀电池后，阳极的金属表面失去电子，发生氧化反应，金属原子转化为正离子，以氢氧化物为主的化合物，即阳极腐蚀的阴极金属相反，从阳极不断得到电子，由于其表面蓄积有电子，因此金属表面发生还原反应，不会发生腐蚀现象。 腐蚀过程表示需要Fe-Fe2 2e还原反应： o2h2o4e-4 oh-2 h2o2e-h22oh -，腐蚀电池形成的充分必要条件：1)阴极和阳极。 2 )阴极和阳极之间必须有电位差3 )阴极和阳极之间必须有金属的电流通路。 4 )阴极和阳极必须浸在同一电解质中，该电解质中有流动的自由离子。 四、管道腐蚀控制、管道腐蚀控制方法根据腐蚀机理和环境条件的不同，采用相应的腐蚀控制方法控制油气管道保护过程中最广泛的金属腐蚀方法有以下五种： 1、耐腐蚀材料选择、腐蚀环境控制、3、有效防腐层选择、阴极保护5、添加缓蚀剂、 第二节配管防腐蚀层1、配管的外防腐蚀层2、配管的防腐蚀层的维护、一、配管的外防腐蚀层1、配管的外防腐蚀层的基本要求(1)有金属，(2)电绝缘性能好，(3)防水及化学稳定性好，(4)具有充分的机械强度和韧性，(5)耐热和低温脆性，(6)耐阴极剥离性能好，(7)耐微生物的腐蚀性能好2、埋管防腐层主要种类埋管防腐层主要有石油沥青、单(二)层环氧粉末涂层、3层PE及聚乙烯胶带等。 3、单层烧结环氧粉末(1)性能烧结环氧粉末的防腐涂层于1961年在美国开发，应用于管道防腐工程，后来在许多国家得到了进一步的开发和应用。熔结环氧粉末防腐涂层与钢管表面的粘结力强，耐化学药品性、耐阴极剥离性、耐老化性、耐土性应激等性能优良，因此使用温度范围广(普通熔结环氧粉末为-30100，已成为国内外管道内外防腐涂层技术的主要体系之一。 但是由于涂层薄(0.3-0.5mm )，对于锐利的东西冲击力弱，冲击容易破坏，不适合石阶，大部分土壤环境和方向钻都适合胶质土壤穿过。 (2)结构烧结环氧粉末涂层简称FBE，FBE涂层是一次成膜的结构。 (3)涂装时喷涂在钢管外表面的除锈等级达到GB/T8923规定的Sa2.5级，钢管表面的锚定深度在40l00m的范围内，监视环氧粉末涂装前瞬间钢管外表面的温度，必须将温度控制在粉末生产商的推荐范围内，最高不得超过275 (4)FBE管道发现缺陷时，将缺陷部位的锈、鳞屑、裂纹、污垢、其他不纯物及必须去除的涂层磨成粗糙面，用干燥的布或刷子清除灰尘，用双组分环氧树脂涂料部分修复。 4、聚乙烯防腐蚀层(1)防腐蚀层结构的三层结构聚乙烯防腐蚀层简称为3PE，其下层为环氧粉末涂料，中层为粘接剂，外层为聚乙烯，(2)性能的3PE的第一层为环氧涂料，第二层为粘接剂，第三层为挤出聚乙烯，各层间密合，形成一个复合结构利用环氧粉末与钢管表面的强粘结力提高粘结性利用挤出聚乙烯的优良机械强度、化学稳定性、绝缘性、植物根茎透过性、耐水渗透性等提高整体性能，更加明显地表现出三层PE防腐涂层的整体性能，全面地表现出霸复层的机械性能、耐土性应力、防水性的要求(3)在防腐蚀层涂布前，除去钢管表面的油脂和污垢等附着物，对钢管进行预热后进行表面预处理，钢管预热温度为4060。 表面预处理质量符合涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 GB/T8923规定的Sa2.5级要求，锚固深度可达50m75m。 钢管表面的溅射、毛刺等应清除干净。 用不受污染的热源将钢管加热到合适的涂布温度，将环氧粉末涂料均匀涂布在钢管表面的粘合剂涂布，必须在环氧粉末糊化过程中进行的聚乙烯层涂布，可以采用纵挤出法或横卷法。 标称直径在5OOmm以上的钢管最好采用横向卷绕工艺。 采用侧向卷绕工序时，搭接部分的聚乙烯和焊接两侧的聚乙烯完全辊压密，采用必须防止损伤聚乙烯层表面的纵向挤出法时，请确保焊接两侧不要出现空洞。 涂布聚乙烯层后，确认结晶环氧涂层完全固化，用水冷却至钢管温度达到60以下。 (4)3PE管发现缺陷时，对于30mm以下的损伤，用放射线交联聚乙烯补片进行修补。 修补时，首先去除损伤部位的污垢，使那里的聚乙烯层起毛。 接着，将损伤部分的聚乙烯层切成圆形，边缘倒成钝角。 在孔内填满补丁和设置的粘接剂，粘贴补丁。 贴片的大小请确保距离聚乙烯层孔缘100mm以上。 修补时，请一边加热一边用滚筒滚动，或戴上耐热手套用手按压，排出空气直到修补薄板周围的粘接剂均匀溢出。 对于30mm以上的损伤，首先去除损伤部位的污垢，毛刷其中的聚乙烯层，将损伤部位的聚乙烯层修整成圆形，将边缘倒成钝角。 在孔的部分填满补丁和设置的粘接剂，粘贴补丁。 最后，在修补处复盖热收缩带，复盖宽度必须比修补片两侧至少大50mm。修补伤口时，可以清洁表面，然后用双组分液态环氧涂料进行防腐蚀，使干膜的厚度与主体配管相同，粘贴修补伤口的薄片，或者再次加热收缩胶带。 二、管道防腐层维护；一、防腐层失效原因(一)防腐层类型选择不当；(二)防腐补修口质量差；(三)外力破坏导致防腐层损伤；(四)防腐层自然老化；(五)阴极保护参数不当；(六)管理不当防腐蚀层维护管道腐蚀几乎发生在防腐蚀层严重缺陷和破损的场所，管道埋在地下，难以直接观测和检测，土壤环境条件复杂变化，给防腐蚀层的管理维护带来困难。 防腐层的维护主要采取以下措施： (1)经常监测防腐层的状况。 通常采用定期防腐层缺陷检测漏、防腐层绝缘电阻测量等方法，分析阴极保护参数的变化情况和原因，判断防腐层的质量和损伤程度。(2)防腐蚀层的等级管理。 对不同管段、不同情况下的防腐层，根据其技术情况进行分级，分别采用不同的维护措施。 目前，防腐层根据其绝缘电阻值分为优、良、中、差、劣5个等级。 在最糟糕的水平上，旧防腐层必须立即修理和更换。 (三)实施修理计划； 对于检查确定的不同水平的防腐层，定期采取检查、修补、更换的措施。 3、防腐层检查防腐层检查分层检查和地下检查，地板检查有外观、厚度、粘结力、火花检查遗漏等。 为了达到预期的防腐蚀效果，防腐蚀管道在埋设前必须保证其防腐蚀层的质量。 这需要检查防腐层的质量，检查防腐层的涂布是否均匀，是否要求厚度。 另外，检查涂层在工厂制作和运输中是否发生针孔缺陷、裂纹等。 管道焊接后防腐处理是否符合质量要求。 防腐层地下检测管道在埋设后也要定期或不定期进行防腐层检测，对埋设后防腐层质量变化情况：有无破损的破损点位置、大防腐层绝缘电阻的变化速度等，正确评价埋设管道防腐层状况，提出了处理建议。 4、声音信号检测泄漏法、声音信号检测泄漏法也称为“人体容量法”，将人体用作检测器的检测元件，通过相应的设备(例如SL-6地面检测器)检测埋设管的防腐蚀层的破损。 这是目前国内管线维护和检测的通用方法，用这种方法检测防腐层损坏点很方便。 、基本原理及方法在发射机检测到的管道上施加交流信号时，该管道的防腐蚀层破损，管道的金属部分与大地短路，漏电流在防腐蚀层的破损点流入土壤，从而在管道的防腐蚀层的破损点与土壤之间产生电压差，在接近破损点处电压差达到最大，在埋设管道的地面上设备发生该电位异常在“人体静电电容法”的情况下，两个检查员分别连接在检查机的检查线的芯线的两端，两人保持5-6m的距离，沿着线路以步行速度前进，到达漏点附近时，仪表的显示器的信号发生变化，漏点的中心信号最强，数值最大，能够发现漏点(图3-1 ) 可以根据信号强度的变化确定防腐蚀层是否受到破坏，并根据信号的异常分布的特征指定泄漏点的位置，然后推测泄漏点的幅度。 该仪器探管、漏检同步进行，方便快捷，成功率高。人体容量法(纵向)的泄漏检测图像、适用性音频信号的泄漏检测法适用于一般地区的埋设管路的防腐蚀层的泄漏检测，开放管路、被复层的电导率低的管路、水中管路、套管内的管路的防腐蚀层的地面的泄漏检测不适用的水田和沼泽地、高压交流电力线附近的埋设管路采用本方法进行防腐蚀层的检测泄漏第三节管道的阴极保护基本知识1、阴极保护的原理2、阴极保护的基本参数3、牺牲阳极阴极保护4、施加电流阴极保护5、阴极保护投入运转的调整、1、阴极保护的原理、各金属浸渍在一定的介质中有一定的电位，称为该金属的腐蚀电位(自然电位)，腐蚀电位表示金属失去电子的相对难易度。 腐蚀电位越为负越容易失去电子，电子失去的部位称为阳极区域，得到电子的部位称为阴极区域。 阳极区被丢失的电子(铁原子失去电子变成铁离子溶入土壤)腐蚀，阴极区受电子保护。 阴极保护的原理：向金属中补充大量的电子，使受保护的金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面的各点处于相同的负电位。 为了达到这个目的，有牺牲阳极阴极保护和电流施加阴极保护两种方法。 1、牺牲阳极法是与受保护的金属连接负电位的金属或合金(即牺牲阳极)，使保护体的阴极极化，降低腐蚀速度的方法。 在形成有被保护金属和牺牲阳极的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位多为被保护金属体的电位值的负值，在保护电池中为阳极，由于被腐蚀而消耗，因此被称为“牺牲”阳极，实现了阴极对被保护金属体的保护。 牺牲阳极材料有高纯度镁，其电位为-1.75V的高钝化锌，其电位为-1.1V的工业纯铝的电位为-0.8V (相对于饱和硫酸铜参照电极)。 2、强制电流法(施加电流法)是将被保护金属与施加电源的负极连接，将辅助阳极与电源的正极连接，从外部电源供给保护电流，降低腐蚀速度的方法。 其方式是恒定电位、恒定电流等。 如图所示，外部电源通过地下的辅助阳极将保护电流导入地下，通过土壤供给被保护金属，被保护金属在大地上也是阴极，其表面只是还原反应，不会发生金属离子化的氧化反应，抑制了腐蚀。 由于辅助阳极表面发生降低电子的氧化反应，辅助阳极自身消耗。 阴极保护的上述两种方法，通过一个阴极保护电流源，对存在腐蚀或腐蚀、需要保护的金属体，供给与本来的腐蚀电流相反方向的保护电流，正好抵消金属内本来存在的腐蚀电流。 两种方法的区别仅在于产生保护电流的方式和“源”不同。 一种利用电位更负的金属和合金，另一种利用直流电源。 适用于强制电流阴极保护驱动电压高、输出电流大、有效保护范围宽、受保护面积大的长距离、大口径管道。 牺牲阳极阴极保护不需要外部电源，维持管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物的影响小，适用于短距离、小直径、分散的管道。 二、阴极保护的基本参数，一、最小保护电流密度将金属腐蚀至最低水平或停止时所需的保护电流密度称为最小保护电流密度。 新建沥青管道的最小保护电流密度为3050A/m2，环氧粉末管道一般为10-30A/m2，新建储罐底板的最小保护电流密度为1-5mA/m2，旧储罐为510mA/m2。 2、最小保护电位是腐蚀过程停止，金属阴极极化后必须达到的绝对值最小的负电位值，称为最小保护电位。 最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。 最小保护电位值多为判断阴极保护是否充分的基准。 因此，该电位值是监视阴极保护的重要参数。 实验测定土壤中的最小保护电位为-0.85V (相对饱和硫酸铜参比电极)。 3、最大保护电位是阴极保护中允许的阴极极化的绝对值最大的负电位值，该电位不会破坏配管的防腐蚀层。 该电位值为最大保护电位。阴极保护电位越大，防腐蚀程度越高，单站保护距离也越长，但是过大的电位会破坏被保护的配管的防腐蚀绝缘层与配管金属表面的粘接力，发生阴极剥离，严重的情况下会发生金属“氢裂纹”。 同时，电位过大会消耗很多保护电流，浪费能量。 三、牺牲阳极阴极保护，(一)常见的牺牲阳极材料1 .镁合金阳极根据形状和电极电位，可用于电阻率为20欧米到100欧米的土壤和淡水环境。 高电位镁合金阳极电位为-1.75V(CSE )低电位镁合金阳极的电位为-1.55V(CSE ) . 2 .锌合金阳极锌合金阳极多用于土壤电阻率不足15欧姆.米的土壤环境和海水环境。 电极电位为-1.1V(CS