天然气地面工程的腐蚀与防护课件

1、2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护1天然气地面工程的腐蚀与防护天然气地面工程的腐蚀与防护2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护2第一节第一节 概述概述 一一.腐蚀与防护的重要意义腐蚀与防护的重要意义 金属腐蚀给国民经济造成了巨大的经济损失，甚金属腐蚀给国民经济造成了巨大的经济损失，甚至带来灾难性的事故，浪费宝贵的资源与能源，而且至带来灾难性的事故，浪费宝贵的资源与能源，而且污染环境。在国民经济各部门中，每年都有大量的金污染环境。在国民经济各部门中，每年都有大量的金属构件和设备因腐蚀而报废。据发达国家调查，每年属构件和设备因腐蚀而报废。据发达国家调查，每年由于腐蚀造成的损失约

2、占国民经济总产值的由于腐蚀造成的损失约占国民经济总产值的2%4%2%4%。在腐蚀作用下，世界上每年生产的钢铁中有在腐蚀作用下，世界上每年生产的钢铁中有10%10%被腐蚀被腐蚀消耗。随着天然气工业的发展，特别是含消耗。随着天然气工业的发展，特别是含硫化氢、二硫化氢、二氧化碳氧化碳等腐蚀介质油气田的相继开发，天然气集输系等腐蚀介质油气田的相继开发，天然气集输系统和长输系统的设备与管道的腐蚀与防护受到越来越统和长输系统的设备与管道的腐蚀与防护受到越来越多的重视。多的重视。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护3一一.腐蚀与防护的重要意义腐蚀与防护的重要意义 鉴于腐蚀问题的严重性，国内外对防腐

3、蚀工作都鉴于腐蚀问题的严重性，国内外对防腐蚀工作都很重视，采取各种措施来减轻腐蚀的危害。为了保证很重视，采取各种措施来减轻腐蚀的危害。为了保证油气管道的长期安全运行，各国政府和企业都制定有油气管道的长期安全运行，各国政府和企业都制定有防腐法规，作为设计、施工、管理必需遵循的准则。防腐法规，作为设计、施工、管理必需遵循的准则。 研究腐蚀和防护的意义是多方面的。研究腐蚀和防护的意义是多方面的。 经济方面：经济方面：这包括降低因管道、储罐、设备和结这包括降低因管道、储罐、设备和结构的腐蚀所造成的金属损失。构的腐蚀所造成的金属损失。 安全性：安全性：因为腐蚀可能造成设备灾难性的破断事因为腐蚀可能造成设

4、备灾难性的破断事故。故。 保护环境：保护环境：主要是指金属资源，因为它们在全球主要是指金属资源，因为它们在全球的储量有限，并且，它们的浪费还伴随着这些金属构的储量有限，并且，它们的浪费还伴随着这些金属构件生产制造中的能源和水的浪费。件生产制造中的能源和水的浪费。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护4二二.金属腐蚀的定义金属腐蚀的定义 金属腐蚀金属腐蚀：是指金属与周围环境发生化学：是指金属与周围环境发生化学反应、电化学反应或物理溶解作用而导致金属反应、电化学反应或物理溶解作用而导致金属损坏。损坏。 这个定义明确指出了金属腐蚀是包括这个定义明确指出了金属腐蚀是包括金属材料金属材料和和环境

5、介质环境介质两两者在内的一个具有反应作用的体系。金属为什么很容易受腐蚀？者在内的一个具有反应作用的体系。金属为什么很容易受腐蚀？从从热力学热力学的观点看，的观点看，是因为金属处于不稳定状态，它有与周围介是因为金属处于不稳定状态，它有与周围介质发生作用转变成金属离子的倾向质发生作用转变成金属离子的倾向。 金属及其合金的腐蚀主要是金属及其合金的腐蚀主要是化学化学和和电化学电化学作用引起的破坏，作用引起的破坏，有时伴随有有时伴随有机械机械、物理物理或或生物生物作用。单纯的物理作用的破坏，如作用。单纯的物理作用的破坏，如合金在液态金属中的物理溶解（存放熔融锌的钢容器，合金在液态金属中的物理溶解（存放熔

6、融锌的钢容器，FeFe在高温在高温下被液态锌溶解，使容器壁变薄），这种情况比较少。下被液态锌溶解，使容器壁变薄），这种情况比较少。 不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴，例如钢索断不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴，例如钢索断裂、机器轴的损坏等裂、机器轴的损坏等 ，这是材料本身性能的失效。，这是材料本身性能的失效。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护5三三. .金属腐蚀的分类金属腐蚀的分类 1. 1.按按腐蚀形态分类腐蚀形态分类 1 1）全面腐蚀（全面腐蚀（general corrosiongeneral corrosion） 腐蚀分布在整个金属表面上，可以是均匀的，也腐蚀

7、分布在整个金属表面上，可以是均匀的，也可以是不均匀的。如碳钢在强酸中发生的腐蚀即属此可以是不均匀的。如碳钢在强酸中发生的腐蚀即属此例。均匀腐蚀的危害性相对较小，因为若知道了腐蚀例。均匀腐蚀的危害性相对较小，因为若知道了腐蚀的速度，即可推知材料的使用寿命，并在设计时将此的速度，即可推知材料的使用寿命，并在设计时将此因素考虑进去。因素考虑进去。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护61.1.按腐蚀形态分类按腐蚀形态分类 1 1）局部腐蚀（局部腐蚀（localized corrosionlocalized corrosion） 腐蚀主要集中在金属表面某一区域，而表面的其他腐蚀主要集中在金属表

8、面某一区域，而表面的其他部分几乎未被破坏。常见的几种局部腐蚀有：部分几乎未被破坏。常见的几种局部腐蚀有： 点蚀（点蚀（pittingpitting） 又称小孔腐蚀。这种破坏常集中在某些活性点上，又称小孔腐蚀。这种破坏常集中在某些活性点上，并向金属内部深处发展，通常其腐蚀深度大于其孔径，并向金属内部深处发展，通常其腐蚀深度大于其孔径，严重时可使金属穿孔。如不锈钢在含有氯离子的溶液严重时可使金属穿孔。如不锈钢在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。中常呈现这种破坏形式。 电偶腐蚀（电偶腐蚀（galvanic corrosiongalvanic corrosion） 凡具有不同电极电位的金属相互接触

9、，并在一定的凡具有不同电极电位的金属相互接触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属此类，如不锈钢和碳介质中所发生的电化学腐蚀即属此类，如不锈钢和碳钢的连接处，碳钢在介质中做为阳极而被腐蚀。钢的连接处，碳钢在介质中做为阳极而被腐蚀。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护71.1.按腐蚀形态分类按腐蚀形态分类 氢脆（氢脆（hydrogen embrittlementhydrogen embrittlement） 在某些介质中，因腐蚀或其他原因所产生的氢原子在某些介质中，因腐蚀或其他原因所产生的氢原子可渗入金属内部，使金属变脆，并在应力作用下发生可渗入金属内部，使金属变脆，并在应力作用下发

10、生脆裂。如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐脆裂。如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐蚀。蚀。 应力腐蚀开裂（应力腐蚀开裂（stress corrosion crackingstress corrosion cracking） 它在局部腐蚀中居首位。根据腐蚀介质的性质和应它在局部腐蚀中居首位。根据腐蚀介质的性质和应力状态的不同，裂纹特征会有所不同，显微裂纹呈穿力状态的不同，裂纹特征会有所不同，显微裂纹呈穿晶、晶界或两者混合形式，裂纹呈树枝状，其走向与晶、晶界或两者混合形式，裂纹呈树枝状，其走向与所受拉应力的方向垂直。如奥氏体不锈钢在热氯化物所受拉应力的方向垂直。如奥氏体不锈钢在热氯化物

11、水溶液（如水溶液（如NaClNaCl2 2，MgClMgCl2 2，BaClBaCl2 2溶液）中常有应力腐溶液）中常有应力腐蚀破裂发生。蚀破裂发生。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护81.1.按腐蚀形态分类按腐蚀形态分类 晶间腐蚀（晶间腐蚀（intergranular corrosionintergranular corrosion） 这种腐蚀首先在晶粒边界上发生，并沿晶界向纵这种腐蚀首先在晶粒边界上发生，并沿晶界向纵深处发展。这时，金属外观虽看不出什么变化，但其深处发展。这时，金属外观虽看不出什么变化，但其机械性能确已大大降低了。例如奥氏体不锈钢、铁素机械性能确已大大降低了。例

12、如奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢常出现这种腐蚀。体不锈钢常出现这种腐蚀。 选择性腐蚀（选择性腐蚀（selective leachingselective leaching） 合金中的某一组分由于腐蚀优先溶解到溶液中去，合金中的某一组分由于腐蚀优先溶解到溶液中去，而另一种金属富集下来。如黄铜脱锌就是此类腐蚀。而另一种金属富集下来。如黄铜脱锌就是此类腐蚀。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护91.1.按腐蚀形态分类按腐蚀形态分类 其他局部腐蚀其他局部腐蚀: :缝隙腐蚀（缝隙腐蚀（crevice corrosioncrevice corrosion）沉积腐蚀沉积腐蚀浓差电池腐蚀浓差电池腐蚀湍流

13、腐蚀湍流腐蚀腐蚀疲劳（腐蚀疲劳（corrosion fatiguecorrosion fatigue）磨损腐蚀（磨损腐蚀（erosion corrosionerosion corrosion）氢致开裂（氢致开裂（hydrogen induced crackinghydrogen induced cracking）2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护102.2.按腐蚀环境分类按腐蚀环境分类（1 1）化学介质腐蚀）化学介质腐蚀（2 2）大气腐蚀）大气腐蚀（3 3）海水腐蚀）海水腐蚀（4 4）土壤腐蚀）土壤腐蚀（5 5）工业水腐蚀）工业水腐蚀（6 6）高温腐蚀）高温腐蚀 液态金属腐蚀液态金

14、属腐蚀 熔盐腐蚀熔盐腐蚀 燃气腐蚀燃气腐蚀2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护112.2.按腐蚀环境分类按腐蚀环境分类1 1）化学腐蚀）化学腐蚀 金属的化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发金属的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。它可分为两种：生纯化学作用而引起的破坏。它可分为两种：气体腐蚀气体腐蚀在非电解质溶液中的腐蚀在非电解质溶液中的腐蚀2 2）电化学腐蚀）电化学腐蚀 电化学腐蚀是指金属与电解质发生电化学反映而电化学腐蚀是指金属与电解质发生电化学反映而产生的破坏。产生的破坏。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护12腐蚀形态示意图腐蚀形态示意图2

15、021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护13天然气地面工程的腐蚀与防护天然气地面工程的腐蚀与防护2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护14第二节第二节 金属腐蚀的基本原理金属腐蚀的基本原理 一一.化学腐蚀化学腐蚀 1.1.化学腐蚀的机理化学腐蚀的机理nXmMenXmMe式中：式中：Me 金属原子；金属原子； X 介质原子。介质原子。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护15一一.化学腐蚀化学腐蚀 2. 2.常见的化学腐蚀常见的化学腐蚀 1 1）金属的高温气体腐蚀）金属的高温气体腐蚀 高温硫化高温硫化 氢蚀氢蚀 2 2）金属在非电解质溶液中的腐蚀）金属在非电解质溶液中的腐蚀

16、腐蚀比较轻微。腐蚀比较轻微。2222HSSHHFeSSHFe2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护16二二.电化学腐蚀电化学腐蚀 金属与电解质溶液间发生金属与电解质溶液间发生腐蚀原电池腐蚀原电池作用作用而引起的腐蚀叫电化学腐蚀。腐蚀原电池又分而引起的腐蚀叫电化学腐蚀。腐蚀原电池又分为为微电池微电池和和宏电池宏电池两种。两种。 腐蚀原电池腐蚀原电池的形成条件：的形成条件： 有电解质溶液与金属相接触；有电解质溶液与金属相接触； 金属的不同部位或两种金属间存在电极电位差；金属的不同部位或两种金属间存在电极电位差； 两极之间相互连通。两极之间相互连通。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与

17、防护17二二.电化学腐蚀电化学腐蚀 腐蚀原电池的作用过程：腐蚀原电池的作用过程： 阳极过程阳极过程：金属溶解，以：金属溶解，以离子形式进入溶液，并把离子形式进入溶液，并把当量电子留在金属上。当量电子留在金属上。 电子转移电子转移：在电路中电子：在电路中电子由阳极流向阴极。由阳极流向阴极。 阴极过程阴极过程：由阳极流过来：由阳极流过来的电子被溶液中能吸收电的电子被溶液中能吸收电子的氧化剂子的氧化剂D D所接受，其所接受，其本身被还原。本身被还原。eMeMeeDDe电化学腐蚀过程示意图电化学腐蚀过程示意图2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护18三三.硫化氢的腐蚀硫化氢的腐蚀 H H2 2

18、S S不仅对钢具有很强的腐蚀性，而且其不仅对钢具有很强的腐蚀性，而且其本身还是一种很强的渗氢介质。本身还是一种很强的渗氢介质。 1.1.硫化氢电化学腐蚀过程硫化氢电化学腐蚀过程 腐蚀产物腐蚀产物FexSy主要有主要有Fe9S8、Fe3S4、FeS2、FeS。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护192.2.硫化氢导致氢损伤过程硫化氢导致氢损伤过程 1）硫化物应力开裂（硫化物应力开裂（SSCSSC） 2 2）氢致开裂（）氢致开裂（HICHIC） 氢脆（氢脆（HEHE） 氢鼓泡（氢鼓泡（HBHB） 氢致台阶式开裂（氢致台阶式开裂（HIBCHIBC）2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与

19、防护203.3.影响硫化氢腐蚀的因素影响硫化氢腐蚀的因素 1)H1)H2 2S S浓度浓度2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护213.3.影响硫化氢腐蚀的因素影响硫化氢腐蚀的因素 2)pH2)pH值值 当当pHpH6 6时，钢的腐蚀率高时，钢的腐蚀率高。 3 3）COCO2 2 COCO2 2溶于水形成碳酸，使及至的溶于水形成碳酸，使及至的pHpH值下降，增加介值下降，增加介质的腐蚀性。质的腐蚀性。 4 4）温度、流速、暴露时间和氯离子等）温度、流速、暴露时间和氯离子等2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护224.4.影响影响SSCSSC的因素的因素 1)1)环境因素环境因素

20、H H2 2S S浓度浓度pHpH值值 COCO2 2温度温度 2 2）材料因素）材料因素 硬度（强度）硬度（强度） 显微组织显微组织 化学成分化学成分 冷变形冷变形2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护235.5.影响影响HICHIC的因素的因素 1)1)环境因素环境因素H H2 2S S浓度浓度pHpH值值 COCO2 2氯离子氯离子温度温度 2 2）材料因素）材料因素 显微组织显微组织 化学成分化学成分 非金属夹杂物非金属夹杂物2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护24四四. .二氧化碳的腐蚀二氧化碳的腐蚀 1. 1.二氧化碳的腐蚀机理二氧化碳的腐蚀机理 阳极反应：阳极反

21、应： 阴极反应：阴极反应： 腐蚀产物：腐蚀产物：eFeFe2222322222HeHCOHCOOH2332HFeCOCOHFe2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护25四四. .二氧化碳的腐蚀二氧化碳的腐蚀 2. 2. 二氧化碳腐蚀的影响因素二氧化碳腐蚀的影响因素COCO2 2分压分压 腐蚀产物膜腐蚀产物膜 温度温度 流速流速 氯离子氯离子2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护26五五. .土壤的腐蚀土壤的腐蚀 1. 1.土壤腐蚀的特点土壤腐蚀的特点 1 1）由于土壤性质及其结构的不均匀性，不仅在小块土）由于土壤性质及其结构的不均匀性，不仅在小块土壤内可形成腐蚀原电池，而且因不

22、同土壤交接在埋地壤内可形成腐蚀原电池，而且因不同土壤交接在埋地管道上形成的长线电流，其宏观腐蚀原电池可能达数管道上形成的长线电流，其宏观腐蚀原电池可能达数十公里。十公里。 2 2）除酸性土壤外，大多数土壤中裸钢腐蚀的主要形式）除酸性土壤外，大多数土壤中裸钢腐蚀的主要形式是氧浓差电池。是氧浓差电池。 3 3）腐蚀速率比一般水溶液中慢，特别是土壤电阻率的）腐蚀速率比一般水溶液中慢，特别是土壤电阻率的影响大，有时成为腐蚀速度的主要控制因素。影响大，有时成为腐蚀速度的主要控制因素。2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护27五五. .土壤的腐蚀土壤的腐蚀 2. 2.影响土壤腐蚀的因素影响土壤腐蚀

23、的因素 1 1）土壤性质的影响）土壤性质的影响孔隙度（透气性）孔隙度（透气性）含水量含水量电阻率电阻率酸度酸度含盐量含盐量 2 2）杂散电流的影响）杂散电流的影响 3 3）微生物的影响）微生物的影响2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护28第三节第三节 腐蚀控制方法腐蚀控制方法 一一. .基本方法基本方法 1.1.正确选用金属材料正确选用金属材料 2.2.合理设计金属结构合理设计金属结构结构件形状应尽可能简单和合理结构件形状应尽可能简单和合理防止残余水分积存的腐蚀防止残余水分积存的腐蚀防止电偶腐蚀防止电偶腐蚀防止缝隙腐蚀防止缝隙腐蚀防止流体流动形式造成的腐蚀防止流体流动形式造成的腐蚀2

24、021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护29一一. .基本方法基本方法 3.3.加缓蚀剂加缓蚀剂2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护30一一. .基本方法基本方法 4.4.采用电化学保护采用电化学保护阴极保护阴极保护 牺牲阳极法牺牲阳极法 强制电流法强制电流法阳极保护阳极保护 5.5.表面覆盖层保护表面覆盖层保护金属镀层金属镀层 阳极性镀层阳极性镀层 阴极性镀层阴极性镀层非金属镀层非金属镀层 有机涂层有机涂层 无机涂层无机涂层2021-12-22天然气地面工程的腐蚀与防护31二二. .地下管道腐蚀的防护地下管道腐蚀的防护 1.1.防止地下管道外壁腐蚀的措施防止地下管道外壁腐蚀的措施 1 1）管道外壁防腐绝缘层）管道外壁防腐绝缘层 石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青、聚乙烯石油沥青、煤焦油瓷漆、环氧煤沥青、聚乙烯胶粘带、聚乙烯、聚丙烯、环洋粉末等。胶粘带、聚乙烯、聚丙烯、环洋粉末等。 2 2）管道的阴极保护）管道的阴极保护 2.2.防止地下金属管道内壁腐蚀的控制措施防止地下金属管道内壁腐蚀的控制措施 1 1）控制管输天然气