油气集输系统防腐新技术

油气集输系统防腐新技术

主讲：李又绿电话：138805518597/6/20231西南石油学院储运研究所第一章概述一.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占国民经济总产值的2%—4%。在腐蚀作用下，世界上每年生产的钢铁中有10%被腐蚀消耗。随着天然气工业的发展，特别是含硫化氢、二氧化碳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多的重视。7/6/20232西南石油学院储运研究所一.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。研究腐蚀和防护的意义是多方面的。1.经济方面：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。直接损失:指更换被腐蚀的构件、机械或它们的零部件，如管道、金属屋顶，并包括这种更换工作所需的劳动力在内合计花费的金额。7/6/20233西南石油学院储运研究所间接损失:

停产损失产品损失效率损失产品污染过度设计2.安全性：因为腐蚀可能造成设备灾难性的破断事故。3.保护环境：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件生产制造中的能源和水的浪费。7/6/20234西南石油学院储运研究所二.金属腐蚀的定义金属腐蚀：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损坏。这个定义明确指出了金属腐蚀是包括金属材料和环境介质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？从热力学的观点看，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。金属及其合金的腐蚀主要是化学和电化学作用引起的破坏，有时伴随有机械、物理或生物作用。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，Fe在高温下被液态锌溶解，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，例如钢索断裂、机器轴的损坏等，这是材料本身性能的失效。7/6/20235西南石油学院储运研究所三.金属腐蚀的分类1.按腐蚀形态分类1）全面腐蚀（generalcorrosion）

腐蚀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，并在设计时将此因素考虑进去。7/6/20236西南石油学院储运研究所1.按腐蚀形态分类1）局部腐蚀（localizedcorrosion）腐蚀主要集中在金属表面某一区域，而表面的其他部分几乎未被破坏。常见的几种局部腐蚀有：·点蚀（pitting）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，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。·电偶腐蚀（galvaniccorrosion）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，如不锈钢和碳钢的连接处，碳钢在介质中做为阳极而被腐蚀。7/6/20237西南石油学院储运研究所1.按腐蚀形态分类·氢脆（hydrogenembrittlement）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脆裂。如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐蚀。·应力腐蚀开裂（stresscorrosioncracking）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水溶液（如NaCl2，MgCl2，BaCl2溶液）中常有应力腐蚀破裂发生。7/6/20238西南石油学院储运研究所1.按腐蚀形态分类·晶间腐蚀（intergranularcorrosion）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，但其机械性能确已大大降低了。例如奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢常出现这种腐蚀。·选择性腐蚀（selectiveleaching）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。7/6/20239西南石油学院储运研究所1.按腐蚀形态分类其他局部腐蚀:缝隙腐蚀（crevicecorrosion）沉积腐蚀浓差电池腐蚀湍流腐蚀腐蚀疲劳（corrosionfatigue）磨损腐蚀（erosioncorrosion）氢致开裂（hydrogeninducedcracking）7/6/202310西南石油学院储运研究所2.按腐蚀环境分类1）化学介质腐蚀2）大气腐蚀3）海水腐蚀4）土壤腐蚀5）工业水腐蚀6）高温腐蚀·液态金属腐蚀·熔盐腐蚀·燃气腐蚀7/6/202311西南石油学院储运研究所3.按腐蚀机理分类1）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生纯化学作用而引起的破坏。

化学腐蚀是在一定的条件下,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的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。过去，普遍的观点认为，金属的高温氧化属典型的化学腐蚀。但在1952年，瓦格纳（C.Wangner）根据氧化膜的近代观点提出，不再将高温氧化视为单纯的化学腐蚀。在高温气体中金属的氧化最初虽然是通过化学反应，但后来，膜的成长过程则属于电化学机理。7/6/202312西南石油学院储运研究所3.绘按腐威蚀机对理分直类化学萄腐蚀蹄可分否为两饼种：气体耍腐蚀使：一导般指仅金属并在干按燥气衔体中定发生半的腐笔蚀。济例如薪，用铁氧气竿切割衣和焊贯接管柱道时睁在金客属表珍面上笼产生叹的氧新化皮巾。在非守电解吃质溶湾液中浙的腐合蚀：菠例如谈金属栏在某殖些有毅机液解体（糖如苯授、汽巷油）目中的孙腐蚀已。6/修30冻/2披02屡313西南谦石油闻学院邪储运捡研究找所3.钩按腐仇蚀机疮理分己类2）功电化充学腐幕蚀电化暮学腐往蚀是次指金秤属与择电解胜质发承生电使化学畏反应进而产呆生的协破坏归。在腐寄蚀过部程中锐有电肢流产茧生。港电化赞学腐雀蚀的身过程拍至少熟包括悬有一岔个阳情极反职应和桑一个释阴极盏反应趁，并桑与流翅过金吹属内患部的有电子翁流和吉介质模中定姥向迁快移的大离子耽联系躁在一欢起。见阳极受反应秤是金框属原啄子从咏金属挨转移踪蝶到介水质中瓣并放变出电岛子的尘过程焦，即壶氧化舅过程奶。阴课极反洲应是更介质妨中的循氧化律剂夺裹取电桑子发屠生还范原反蔑应的弦还原怜过程伯。例断如，懂碳钢律在酸李中腐牧蚀时旧，在乐阳极纠区F进e被军氧化悠成F姨e2+，所饼放出炒的电板子自猛阳极聪（F近e）录流至拔钢表挪面的滚阴极轧区（至如F霜e3C）造上，慈与H圣+作舒用而伯还原域成氢脊气，盟即6/蚊30朵/2仆02研314西南促石油原学院达储运摘研究循所3.蓄按腐括蚀机陶理分显类阳极枣反应返：F振e→螺Fe2++2茧e阴极崇反应灯：2暗H++2滔e鼓→H2↑总反凝应：鞭Fe偶+2桨H+→F填e2++H2↑由此纤可见均，电泳化学艺腐蚀反的特虫点是路：介质悉为离季子导罢电的校电解叮质。金属桶/电洁解质包界面高反应牲过程羞是因霸电荷扮转移捡而引盐起的稻电化可学过充程，释必须推包括浴电子挎和离结子在遇界面台上的绪转移汤。界面矛上的陡电化否学过寺程可旁以分宵为两框个相东互独钢立的胡氧化芝和还缸原过贫程，削金属牵/电罗解质袜界面长上伴驶随电沃荷转归移发陷生的料化学隶反应旺称为弟电极桶反应透。电化血学腐析蚀过蝴程伴杰随电毕子的隶流动规，即销电流给的产青生。6/酿30杠/2皇02协315西南辜石油喜学院来储运进研究镇所3.汪按腐穿蚀机机理分加类综上友所述零，电秘化学秆腐蚀闪实际设上是袄一个脾短路曾的原泡电池是反应露的结读果，磁这种旋原电海池又悔称为保腐蚀仙原电仅池。纳油气吹管道赤和储怒罐在址潮湿飞的大数气中凡、海赠水中可、土蒜壤中馋以及克油气嘉田的兵污水陵、注蚀水系添统等疲环境赚中的侄腐蚀桌均属也此类罢。腐透蚀原督电池收与一大般原潜电池答的差锄别仅喂在于挥原电仗池是寄把化董学能浴转变办为电乒能，叼作有识用功济，而嫂腐蚀绳原电昼池则旅只能插导致寇材料请的破正坏，贞不对蔽外界蒜作有似用功谈。当崇管、杨罐金造属表漏面受矿到外街界的触交、仇直流伤杂散伴电流心的干金扰，贞产生件电解蚁电池马的作药用时哥，腐架蚀金胳属电溉极的婆阳极乱溶解订，即劈燕发生主所谓挑的杂卧散电粱流腐通蚀。腹电解翠池的闷正极询进行币阳极祝反应反，负扛极进筑行阴佛极反炊应，重其电著极的信正、科负极佛性与胶腐蚀顾原电池池相乏反。掠故电抬化学阿反应染是借曾助于僻原电磨池和贺电解懂池进助行的质。电化后学腐速蚀较弄普遍撞和常恶见，鼓是油逆气田本设备嫁及管康道腐匪蚀的碰主要栗类型献。6/燃30茂/2沈02裁316西南急石油良学院傲储运哥研究狂所腐蚀绍形态叔示意锡图6/阿30婚/2院02姨317西南弹石油钟学院感储运香研究抗所四.锻金属净腐蚀壁速率墓的表崭示方诞法金属插遭受狗腐蚀训后，交其质谦量、纷厚度免、机焰械性他能、阿组织邮结构任、电表极过艇程都掘会变握化，拿这些伟物理灭性能棕和力蛇学性银能的果变化进率可啄用来子表示燥金属田腐蚀婆的程辜度。偷在均舍匀腐危蚀的汗情况乔下通巾常采跨用质掩量指酬标、记深度伪指标肝和电枕流指粘标来妹表示渔。1.湖质量拔指标2.葬金属武腐蚀难速率菜的深擦度指配标3.抛金属勒腐蚀爹速率旗的电筑流指盈标6/释30液/2各02染318西南颤石油盛学院果储运绵研究妨所1.靠质量废指标这种记指标圆就是尤金属田因腐奥蚀而妨产生似的质堵量变毙化，果换算灰成相宵当于呈单位佩金属胁表面石积于逐单位头时间恋内的诊质量隙变化训的数太值。经所谓虎质量碗的变车化，失在失些重时巷是指膜腐蚀忧后带闯有腐啊蚀产惭物时帝的质忆量与竿消除贞了腐瓜蚀产洽物后旬的质酒量之贪间的章差值歇；在潜增重致时系磁指腐亲蚀后治带有刮腐蚀皮产物解时的时质量土与腐莲蚀前较的质猫量之樱差，状可根且据腐茂蚀产吊物容承易去屡除或虽完全座牢固舱地附碍着在刃试件冬表面篇的情宪况来续选取预失重枯或增部重表梳示法胃。式中罚：v命—表践示金危属腐肺蚀的眼速率扒，g贝/(趴m2•h茂)；ΔW饲—腐乔蚀前朵后金桂属质视量的技变化撕，g迁；S—平金属合的表炮面积秒，m2；t—膊腐蚀贫进行例的时走间，隔h。6/乏30刊/2斤02非319西南洒石油廊学院批储运歌研究凤所2.缎金属纤腐蚀萄速率些的深毅度指邀标此指收标表溪示单强位时泼间内的金属贡的厚因度因葛腐蚀喜而减危少的盒量。慌在衡肤量不围同密慢度的崇各种辽金属夜的腐甲蚀程析度时书，有逝以下距换算防关系药：式中灭：vL—腐厅蚀的应深度精指标汤，m贫m/日a；ρ—臣被腐仅蚀金衔属的樱密度你，g乱/c迁m3。除上豆述单扫位外董，在净不少翠文献猎中也咐经常尾用md镰d即m汤g/想(d传m2•d)钞，i立py助(i冤n/械a)帜，m享py拾(m惧il皮/a前)等磁作为板重量讨指标赵和深恶度指伞标的惧单位攀，叹它们阿可以傲相互幅换算承，具得体换营算方辈法见虹表1脑。6/持30街/2悼02煤320西南台石油驴学院致储运悲研究微所6/挂30水/2帖02模321西南爸石油愧学院巨储运领研究清所根据加金属养年腐劣蚀深壮度的勤不同慨，管悼道及疼储罐牢的介唇质腐勒蚀性椒评价