管道防腐技术

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1、以 刃年 月 石油商技 第卷第期 管道防腐技术 王朝晖朱欢勤于佰俭 空军后勤学院 , 徐州 阐述了金属腐蚀的本质 、分类及危害, 介绍了 目前通用的类金属管道防腐技术 镀层与涂层 阴极保护缓蚀剂电偶效应 的抑制 。 关键词金属腐蚀管道防腐 前言 腐蚀是金属设备的常见病 、 多发病 、慢性病, 它 无声无息地 “ 蚕食 ”着金 属 , 威胁生产安全 , 酿成灾 祸事故 , 是国民经 济的大敌 。 据资料介绍 , 每 钢铁设备约有 因腐蚀而报废 , 其中变成完全 无用 的铁锈 。 工业发达国家年腐蚀统计表明 , 国民 经济总值约被腐蚀化 为乌有 。 美国统计表明 , 腐蚀遥居各类灾害之首 。 所以

2、 , 腐蚀不仅是一个经 济问题 , 而且是一个严重的社会问题 。 据大庆油田 年不完 全 统计 , 全 油田管道腐蚀穿孔卯 次 , 其 中开采最早 的采油一厂管道腐蚀长 , 占总长 的 。 这 不仅造成管道的损 坏 , 能源 的浪费 , 环境的污染 , 而且 直接威胁人们的健康和 生命 。 因此 , 必须充分认识管道防腐严格讲应是 腐蚀控制 对油库安全的必要性及其重 要 意 义 , 加 强对管道防腐技术的研究 , 努力做好管道的防腐工 作 。 金属腐蚀的本质及分类 腐蚀 的本质从 广义上讲是物质由于周 围环境 因素的作用引起物 质含金 属 和非金属的破坏 。 若只就金属而言 , 则是表达金属

3、由元素状态转化为 化合物状态 的化学变化和 电化学消耗 , 即金属腐蚀 的本质是 由元素状态还原 到自然状态矿 石的普 遍 的自然现象 。 金 属存在 着放出能量变为能量更 低 、更 稳定 的矿石状态 的趋向 。 这种放 出能量就是 产生腐蚀的推动力 , 放出能量 的过程就是腐蚀的过 程 。 金属管道 的腐蚀就是这种普遍 自然现象的体 现 。 按照腐蚀机理 , 可将金属腐蚀分为化学腐蚀和 电化学腐蚀大类 。 化学腐蚀 化学腐蚀是指金属与非电解质直接发生化学 作用而引起的破坏 。 腐蚀过程是一种纯氧化还原 过程 , 即腐蚀介质氧化剂直 接 同金 属表面原 子 还原剂相互作用 形成腐蚀产物 , 金

4、属被氧化 , 腐 蚀介质被还原 。 例如铁在铸造 、 轧制 、热处理等过 程中发生的高温氧化就是金属在高温气体中的化 学腐蚀 。 化学腐蚀又可分为气体腐蚀和在非电解 质溶液中的腐蚀 。 其特点是在反应进行过程中没 有电流产生 。 电化学腐蚀 金属在电解质溶液中由于 电化学作用所发生 的腐蚀称为电化学腐蚀 。 它是金属腐蚀 中最普遍 的一种形式 , 它的特 征是 在腐蚀过程中有电流流 动 。 金属在海水 、工业 用水 、各种酸、碱溶液 中发生 的腐蚀都属 于 电化学腐蚀 。 电化学腐蚀过程由阴 极过程 、 电子转移和 阳极过程个环节组成 。 金属管道 的腐蚀类型是以电化学腐蚀为主的 大气腐蚀 、

5、土 壤腐蚀 、水及其溶液腐蚀、杂散 电流腐 蚀等 。 另外 , 还有细菌腐蚀 。 管道防腐技术 我 国油田早在年代初就开始了输油管道防 收稿日期 一一 作者简介王朝晖 , 大学本科 , 学士 , 讲师 。 现主要从事 教学 、科研工作。 创艾刃年 月 王绷鲜等管途防质该术 第卷第期 腐的研究 。 国际上 , 关于金属管道防腐的研究一直 很活跃 , 提出了为数不 少 的行之有效的防止措施 。 但是 , 由于管道的敷设条件千差 万别 , 影 响腐蚀的 因素又是各种各样 , 所以 , 金属管道的防腐问题一 直未得到彻 底 地解决 。 这 里仅对目前通用 的类 金属管道防腐技术作一介绍 。 镀层与涂层

6、 镀层 钢铁镀层是利用 电镀 、 喷镀 、 热镀 、 渗镀等技 术 , 将耐腐蚀 的金属镀敷到钢铁表面形成的 。 镀层 有阳极性和阴极性种 。 如钢铁表面镀锌 、锡 等金 属 , 镀层 电位比基体铁电位更负 , 属 阳极性镀层 。 这种镀层可起到牺牲阳极的作用 , 这对于不光滑 的 钢管表面很适用 , 即使有微孔 、缺 陷等 , 仍能较好地 保护钢管 , 抑制腐蚀另一种是镀层金 属 的 电位高 于钢铁电位 , 属 于 阴极性镀层 , 如铅 、锡、铜、镍等。 阴极性镀层一般只有足够完整 时 , 才能较好地保护 钢铁 , 否则将加速钢铁的腐蚀 。 防腐绝缘保护层 大型埋地钢管 , 如输油 、输气

7、管道 , 钢管外壁腐 蚀严重 , 工程上常采用 防腐绝缘层 。 将防腐蚀涂料 均匀致密地涂敷在经除锈的钢管外壁 , 使其与腐蚀 环境隔绝 , 切断腐蚀电池的 电路 , 保护管道免遭腐 蚀 。 如输油管道 , 是在除锈的钢管外壁涂以环氧沥 青涂料 , 再包裹玻璃丝布 , 反复交替施工数层 , 形成 厚度超过的防腐蚀绝缘层 。 其特 点是 与钢铁 有良好的粘结性 、 电绝缘性能好 、 有较高的机械强 度和柔韧性 、防水、 耐热 、化学稳定性高等。 管道内涂层 在石油 、化工 及 其他工业部 门 , 钢铁 管道内壁 腐蚀也是不容忽视 的 。 内壁涂层 是有效的防腐措 施之一 。 常用 的涂料有环氧树

8、脂防腐漆 、 酚醛树 脂改性 的环氧树月旨漆 、 聚氨基 甲酸醋 防腐漆 、 环氧 聚氨醋漆等 。 这些防腐漆还常添加一些特殊填料 , 如玻璃鳞片 、 磁性氧化铁粉 末 、 锌粉 、 活性 石棉粉 等 , 以提高防腐蚀 效果 。 其特点是施 工工艺成熟 、 简便 、 成本低 。 管道内壁防腐蚀措施还有 橡胶衬 里 、塑料衬 里如聚乙烯 、聚氯乙 烯 、 聚苯乙烯 、聚 四 氟乙烯 、尼龙 等 、玻璃钢衬里、 搪瓷衬里等 。 这些 生措施难度较大 , 有一定 的局 限性 。 阴极保护 管道防腐涂层 是以增加金属腐蚀电池 回路电 阻 , 减少腐蚀 电流来抑制腐蚀的 。 然而在实践 中 , 由于各种

9、因素的影响 , 涂层难以做到完整无损 , 特 别是长距离埋地输油管 , 常在涂层漏敷处或损伤处 发生腐蚀 。 所以 , 在有些情况下 , 单纯采用防腐涂 层 , 还达不到防止腐蚀发生 的 目的 。 根据金属 电化 学腐蚀原理 , 腐蚀电池的阴极不 发生腐蚀 , 只有阳 极才发生腐蚀 。 采用一定方法使被保护金 属 变成 阴极 , 防止金属腐蚀 的产生 , 这种防腐的方法叫阴 极保护 , 在油库中通常用于埋地输油管的防护 。 阴 极保护分为外加电流阴极保护及牺牲阳极保护 。 外加电流 阴极保护 利用外部直流 电源取得阴极极化电流 防止金 属遭受腐蚀的方法 , 叫做外加 电流 阴极保护 。 其特

10、点是必须有直流 电源及阳极地床辅助 阳极接地装 置 。 主要 优 点 如下驱动电压高 , 能灵 活控 制阳 极 , 保护 电流输量适用 于恶 劣的腐蚀 条件或高电 阻率土壤环境 使用不溶性阳极材料可作长期的阴 极保护 防腐涂 层 质量良好时 , 一个 阴极 保护 站的 保护范围可达数十公里 对裸露或防腐层质量较差 的管道也能达到完全的阴极保护 。 主要缺点如下 一次性投资费用高 维护技术较牺牲阳极复杂 , 运 行维护费用较高需要外部电源 对邻近 的地下金 属构筑物有干扰影响 。 牺牲阳极保护 采用比保护金属 电位更负的金 属材料与被保 护金属相连 , 防止金 属腐蚀的方法 , 叫做牺牲阳极 保

11、护 。 其特点是不需外加直流 电源 , 但阳极材料必 须采用 电位较负的有色金属 。 主要优点如下保护 电流利用率较高适 用于无 电源地区和规模小 、 分 散的对象对邻近 的地 下金属设施无干扰影 响施 工技术 简单 , 安装及维修费用低接地 、保 护兼顾 。 主要缺点如下 驱动 电位低 , 保护 电源调整困难使 用范围受土壤电阻率的限制对大口径裸露管道或 防腐层质量不良的管道 , 因费用很高 , 一般不 宜采 用 在杂散电源干扰强烈的地区 , 将丧失保护作用 保护期限受牺牲阳极寿命的限制 。 阴极保护方式的选择 外加电流阴极保护和牺牲阳极保护都是防止 埋地输油管道腐蚀 的有效方法 , 在具体

12、工 程中选 用哪种方式为好 , 应 根据被保护输油管道所处环 境和经济技术指标等因素选定 。 其选择原则如下 管径较大 , 并有连续 防腐涂层 , 采用外加电流能 取得良好保护时当杂散电流产生 的管地 电位变 化超过牺牲阳极的保护能力 , 而采用外加电流方 式可以消除时宜采用外 加电流阴极保护方式 。 在管道系统 中 , 大部分管 段绝缘 防腐状况良好 , 腐蚀轻微 , 仅有局部管段腐蚀 点多 , 且分散保护 时短而孤立的管道外 加电源 阳极 地床对邻近 金属构筑物产 生严重 干扰 时 , 宜采用牺牲阳极保 护方式 。 缓蚀剂 向腐蚀介 质 中添加 少量 就能使金 属腐蚀 速度 显著降低甚 至

13、完全抑制腐蚀的物质称为缓蚀 剂或 腐蚀抑制剂 。 缓蚀 剂应 用简便 , 见效快 , 经济效果 好 , 已广泛应用于石油 、化工、机械、钢铁、动力及运 输等工业部 门 。 缓蚀剂分类 缓蚀剂 种 类 繁多 , 但归纳起来可分为以下 几 类 按缓蚀剂 的化学成分 , 可分为无机缓蚀剂 和有机缓蚀剂 。 在石油及化学工业中 , 有机缓蚀剂 应用最广泛 按物质性质 , 可将缓蚀剂分为油溶性 缓蚀 剂 、水溶性缓 蚀剂和气相缓蚀剂 按缓蚀剂 的官能团 , 可分为阳离子型 、阴离 子型和混合型缓蚀剂 。 这 是 实 际应 用中比较 常见 的一种分类方法 按形成保护 膜 的种类 , 可将缓 蚀 剂 分 为

14、钝 化膜型 、沉 淀膜型和吸附膜型 。 钝化膜型缓蚀剂常 见 的有铬酸盐 、亚 硝酸盐 、钥酸盐 等 , 它们所形成的 保护膜致密 、较 薄 , 与金属结合紧密 。 缓蚀剂 的作用机理 缓蚀剂的作用机理有以下几种理论 电化学理论 。 按 照 电化学 理论 , 缓 蚀 剂 可 分为抑制阳极型 和抑制阴极型 。 抑制阳极 型缓蚀 剂 , 亦称钝化剂 , 是在 钢铁表面形成一 层致密 的氧 化膜 , 抑制阳极 反应 , 从而抑制了铁的溶解 。 抑制 阴极型缓蚀剂 , 亦称 阴极去 极化型缓蚀剂 , 它使阴 极极化曲线的斜率变小 , 即溶液中的金属离子更容 易被还原 , 从而抑制了金属的溶解 , 亦即

15、抑制了腐 蚀 吸附理论 。 吸附理论认为 , 缓蚀 剂通 过物 理吸附和化学吸附作用 , 吸附在钢铁表面上 , 减小 了腐蚀介质与钢铁表面接触 的可能性 , 从而达到缓 蚀的目的 成膜理论 。 成 膜理论认为 , 缓蚀 剂与酸性 介质中的某些离子生成难溶的物质 , 沉积在钢铁表 面 , 阻止管道腐蚀 。 钢质管道常用的缓蚀剂 钢质管道常用 的缓蚀剂 主要有脂肪 胺 衍生 物 , 如二胺系列 、 酞胺系列等 咪哇琳及其衍生物 , 如咪哇琳 的油酸盐等季按盐类 , 如 十六烷基三 甲 基澳化馁等 , 除具有缓蚀作用外 , 还有杀菌作用 松 香衍生物 , 如聚氧乙烯松香酸胺等毗咤盐类 , 属阳 离子

16、型缓蚀剂 , 它具有用量少 、效果好、成本低 等优 点 , 应用广泛 。 电偶效应的抑制 当种不同的金属浸在电解质溶液中时 , 由于 二者的自然电位不 同 , 产生 电位差 。 如果二者相接 触 , 则较低电位的金属中的电子就要向高电位金属 流动 。 与此 同时 , 在 电位较低的阳极金属表面发生 氧化反应 , 在 电位较高的阴极金属表面发生还原反 应 。 在这一过程 中 , 电位较低 的阳极金属腐蚀就要 加速 , 这一现象称 为电偶效应 , 由电偶效应引起 的 腐蚀称为 电偶腐蚀或异种金属接触腐蚀 。 根据 电偶效应形成机理 , 可采取以下控制电偶腐蚀的措 施 管道系统尽量选用单一材料 , 避 免用 复合 材料进行组合 。 如必须选用复合材料时 , 应选用 电 极 电位接近 的材料 管道系统所用 的焊接 、铆钉、螺栓 和螺母等 材料的电极电位要比被保护金属 的高 注意阳极 面积不能太 小 , 不能将面积小 的 阳极与面积大的阴极材料相接触 接触 的金属之间要 电气绝缘 , 或 者选 择绝 缘性粘合剂进行粘合 可在 阴极表面进行涂敷 , 但不能