管道防腐与管理教材

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1、管管 道道 防防 腐腐 与与 管管 理理 Management and Protection of Pipeline from corrosion 主讲人：纪国文 西南石油大学油气储运研究所 2014年3月 目录 第1章 腐蚀的概念 第2章 管道腐蚀的防护 第3章 管道外涂层 第4章 阴极保护理论 第5章 管道外防腐系统的运行维护 第6章 地上管道腐蚀的防护 第7章 管道内腐蚀防护 第一章第一章 腐蚀的概念腐蚀的概念 1.1 腐蚀现象 1.2 腐蚀概念 1.3 腐蚀类型 1.4 腐蚀电池形成的几种情况 1.5 腐蚀的检测 管道腐蚀现象管道腐蚀现象 从生产到腐蚀：管道材料的循环从生产到腐蚀：管道

2、材料的循环 金属从矿石中提炼出来时，需要提供很大的能量， 使其处于一个高能级状态。这些矿石是典型的金属氧 化物，如用来炼钢的赤铁矿（Fe2O3）。热力学的一个 规律是：材料总是趋向于以最低能量状态存在。因此 ，多数的金属处于热力学不稳定状态，具有寻求低能 量状态的倾向，如形成氧化物或其他化合物。金属转 化成低能量氧化物的过程就是腐蚀。 腐蚀概念腐蚀概念 腐蚀概念：腐蚀是金属和周围环境起化 学或电化学反应而导致的一种破坏性侵 蚀。腐蚀是一种化学过程，而且大多都 是电化学过程，伴随着氧化-还原反应的 发生。 腐蚀类型腐蚀类型 均匀腐蚀（例如金属失泽）； 点蚀：某一部分（面积较小）腐蚀速率要比 另一

3、部分（面积较大）大； 晶间腐蚀：发生在晶界上的局部腐蚀； 破裂：在腐蚀环境中，金属在反复或交替拉 伸应力作用下发生开裂称为腐蚀疲劳破裂。在 恒定拉伸应力作用下立即或经过一定时间后产 生开裂，称为应力腐蚀破裂（SCC包括氢裂） 。 电化学腐蚀电化学腐蚀 在接近环境温度的情况下，绝大多数常见工程材料的腐蚀发生在含水 的环境里，其本质是电化学的。含水环境同样也指那些电解质或是埋地腐 蚀时的潮湿土壤。腐蚀过程包括金属失去电子（氧化），以及其他还原反 应中得到电子，比如氧或水的还原 没有阴极保护时：防腐层破损处Fe=Fe2+2e- 阴极部分反应为：O2+2H2O+4e-=4OH- 施加阴极保护后，阴极(

4、防腐层破损处)反应为： O2+2H2O+4e-=4OH-(电位在-0.85v-1.15v之间) H2O+2e-=H2+2OH- （电位比-1.15v更负） 阳极反应：2H2O-4e-+4Cl-=O2+4HCl 电化学腐蚀的前提是形成腐蚀电池，两个浸在电解质中的导体组合称 为原电池，其中的导体称为电极。参与反应的电池主要有以下三种类型： 异种电极电池；浓差电池（在实际中更重要的是充气差异电池，例如缝隙 腐蚀）；温差电池。实际的腐蚀过程可能是这三种腐蚀电池的混合形式。 腐蚀电池的形成的几种情况腐蚀电池的形成的几种情况 腐蚀电池的形成主要有以下几种情况： 微电池：微电池： 1、金属化学成分不均匀；

5、2、金属组织不均匀； 3、金属物理状态不均匀； 4、金属表面膜不完整； 5、土壤微结构的差异。 宏电池宏电池： 1、不同金属与同一电解质相接触（如管道本体金属与焊缝金属） ； 2、同种金属接触不同的电解质溶液（如氧气浓差电池，氧的电极 平衡可写成1/2H2O+1/4O2+eOH-，氧分压高的为阴极，氧分压低的 为阳极）； 3、不同金属接触不同的电解质。 管道腐蚀的检测管道腐蚀的检测 腐蚀的电化学特征，使得检测和减缓 埋地结构的腐蚀成为可能，我们可以检测 腐蚀过程伴随的电压和电流。 测量腐蚀电位值的另一个作用是评判 腐蚀是否会发生。通常用电位测量来检查 埋地管线上存在的各种腐蚀电池。与管道 做一

6、个电连接，就可以通过放置在管道上 方的参比电极测量管道的电位。 第二章第二章 管道腐蚀的防护管道腐蚀的防护 2.1管道腐蚀防护的意义 2.2外涂层系统 2.3阴极保护系统 管道腐蚀防护的意义管道腐蚀防护的意义 每年管道、储罐电缆和其它埋地或水下金属结 构的腐蚀埋地管线主要的防腐造成巨大的损失 。据中国腐蚀协会统计,我国04年腐蚀损失为 5000多亿，大于自然灾害和事故损失总和。 尽管腐蚀原理及防护技术研究及应用都取得了 很大的进步，但腐蚀失效仍然是继第三方破坏 之后影响管道完整性的第二大因素。 管道腐蚀防护管道腐蚀防护-涂层涂层+ +阴极保护阴极保护 采用外涂层和施加阴极保护是管道 外腐蚀防护

7、的主要手段，尽管管道的绝 大多数表面都被涂层有效地保护着，但 是在漏点处或是剥离区中将会产生较高 的腐蚀速率，很可能导致穿孔或开裂。 所以埋地管线的涂层系统少有不与阴极 保护共同使用的。 外涂层系统外涂层系统 涂层的用意是要在金属表面上形成一层绝缘材料的连 续覆盖层，将金属与其直接接触的电解质之间进行绝 缘（防止电解质直接接触到金属），即设置一个高电 阻使得电化学反应无法正常发生。 在现实中，所有的涂层，不论总体质量如何都存在 空洞（通常称为不连续点）被称做漏点，这些漏点一 般是在涂敷、运输或者安装过程中产生的；使用过程 中，涂层漏点一般是由于涂层老化、土壤应力或是管 道在土壤中移动而产生的，

8、有时也可能来自未被及时 发现的第三方破坏。在用涂层的老化有可能导致涂层 从管道表面剥离，进而将金属暴露在地下环境中。 阴极保护系统阴极保护系统 阴极保护就是通过使金属表面成为电化学 电池的阴极而减少腐蚀速率的技术。它是通过 使用外电源施加电流（称为强制电流）或牺牲 阳极，使金属的电位向负的方向移动来实现的 。 强制电流阴极保护是通过供电的方式将电 流强加在金属和埋在地下的阳极上，电源称为 整流器；在牺牲阳极系统中，利用牺牲阳极材 料，例如，锌或镁与管道钢材之间的电动序的 关系来提供所需的电流。 整流器 将交流电流转变成 脉动直流电流 通过涂层以及阴极保护系统，最终 形成一个完整的管道保护系统。

9、 第三章第三章 管道外涂层管道外涂层 3.1 外涂层是腐蚀控制的一种手段 3.2 管道外涂层的特性要求 3.3 防腐成品管的储存、转运、检测和安装要求 3.4 管道常用外涂层种类 3.5 三层PE防腐层 3.6 熔结环氧（FBE）简介 3.7 补口材料 3.8 外防腐层补伤 外涂层是腐蚀控制的一种手段外涂层是腐蚀控制的一种手段 管道腐蚀控制的第一步有赖于外涂层材料的运 用：如果管道金属能够隔绝其与周围环境土壤 的接触，那么就不会有腐蚀的发生，这个概念 从理论上讲完全合乎逻辑，如果涂层材料是一 种有效的电绝缘体，涂敷之初就能形成完美的 膜层并且在涂敷和回填过程中没有任何破损时 ，作为阻止腐蚀的手

10、段，单是使用涂层就完全 有效了。 涂层应具备的特性涂层应具备的特性 （1）有效的电绝缘体； （2）有效的水分屏障； （3）涂敷方法和过程对管子不产生不利影响； （4）采用产生最少缺陷的方法涂敷到管子上； （5）与管子表面有很好的附着力； （6）抵抗随时间推移产生的漏点的能力； （7）抵抗转运处理、保管储存、安装过程中的损伤的能力； （8）在长时间保持稳定的电阻率； （9）抗剥离； （10）抗化学降解； （11）容易修理； （12）保持物理特性； （13）对环境没有毒害性； （14）抵抗地面储存和长途运输过程中的变化和恶化的能力。 其他因素其他因素 在选择管道涂层时还应考虑下面的因素: 环境类型

11、 管道的进场路情况 管道的运行温度 涂敷、存放、装运、施工和安装时的周边温度 地理和自然位置 已建管道的涂层类型 装运和储存 安装方法 费用 管子表面予处理要求 管道常用涂层种类管道常用涂层种类 涂层优点不足 煤焦油瓷漆 80年+的使用寿命 ，针孔少与钢 材黏结力高，抗阴极剥离 对健康和空气质量的 影响 工厂预制缠 带系统 30年+的使用寿命，针孔少，与 钢材黏结力高 屏蔽土壤中的阴保电 流 熔结环氧 35+年的使用寿命，针孔少，与 钢材黏结力高，抗阴极剥离 抗冲击磨损能力较低 吸湿率高 多层环氧/ 挤出聚烯烃 系统 低的保护电流需要量，高的抗 阴极剥离能力，与钢材优异的 黏结性，高抗冲击和磨

12、损性能 原始投入高，可能对 阴保电流造成屏蔽 三层三层PEPE防腐层防腐层 采用聚乙烯对钢管进行防腐，是近年来 逐步推广开来的一种钢管防腐技术。聚乙烯 涂层的主要特点是： 防腐性能极佳，可耐受在自然环境下存在 的各种腐蚀； 具有较高的质价比； 绝缘性能极好，而且在干燥条件下与长期 浸水条件下电性能基本不变，可有效的防止 杂散电流引起的电化学腐蚀； 三层三层PEPE防腐层防腐层 耐微生物腐蚀及深根植物根刺能力强，不发 生植物根穿透现象； 强度高，可以直接用含有直径 25mm 的 非人工粉碎砾石的土回填而不会造成任何损伤 ； 抗阴极剥离能力强； 产品质量稳定，有利于全面质量控制； 使用寿命长，在

13、60 的条件下可以使用 50 年以上。 三层三层PEPE结构示意图结构示意图 补口材料补口材料 （1）概念 补口（weld coating）：现场防腐成品管焊接后 对焊口进行防腐保护，通常叫做补口。一般补 口用材料有：收缩套（带），冷缠带，环氧涂 层或是煤沥青；其作用主要是用来进行焊口的 防腐。 根据涂层系统相容配套的原则，补口材料选 择时应考虑与管道运行环境及主体涂层的适应 性和兼容性好，可靠性高，寿命长。 （2）补口带结构和原理： 结构：补口带一般为两层，底层为胶层，防止水分和 空气接触管道表面；外（背）层为聚乙烯，对焊口和胶 层进行机械保护。 热收缩套（带）工作原理：热收缩套（带）分为交

14、联 和预拉伸两种，通过加热收缩到其原尺寸。当对环绕焊 口的热收缩套（带）进行加热时，胶层熔解为液态，被 层收缩，径向收缩力将流体状的粘胶挤压到整个焊口表 面。粘胶固化后在管道和背层之间形成牢固连接。一般 现场操作程序为：焊口除锈焊口管体预热收缩套（ 带）定位加热辊压。 一般情况下，与多层结构聚烯烃涂层配套使用 的补口材料选用辐射交联热收缩带（套）（heat shrinkable sleeve），也可以采用环氧树脂底漆/辐 射交联热收缩带（套） 三层结构。与熔结环氧 涂层配套使用的补口材料一般选用液态环氧（涂 刷）。 外防腐层补伤外防腐层补伤 完成焊接的管道，一般需要下沟、回填使其成为埋地 管道

15、，为及时发现和修补在各施工环节中涂层存在的 缺陷，回填前必须对管道进行涂层检漏和补伤，最常 用的检漏仪器通常都是用电池并配有一些类型的管道 环型电极。电极安装应方便操作者能将环型电极在管 道表面推过或拉过，以使得电极能够扫过涂层表面的 所有部分。 常用的补伤材料为辐射交联聚乙烯补伤片。对于小于 30mm的缺陷，补伤时先将破损处污物清除，破损处周 围原PE涂层打毛，切成圆形，边缘打成钝角，将整个 须修补部位加热后，在破损处填满补伤用胶粘剂，最 后贴上补伤片。对于大于30mm的缺陷，使用上述方法 补伤后，建议外部再用热收缩带补伤。 第四章第四章 阴极保护阴极保护 4.1阴极保护的原理 4.2 阴极

16、保护的类型 4.3阴极保护准则 阴极保护的原理阴极保护的原理 阴极保护的原理 就是用外电流实现阴极极化，使局部电池的阴极区 域达到其阳极开路电位，表面变成等电位腐蚀电流不 再流动。在工程条件下，任何一条管线表面都会出现 阳极区和阴极区，在阳极区电流由管道钢表面流出， 进入周围环境电解质（土壤和水），管线在该区域将 会发生腐蚀。在阴极区，电流由电解质流到管道表面 上，该区域的腐蚀速率将减小。 基于以上观点，很明显，若使得管线表面暴露的每 一点都有电流流入，那么就可以减小腐蚀速率。准确 地说，这就是阴极保护所要完成的任务，强制直流电 流入管线的表面上，就可以使管线的电位向负方向偏 移，导致金属腐蚀速率减小 极化的概念极化的概念 极化(polarizing)： 由于净电流的流入或流出而在电极上引起的电位变 化称为极化。电位的变化方向总是反抗平衡的移动， 也就是说反抗电流的流动。阴