西油地下金属管道腐蚀及防护

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1、1,第四章 地下金属管道腐蚀的 特点及防护方法,2,4.1 地下管路腐蚀特点和防护方法,4.1.1 腐蚀特点,3,4.1.2 防护方法 选用耐腐蚀材料 （在特定环境下选用耐腐蚀材料）。 在输送或储存时的介质中加入缓蚀剂抑制内壁腐蚀。 采用内、外壁防腐涂层:在管道内壁喷涂环氧树脂等，不仅可以防止内壁腐蚀，还可以减少输送介质的摩阻。外壁涂层主要用沥青玻璃布和塑料涂层。 采用阴极保护:在管道上通以阴极电流防止管道外壁由土壤造成的腐蚀。,4,由于难以做到绝对完好的表面涂层，所以管道的腐蚀控制提倡外涂层与阴极保护联合应用。这样涂层不至于太厚，保护电流也小。见表4l。,表4l 不同类型覆盖层所需的保护电流

2、密度,5,4.1.3 防腐绝缘层 所有埋地金属管道表面都应涂防腐蚀的覆盖层，或习惯称为防腐绝缘层，其功能在于隔绝腐蚀介质、切断腐蚀电池的外部电路，是管道防腐的第一道防线。,6,1.防腐绝缘层的质量要求 防腐绝缘层质量的优劣主要取决于它的粘结力和耐老化性。要得到性能良好的覆盖层，选用合适的材料外，还需选用先进的施工工艺。 其质量必须满足下述要求： 有良好的电绝缘性 有一定的耐阴极剥离强度的能力。 足够的机械强度 有良好的稳定性 覆盖层破损后修补容易 抗微生物性能好。,7,2.常见外防腐绝缘层 沥青防腐层结构或称防腐绝缘层等级，一般分为普通级、加强级和特加强三种。根据埋设处的土壤腐蚀性等因素来选择

3、，如对于穿越河流、铁路、居民区、有杂散电流影响等地段，采用加强或特加强级。 环氧煤焦油沥青 聚烯烃粘胶带 环氧粉末涂层 2层或3层PE,8,防腐绝缘层的结构： （1）沥青防腐层： 普通级：（三油三布）总厚度大于4mm 底漆一层-沥青层1.5mm-玻璃布一层-沥青层1.5mm-玻璃布一层-沥青层1.5mm-聚氯乙烯工业膜一层； 加强级：（四油四布）总厚度大于5.5mm 底漆一层-（沥青层1.5mm-玻璃布一层）3-沥青层1.5mm-聚氯乙烯工业膜一层； 特加强级：（四油四布）总厚度大于7mm 底漆一层-（沥青层1.5mm-玻璃布一层）4-沥青层1.5mm-聚氯乙烯工业膜一层；,9,（2）环氧煤焦

4、油沥青：,底漆：环氧煤焦油沥青 面漆：环氧煤焦油沥青+稀释剂,10,煤焦油瓷漆防腐层,11,煤焦油瓷漆防腐层涂装工艺流程,12,（3）聚烯烃粘胶带,聚乙烯胶带分防腐胶带(内带)和保护胶带(外带)两种。,13,聚乙烯防腐胶带,14,BL10增强纤维冷缠防腐胶带 BL10聚丙烯增强纤维冷缠防腐胶带以高强度聚丙烯织物为基材，涂敷一定厚度的高粘度橡胶改性沥青 适用于地埋石油储罐、长输管线、旧管线的修复及管道接口处的防腐。其不易老化的特点可使防腐寿命达50年以上,15,聚烯烃胶粘带涂装工艺流程,16,（4）熔结环氧粉末（Fusion Bonded Epoxy，简写 FBE）,环氧粉末涂料的主要成分是环氧

5、树脂、固化剂、流平剂、增塑剂、填料及颜料等。熔结环氧粉末覆盖层为一次成膜的结构，依据成膜的厚度可分为普通和加强两个等级，通常可根据使用条件来选择。,溶解环氧粉末的厚度,17,熔结环氧粉末,18,熔结环氧粉末防腐涂层施工工艺流程,19,（5）三层PE 第一层（底层）：熔结环氧（FBE）。厚度一般为60100m。以粉末形态进行喷涂并熔融成膜。这种热固性粉末涂料无溶剂污染，固化迅速，具有极好的粘结性能。 第二层（中间层）：聚烯烃共聚物。它作为胶粘剂的作用是连接底层与外防护层，厚度为200400m。三层PE中的胶粘剂具有粘结性强、吸水率高、抗阴极剥离的优点，在施工过程中可以与防护层聚乙烯共同挤出，方便

6、施工。 第三层（防护层）：聚烯烃。如低密度聚乙烯、高中密度聚乙烯，或改性聚丙烯（PP）。一般厚度为1.83.7mm，或视工程的特殊要求增加厚度。,20,三层PE结构示意图,21,3层PE复合防腐涂层工艺流程,22,3.特殊情况下的外防腐层 防腐保温涂层 用于热油管道的保温、防腐的复合结构。常用硬质、密孔的聚胺酯泡沫塑料作保温层，外面再包覆高密度聚乙烯，形成外壳。 水下管道防腐涂层 目前在海洋管道上采用的较典型的结构是在无机锌二次处理的底漆上涂敷环氧树脂的粘结层和中间加强层，最外层是聚丙烯、聚乙烯树脂。,23,沼泽地区的地下管道 其特点是土壤含水率高，沼泽土中含有较多的矿物盐、有机酸、碱等，还有

7、细菌腐蚀。因季节变化土壤的膨胀收缩严重，故对沼泽地区防腐层的化学稳定性及电绝缘性要求更高。一般由三层组成，第一层保证粘结及电绝缘性，第二层为特殊抗水层，第三层为加重管道及保证机械强度的保护层。,24,用顶管法敷设和定向钻穿越的管道 用顶管法敷设穿越段的管道，其防腐层必须有较强的抗剪切及耐磨的性能，在长期使用不修理时仍能保证可靠的抗蚀能力。我国在黄浦江和黄河的穿越，几次大型河流走向钻穿越工程中均选用了熔结环氧粉末防腐层。,25,穿过沙漠、极地的管道 管道通过沙漠地区和极地时，为适应运行和施工的要求，防腐层的选择应根据需要和不同的特点来考虑。 不同地区的沙漠环境有其不同的特征，80年代以来国外沙漠

8、管道上所用的防腐层大多选用熔结环氧、聚乙烯冷缠胶带以及三层聚乙烯防腐层，也有选用煤焦油玻璃布及焦油毡的。对于流沙沙漠地带，国外的经验认为有风蚀的地方防腐管道的埋深设计为1.5m；无风蚀的地方对于小口径地面管道不一定都要做防腐保护，特别是使用寿命只需20a左右的油田管道。而对于沙漠储罐的防腐，只要按通常的防腐层结构将底漆层加强防腐，如底漆无机硅酸锌漆改为富锌环氧底漆，其他中间层与面漆涂料不变。,26,4.热收缩套（圆套）,热收缩套系列产品为埋地或架空钢质管道焊口防腐和保温管道的保温补口而设计，也可用于管道法兰连接部位、锁箍部位的密封防腐。 由辐射交联聚烯烃基材和特种密封热熔胶复合而成。特种密封热

9、熔胶与聚乙烯基材、钢管表面及固体环氧涂层可形成良好的粘接。,27,热收缩套在加热安装时，基材在径向收缩的同时，内部复合胶层熔化，紧紧地包覆在补口处，与基材一起在管道处形成了一个牢固的防腐体， 具有优异的耐磨损、耐腐蚀、抗冲击及良好的抗紫外线和光老化性能。,28,热收缩套（圆套）,29,热收缩套（活套）,5. 热收缩套（活套）,30,5.热收缩缠绕带,热收缩缠绕带系列是为埋地及架空钢质管道防腐及保温外防腐而设计制造的热缩型防腐带材，主要用于钢管弯曲部位缠绕包覆防腐处理和管道防腐层破损修复，也可用于整根钢管的缠绕包覆防腐处理及补口防腐处理。 由辐射交联聚烯烃基材和特种密封热熔胶复合而成，特种密封热

10、熔胶与聚乙烯基材、钢管表面及固体环氧涂层可形成良好的粘接。,31,在施工时，首先将管道预热，用机械或手工缠绕在处理过的管道上，保证搭接宽度不小于25mm，均匀加热带材，带材在径向方向均匀收缩，同时热熔胶熔化，填充和包覆在管道上，形成牢固连续的管道外防腐层。 可以抵抗土壤应力，抗静水压力，抗阴极剥离，抗化学腐蚀和霉菌侵蚀等多种腐蚀行为，为钢质管道提供长期、有效的保护。,32,热收缩缠绕带,33,6.三层结构聚乙烯防腐层在使用中存在的不足,不能与阴极保护协调工作，对保护电流构成屏蔽； 三种不同族的材料组合存在分层； 使用温度受限制； 底层的环氧粉末涂层的厚度难于检测； 焊缝处防腐层减薄无法消除；

11、环向焊缝补口存在隐患； 管件与干管防腐层无法一致。,34,六种防腐涂层性能对比,35,4.1.4 管道的阴极保护 目的：保护地下和水中的金属构筑物。 原理：对金属表面上通过足够的阴极电流，使金属电位变负，并使阳极溶解速度减少。阴极保护，是通过外加负电位使被保护的金属阴极极化，从而降低金属腐蚀速度的防腐方法。 方法：埋地油气管道根据不同的环境，选用外加电流的阴极保护或牺牲阳极的阴极保护。,36,阴极保护原理示意图,37,38,39,1.阴极保护的基本原理和基本参数 （1）基本原理 向被保护件引入阴极电流，使其发生阴极极化。此时，金属处于金属/溶液体系中的腐蚀电池的电流作用与外加电流的作用的综合作

12、用之下。通过调整外加电流，可以达到控制金属腐蚀的目的。,40,外加保护电流icex从辅助阳极流向阴极。,41,如上图所示，当外加电流icex由辅助阳极流向阴极时，阴极本身还承受着腐蚀原电池的阳极电流ia，因此，阴极电流ic为：,当外加阴极电流icex等于ic时，有：,即阳极电流ia为零，阳极反应停止，金属腐蚀停止。,42,阴极保护原理可以用Evans腐蚀极化图加以说明：,43,可见，如果使金属阴极极化到金属表面最活泼的阳极点的开路电位EeA,腐蚀电流就为零，金属达到了完全保护。这时外加电流ip是达到完全保护所必需的电流，称之为最小保护电流密度。,44,在阴极保护中需采用辅助阳极。外加电流法保护

13、，保护电流由外部直流电源提供，靠电源的电压来驱动电流，辅助阳极起传送电流的作用，材料为导体，如高硅铸铁等。如果用电位很负的金属（例如镁）作为辅助阳极，则由所形成的电池的电动势来驱动电流，在这种情况下，保护电流是靠辅助阳极（镁）的溶解提供的，即我们所说的牺牲阳极。,45,（2）基本参数 1）最小保护电位 为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的电位称为最小保护电位，即腐蚀电池阳极的起始电位。 与金属的种类、腐蚀介质的组成、浓度及温度等有关。 实验测定，碳钢在土壤及海水中的最小保护电位为-0.85V左右（相对饱和硫酸铜电极）。 在细菌繁殖激烈的地区，为-0.95V。 按此数值保护的管道，保护

14、度一般在90以上。,46,2）最小保护电流密度 最小保护电流密度是指为使金属得到完全保护，所必需加入的保护电流密度。 最小保护电流密度的数值与金属和腐蚀介质的性质、组成，绝缘层质量等许多因素有关。在不同条件下其数值变化很大。钢在不同介质中的最小保护电流度见下表。,47,表面状态不同的钢管，最小保护电流密度见表44。 可以看出： 裸管比有绝缘层的管道需要的保护电流密度大得多； 土壤电阻率愈小，需要的保护电流密度愈大。,表44 不同表面状况钢管的最小保护电流密度,48,由于在实际工作中很难测定腐蚀电池的阴、阳极的具体地点和面积大小，故上表所列数据都是按与电解质接触的整个被保护金属表面计算的，类似的

15、试验数据对于较小的金属构筑物，如油罐的罐底、平台的桩柱等是适用的。 对于沿途土壤电阻率和防腐层质量变化较大的长距离管道，则往往偏差较大。对于管道的阴极保护，常以最小保护电位和最大保护电位作为衡量标准。,49,3）最大保护电位受析氢电位的控制 管道通入外加电流后，其负电位提高到一定程度时，土壤液中的H+会在阴极上还原，管道表面析出氢气。氢的析出会减弱甚至破坏绝缘层的粘结力，加速绝缘层的老化。 不同绝缘层析氢电位不同。沥青绝缘层在外加电位低于-1.2V时开始有氢气析出，当电位达到-1.5伏时有大量氢气析出。对于沥青绝缘层最大保护电位取-1.2V（相对硫酸铜电极）。聚乙烯涂层的最大保护电位可取-1.

16、50V。,50,4）自然电位Ee 又称为自然腐蚀电位、自然电极电位 它是指电解液的组成、温度等影响电极电位的因素维持在自然状态时，金属的电极电位。 对于地下管道来说，自然电位就是未加腐蚀保护时钢管的电位。,51,5）总电位E0 外加阴极保护后，管道的电位。 6）外加电位E 外加电位又称为偏移电位，极化电位。总保护电位与自然电位之差称为外加电位，E=E0-Ee 在外加电流阴极保护计算中，通常采用的是外加电位E,因此需要把最小 保护电位和最大保护电位转化为外加保护电位 即：Emin= Emin- Ee（最小外加保护电位） Emax= Emax- Ee（最大外加保护电位）,52,2. 外加电流阴极保护计算 投资约为管道投资的1%左右 设计内容：保护长度的计算 阴极保护站数和站址确定 阴极地床 电源设计 导线设计 绝缘法兰 测试桩及检查片,53,（2）保护范围的计算 1)无限长管道的计算,在汇流点处，汇流点一侧的电流为:,RP单位面积的绝缘层电阻，.m2； rT单位长度金属管道的电阻，.m； RT