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1、压力 管道 防 腐 蚀 知 识 中国工业防腐蚀技术协会 张炎明 2012 年4 月 2012/4/5 2 1. 前言 管道输送是与铁路、 公路、水运、空运并列的 第五大运输方式，它作为 一种特种的运输设备越来 越 广 泛 地 用于石 油 、 化 工、 冶金、电力等行业以及城 市输气、供水和供热系统 中。随着经济的发展，管 道数量在不断的增加，其 重要性也日益突出，在石 油、化工行业中，管道被 视为“工厂的血管”。 2012/4/5 3 压力管道的范围 从广义上理解，压力管道是指所有承受内压或外压的 管道，无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分， 管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计
2、量、控制和 制止流体流动的，由管子、管件、 法兰、螺栓连接、垫片、 阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。 特种设备安全监察条例 中，将压力管道进一步明 确为“利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设 备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表 压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、 有腐蚀性，最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介 质，且公称直径大于25mm的管道”。 2012/4/5 4 在 压力管道元件制造许可规则 TSG D2001 -2006 中规定的 压力管道元件制造许可项目及其级别： 2012/4/5 5 在 压力管道安装许可规则 T
3、SG D3001-2009中规定的压力 管道安装许可类别及其级别： 2012/4/5 6 在 压力容器压力管道设计 许可规则 TSG R1001-2008 中规定的压力管 道类别 、级别 （略）。 在 压力 管 道安 全 技术 监 察规 程 工 业管 道 TSG D0001-2009 中规定 的适用 范围（ 略）。 2012/4/5 7 钢 带 螺旋缠 绕增强 柔性PE 管材 结构图 及专用 的管件 海 底 集束管 道 2012/4/5 8 压力管道进行腐蚀控制的重要 性 相关资料也表明，在美国管道事故原因中第一位的原 因是腐蚀造成的，站事故比例近60% ，其次原因是由于第三 者破坏所造成，约
4、占事故比例的20% 。我国的地下油气管道 投产1-2年后即发生腐蚀穿孔的情况屡见不鲜，据我国某气 田40年来的管道失效原因统计，自然因素和人为因素（洪水 冲毁、山体滑坡、人为破坏和建设施工）占5，管道质量 和焊接质量不合格占10 ， 而 腐 蚀 泄 漏 和 腐 蚀 开 裂 占85 。 它不仅造成因穿孔引起的油、气、水泄漏损失，而且还可能 因腐蚀造成水灾。特别燃气管道因腐蚀引起的爆炸，威胁人 身安全，污染环境，后果极其严重。可见腐蚀对压力管道的 危害是相当大的，是影响压力管道系统可靠性、使用寿命及 造成管道失效的主要因素之一。 2012/4/5 9 管道暴炸 输油管腐蚀泄露 管道的腐蚀 管道的腐
5、蚀 2012/4/5 10 2. 腐蚀与防护基础知识 2.1 腐蚀的概念和腐蚀理论 2.1.1 腐蚀的概念 金属在周围介质（最常见的液体和气体）作用下， 由于化学变化、电化学变化或物理溶解而产生的破化。 环境 材料 腐蚀是由于物质与周围环境作用而产生的损坏 由于材料和它所在的环境发生反应而使材料和材料 的性质发生恶化的现象。 2012/4/5 11 2.1.2 腐蚀理论 （1）氢去极化腐蚀 氢去极化腐蚀的反应式（以金 属铁为例）可以简单表示为： 阴极反应：2H + 2e H 2 阳极反应：Fe 2e Fe 2+（2）氧去极化腐蚀 氧去极化腐蚀的反应式（以金 属铁，中性溶液为例）可以简单表示 为
6、： 阴极反应：O 2+ 2H 2 O +4e 4OH 阳极反应：Fe 2e Fe 2+ 2012/4/5 12 2.2 腐蚀的分类 2.2.1金属腐蚀 全面腐蚀（均匀腐蚀）： 发生在整个金属表面上的腐蚀称为全面腐蚀，它可能是均匀的，也可能是不均 匀的。均匀腐蚀的危害性相对比较小，因为我们在知道了腐蚀速度后，就能够估算 出材料的使用寿命。 局部腐蚀： 主要集中于金属表面某一区域的腐蚀称为局部腐蚀。在局部腐蚀中，金属的某一 区域腐蚀严重，而其他部分则几乎未被腐蚀，局部腐蚀主要有以下类型。 如：电偶腐蚀、小孔腐蚀（点蚀） 、晶间腐蚀、 缝隙腐蚀、选择性腐蚀、应力腐 蚀 、疲劳腐蚀、磨损腐蚀（空泡腐蚀
7、和湍流腐蚀）、氢损伤（氢鼓泡和氢脆）、沉 积腐蚀（如垢下腐蚀）、浓差电池腐蚀等也均属于局部腐蚀之列。 2012/4/5 13 电偶腐蚀 电偶腐蚀又称接触腐蚀或双金属腐蚀，凡具有不同电极电位的金属互相接 触，并在一定的介质中所发生的电化学腐蚀即属电偶腐蚀。例如热交换器的不锈 钢管和碳钢花板连接处，碳钢在水中作为阳极而被加速腐蚀。 但当在两种金属的接触面上同时存在缝隙时，而缝隙中又存留有电解液， 这时构件可能受到电偶腐蚀与缝隙腐蚀的联合作用 电 偶 腐蚀的 示意图 阴 极 、阳极 面积比 不同的 连接结 构 a. 同时存在两种不同电位的金属或非金属导体； b. 有电解质溶液存在； c. 两种金属通
8、过导线连接或直接接触。 2012/4/5 14 小孔腐蚀 小孔腐蚀又称为点蚀 这种破坏主要集中在金属表面的某些活性点上，并向金 属内部深处发展。通常其腐蚀深度大于其孔径。严重时可使设备穿孔。 点蚀通常发生在易钝化金属或合金中，往往在有侵蚀性阴离子与氧化剂共存的 条件下发生。如不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常呈现这种破坏形式。 小 孔 腐蚀示 意图 18-8 不 锈钢 在充 气NaCl 溶液 中 孔 蚀 的闭塞 电池示 意图 2012/4/5 15 晶间腐蚀 金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶粒边界或晶界附近发生腐蚀，使晶粒 之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏的腐蚀现象称为晶界腐蚀，这种腐
9、蚀首先在晶粒 边界上发生，并沿着晶界向纵深处发展。这时，虽然从金属外观看不出有明显的变化， 但其机械性能却已大为降低了，严重时材料强度完全丧失，轻轻一击就碎。不锈钢焊 件在其热影响区（敏化温度的范围内）容易引起对晶界腐蚀的敏化。 晶界腐蚀常常会转化为沿晶应力腐蚀开 裂，而成为应力腐蚀裂纹的起源。通常晶间 腐蚀出现于奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和 铝合金的构件。 除非经过稳定化处理或含碳量低者例 外，奥氏体不锈钢暴露在450 850 温度 区间内足够时间后，对发生晶间腐蚀比较 敏感。 2012/4/5 16 选择性腐蚀 广义上讲，所有局部腐蚀都是选择性腐蚀，即腐蚀是在合金中的 某一组分由于腐蚀优先
10、地溶解到电解质溶液中去，从而造成另一组分 富集于金属表面上。例如黄铜的脱锌现象即属这类腐蚀。 选择性腐蚀形态 2012/4/5 17 应力腐蚀破裂 受一定拉伸应力作用的金属材料在某 些特定 介质中， 由于腐 蚀介质和 应 力的协同作用而发生的脆性断 裂现象 。 应力腐蚀破裂（SCC）在局部腐蚀中居于 首位。根 据腐蚀 介质性质 和应 力状态的不同，裂纹特征会有 不同， 在金相 显微镜下 ，显微 裂纹呈穿 晶、 晶界或两者混合形式。裂纹既 有主干 ，也有 分支，形 似树枝 状。裂纹 横断 面多为线状。裂纹走向与所受 拉应力 的方向 垂直。 钝 化 合金的SCC 机 理示 意图 2012/4/5
11、18 金属或合 金 腐 蚀 介 质 低碳钢 热 硝 酸盐溶 液，（ 硅酸钠 十硝酸 钙）溶 液， 氢 氧 化钠 、 过氧 化 氢 碳 钢 和低合 金钢 42 MgCl 2 溶液， 氢氰酸， 海水， 氢 氧化钠， 三 氯 化铁溶 液 高 强 度钢 蒸 馏 水、湿 大气、 氯化物 溶液、 硫化氢 高铬钢 NaClO 溶 液，海水 ，H 2 S 水溶液 奥 氏 体不锈 钢 氯 化 物溶液 ，高温 高压含 氧蒸馏 水，海 水， F - ，Br - ，NaOH H 2 S 水溶液，NaCl-H 2 O 2 水 溶 液 ，二氯 乙烷等 钢 和 铜合金 氨 蒸 气，汞 盐溶液 ，含SO 2 大气， 熔融氯
12、化 钠、含Br - 和I - 水溶液 镍 和 镍合金 NaOH 水 溶液，高 纯蒸汽 蒙乃尔 氢 氟 酸，氟 硅酸溶 液 钛 及 钛合金 含Cl -、Br -、I -的 水 溶 液、N204 ，甲醇、 三 氯 乙 烯、有 机酸 铝合金 熔融NaCl ，NaCl 水溶 液， 海水 ， 水蒸 汽 ，含 SO 2 大气 铅 Pb(AC) 2 溶液 镁 海 洋 大气， 蒸馏水 ，KCl-K 2 CrO 4 溶掖 产生应力腐蚀的材料与介质的组 合 应 力 腐 蚀 开 裂 通 常 具 有 如 下 特 点 ： a. 通常在某种特定的腐蚀介质 中， 材料在不受应力时腐蚀甚微； b. 受到一定的拉应力时（可 远
13、低 于 材 料 的 屈 服 强 度 ） ， 经 过 一 段 时 间 后 ， 即使是延展性很好的金属也会发 生脆 性断裂； c. 断裂事先没有明显的征兆， 往往 造成灾难性的后果。 一般认为发生应力腐蚀开裂 需要 同 时具备如下三个条件： a. 敏感材料 b. 拉伸应力 c. 特定的腐蚀介质 如奥氏体不锈钢管外壁保温 材料含Cl-量高或保温层破损， 渗入的雨水中的氯离子浓缩有 可能发生应力腐蚀。 2012/4/5 19 影 响 应 力 腐 蚀 开 裂 的 因 素 2012/4/5 20 缝隙腐蚀 由于金属表面上存在异物或结构上的原因会形成0.025 0.1mm 缝隙，这种 在腐蚀环境中因金属部件
14、与其他部件（金属或非金属）之间存在间隙，引起缝隙 内金属加速腐蚀的现象称为缝隙腐蚀。 碳钢在中性海水中缝隙腐蚀示意 图 产生缝隙腐蚀的条件有以下几 种： a. 不同结构件的连接，如金属 与金属之间的铆接、螺纹连接，以 及各种法兰盘之间的衬垫等金属和 非金属之间的接触等都可以引发缝 隙腐蚀。 b. 金 属 表 面 的沉 积 物 、 附 着 物 、 涂膜等，如灰尘、沙粒、沉积的腐 蚀产物，也会引起缝隙腐蚀。 2012/4/5 21 腐蚀疲劳 金属材料在循环应力或脉动应力和腐蚀介质的联合作用下，所引起的腐蚀形态 称为腐蚀疲劳。 腐蚀疲劳的特征 腐蚀疲劳形成条件则是，绝大多数金属或合金在交变应力下都可
15、以发生，而 且不要求特定的介质，只是在容易引起孔蚀的介质中更容易发生。 腐蚀疲劳的机理 腐蚀疲劳是在交变应力作用下发生，位错往复地穿过晶界运动而不会在晶畀 上堆积。 腐蚀疲劳的控制 对于钢，尤其是钛合金来说，用渗氮的方法进行表面硬化处理，也是抗腐蚀 疲劳的一种有效措施。亦有采用非金属表面覆盖层的办法，如涂层，但要求对 金属基体有良好的结合力和耐磨能力。 2012/4/5 22 磨损腐蚀 由于介质的运动速度大或介质与金属 构件相 对运动速 度大， 导致构件 局 部表面遭受严重的腐蚀损坏， 这类腐 蚀称为 磨损腐蚀 ，简称 磨蚀。造 成腐蚀 损坏的流动介质可以是气体、 液体或 含有固 体颗粒、 气泡的 液体等。 磨蚀是高速流体对金属表面已经生成 的腐蚀 产物的机 械冲刷 作用和对 新 裸露金属表面的浸蚀作用的综 合结果 。 磨蚀形态 由高速流体引起的磨蚀，其表现的特 殊形式 主要有湍 流腐蚀 和空泡腐 蚀两种。
