管道系统的腐蚀与防腐1.ppt

管道系统的腐蚀与防腐,第一部分 金属腐蚀与防腐理论,第二部分 输油干线的腐蚀与防腐,第三部分 输油站场的腐蚀与防腐,第四部分 阴极保护的运行管理,第五部分 埋地管道腐蚀修复及检测方法,提 纲,1,、腐蚀的分类方法,由于腐蚀的多样性，涉及的领域非常之广，因此有不同的分类方法。最常见的是从下列不同角度进行分类：,（,1),按腐蚀机理分类,化学腐蚀,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。,电化学腐蚀,电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质（电解质）发生电化学反应而引起的破坏。,物理腐蚀,物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏。,(2),按腐蚀形态分类,全面腐蚀：,均匀腐蚀、不均匀腐蚀,局部腐蚀,a,、,点蚀,b,、,缝隙腐蚀,c,、,电偶腐蚀,d,、,晶间腐蚀,应力作用下的腐蚀,a,、,应力腐蚀断裂（,SCC),b,、,氢脆和氢致开裂,(HE,、,HIC),c,、,腐蚀疲劳,d,、,磨损腐蚀,腐蚀的分类方法,(1),腐蚀原电池的形成的条件,电解质溶液与金属的接触；,金属的不同部位或两种金属间存在电 极电位差；,两极之间互相连通。,2,、腐蚀原电池的形成条件和作用过程,(2),腐蚀原电池的作用过程的三个环节,阳极过程：金属溶解，以离子形式转入溶液，并把当量电子留在金属上。,电子转移：在电路中电子由阳极流至阴极。,阴极过程：由阳极流过来的电子被溶液中能吸收电子的氧化剂所接受，其本身被还原。,（,1,）失重法和增重法,失重法就是根据腐蚀后试样质量的减小，用下式计算腐蚀速度：,（,1,）,式中：,腐蚀速度，,g/m,2,h,；,腐蚀前试样的质量，,g,；,清除腐蚀产物后试样的质量，,g,；,S,试样表面积，,m,2,；,t,腐蚀时间，,h,。,3,金属腐蚀速度的表示法,增重法的计算公式,（,2,）,式中：,腐蚀速度，,g/m,2,h,；,m,2,带有腐蚀产物的试样的质量，,g,。,（,2,）深度法,将金属失重腐蚀速度换算为腐蚀深度的公式为：,（,3,）,式中：,腐蚀深度表示的腐蚀速度，,mm/a,；,失重腐蚀速度，,g/m,2,h,；,金属的密度，,g/cm,3,。,根据金属年腐蚀深度的不同，可将其耐蚀性按三级标准（表,1,）和十级标准（表,2,）分类。,表,1,金属耐蚀性三级标准,耐蚀性分类,耐蚀性等级,腐蚀速度（,mm/a,）,耐蚀,1,1.0,耐蚀性分类,耐蚀性等级,腐蚀速度,mm/a,完全耐蚀,1,10.0,表,2,金属腐蚀性十级标准,（,3,）电流密度法,电化学腐蚀中，腐蚀的标志是阳极金属的溶解。根据法拉第定律，每通过的电量为,1,法拉第，即,96500C,的电量，阳极溶解的金属的量为,1/n mol,。若电流强度为,I,，通电时间为,t,，则通过的电量为,It,。阳极所溶解的金属为：,（,4,）,式中：,A,金属的原子量；,n,金属的价数，即金属阳极反应方程式中的电子数；,F,法拉第常数，,F=96500 C/mol,。,控制金属材料腐蚀的方法有以下四种：,正确选材，合理设计；,覆盖层保护；,缓蚀剂保护；,电化学保护。,二、金属腐蚀的控制技术及发展趋势,（一）合理设计与正确选材,选材要遵循的三条原则,（1）材料的耐蚀性能要满足生产要求,（2）材料的机械性能、加工性能要满足设备设计与加工要求,（3）节约投资,选材应优先考虑那些耐蚀性能满足使用介质的要求，材料的综合性能好，价格又较便宜的金属和合金。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,（二）覆盖层保护,防腐涂层必须满足以下几点要求：,a,与金属有良好的粘结性；,b,电绝缘性能好；,c,防水，化学稳定性高；,d,耐热，有较高的机械强度和韧性，可避免在施工过程中碰撞而损坏；,e,结构紧密，完整无孔。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,1,、涂层防腐技术,沥青涂层,石油沥青的优点：,吸水率很小，对酸、碱、盐都有一定的抗蚀能力；涂膜致密，稳定性、屏蔽性好；抗阴极剥离。石油沥青防腐层的主要缺点是涂层机械强度低，不耐植物根刺，热稳定性差。,沥青涂层的发展趋势：,聚氨酯沥青在美国、加拿大和中东等地区在很多工程中都采用。该涂料的优点是既可在正常情况下施工，也可在环境温度为,0,左右顺利施工。它不含溶剂，有利于环保，一次成膜厚，施工效率高，涂层坚韧，表面光洁，附着力优良，耐磨性强，在耐微生物腐蚀和抗植物根茎方面效果也较好，不过这种外防腐工艺需要有较高的施工技巧和专用设备。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,煤焦油瓷漆,(,CTE),煤焦油瓷漆的特点：,粘结性好、吸水率低、抗微生物侵蚀、抗植物根茎穿透、抗烃类侵蚀、溶解。它的缺点是抗土壤应力与热稳定性较差，毒性较大。,发展趋势：,多层结构。,Reilly,公司利用环氧树脂的粘接性能和,CTE,的防水性能开发了一套环氧树脂,CTE,涂层系统。该系统底漆采用高浓度、低粘度、快速弥合的双组分环氧树脂，表层采用玻纤增强的,CTE,。,这些改进使得,CTE,涂层系统具有更大的适应性，更好的操作特性以及更大的适应环境温度范围，可在,-28,80,的工况下工作。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,熔结环氧粉末,(,FBE),熔结环氧粉末形成的表面涂层具有粘接力强、硬度高、表面光滑、不易腐蚀和磨损、抗阴极剥离等优点。它存在的缺点：防水性较差，不耐尖锐硬物的冲击碰撞，施工运输过程中，很难保证涂层不被破坏，现场修补困难，且涂敷工艺严格。,发展趋势：熔结环氧也发展出双层结构，即在,FBE,基础涂层的外部进行二次涂层。该体系底层采用常规熔结环氧粉末涂料，用作防腐蚀保护；面层为增塑剂的环氧粉末体系，用于机械保护。由于两层涂层的固化官能团类似，进行的是化学交联，不产生层间分离，故防腐性能得到极大的改善。当操作条件恶劣，地质构造是影响涂层选择的主要因素时，可选择耐磨损的双层,FBE,作为外防腐系统。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,聚乙烯胶粘带,聚乙烯胶粘带具有极好的耐水性及抗氧化性能，吸湿率低；绝缘性好，抗阴极剥离，耐冲击，耐温范围广，在,-30,80,温度范围内使用性能稳定。但它抗土壤应力的能力不好，特别在高温下，因粘结力差和致密性好而产生阴极屏蔽。,发展趋势：在具有传统聚乙烯胶粘带优点的基础上还具有粘结力强、与背材粘结性好、抗冲击性好和与阴极保护匹配好等优点，在北美、南美及国内一些管道工程中都有选用。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,二层结构聚乙烯,欧洲从,1965,年开始用两层结构的聚乙烯进行防腐蚀，到目前为止国内油田和各地采用此种覆盖层的防腐蚀管道已超过上万公里。两层结构的聚乙烯防腐层底层采用胶粘剂，外层为聚乙烯。聚乙烯具有抗冲击性能好、水汽渗透率低、绝缘电阻率高、埋地使用寿命长，耐化学介质侵蚀性能好等优点。但是聚乙烯是非极性材料，不能直接与钢管粘结，必须采用既粘钢管又粘聚乙烯的胶粘剂将钢管表面与聚乙烯连接成一体。一旦粘结失败，对输送介质温度高于,60,管道，阴极保护处理不好，有产生应力开裂的危险。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,三层结构聚烯烃,三层,PE,是20世纪80年代欧洲研制成功并开始使用的，它是将,FBE,良好的防腐蚀性能、粘结性、高抗阴极剥离性和聚烯烃材料的高抗渗性、良好的机械性能和抗土壤应力等性能结合起来的防腐蚀结构，一经问世就在许多工程上得到了应用，尤其在欧洲国家，其应用呈不断上升的趋势。三层,PE,的底层为环氧涂料，中间层为聚合物胶粘剂，面层为聚烯烃。胶粘剂可采用改性聚烯烃，它含有接枝到聚烯烃碳键主链上的极性基团。这样，胶粘剂既可与表面未改性的聚烯烃相融，又可利用极性基团与环氧树脂固化反应。这种组合特点是，三种涂层之间能达到最佳粘结强度，而各层的性能和特性使三层涂料得到互补。它的特点在于造价高，工艺复杂。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,2,、防腐涂层的选用,保证长输管道在预期的使用寿命内不产生由于外腐蚀而引起的功能损失是对涂层的基本要求。美国腐蚀工程师协会,(,NACE),认为，只有根据具体工程条件，结合管道的设计寿命、环境条件、运行参数、施工工艺和费用等进行综合设计，才能选出适合的防腐材料。国内管道工程防腐层的选择根据技术、经济、施工、业主的承受能力和要求等多方面考虑，一般应遵循下列原则：,技术可靠,外防腐层必须具有良好的绝缘性，抗阴极剥离强度，足够的机械强度和良好的稳定性，以及能够适应管线所处的自然环境，包括恶劣的地质、腐蚀环境以及输送工艺等方面要求。对于各类涂层性能稳定性的比较如表3所示，具体的性能指标随厂商和牌号的不同而有所区别。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表,3,各类防腐涂层技术性能比较,注：,+,优良，,+,良好，,+,一般，,-,差,涂料种类,粘结力,抗水性,机械强度,抗土壤应力,热稳定性,阴极保护相容性,石油沥青,+,+,-,+,-,+,煤焦油瓷漆,+,+,-,+,-,+,熔结环氧,+,-,+,+,+,+,聚乙烯胶粘带,+,+,+,+,+,+,二层结构聚乙烯,+,+,+,+,+,+,三层结构聚烯烃,+,+,+,+,+,+,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,施工可行,在满足技术可靠的前提下，防腐涂层应考虑在工程特定环境下施工的可行性。一般应注意以下几个方面：防腐层应能适应工程所在地区的地形、交通等条件的要求，以免在多次转运中的碰撞受损；适应工程所在地气候影响和土壤环境；管道现场补口的可操作性等。各类涂层的操作性和适用环境如表,4,所示。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表4 各类防腐涂层工艺与适用环境比较,涂层种类,涂敷工艺,补口操作,适用环境,石油沥青,热涂,简单,对覆盖层要求不高，地下水位较低的一般土壤。如沙土、壤土。,煤焦油瓷漆,热涂,容易,大部分土壤环境，人烟稀少、戈壁地区和水位高、植物根茎茂盛、生物活动频繁的沼泽或灌木地区。,熔结环氧,静电喷涂,较复杂,大部分土壤环境，特别适用于粘质土壤。,聚乙烯胶粘带,热涂,/,冷涂,简单,大部分土壤环境，特别适用于土壤应力破坏较大的地区。,二层结构聚乙烯,热涂,较复杂,大部分土壤环境，特别机械强度要求高，土壤应力破坏较大的地区,。,三层结构聚烯烃,静电喷涂,+,包覆,复杂,各类环境，特别适用于对覆盖层机械性能、耐土壤应力及耐渗水要求较高的环境，如碎石、石方段、植物根系发达地区,。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,经济合理,经济合理性受多方因素制约，表现在长输管道防腐层选用上更为明显。一般应考虑以下因素：在满足沿线环境条件,(,如地形、地质、土壤腐蚀性等,),的前提下，应选用长期经济性好的覆盖层；所谓长期经济性应包括施工时一次投资与长期运营费用,(,阴极保护、管理、维护、大修,),。以石油沥青为对照基础，各类涂层的一次投资相对造价比较如表,5,所示。,表,5,各类防腐涂层的相对造价比,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,涂层种类,石油,沥青,煤焦油,瓷漆,熔结,环氧,聚乙烯,胶粘带,二层结构聚乙烯,三层结构聚烯烃,相对价格,1.0,1.05,1.13,(,单层,),1.08,1.20,1.30,（三）,缓蚀剂保护,1,、缓蚀剂的定义,缓蚀剂是一些用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂，又称腐蚀抑制剂或阻蚀剂。缓蚀剂的定义为：,“,缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境,(,介质,),时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物,”,。,使用缓蚀剂有以下明显的优点：,a,基本上不改变腐蚀环境，就可获得良好的防腐蚀效果；,b,可基本不增加设备投资，操作简便，见效快；,c,对于腐蚀环境的变化，可以通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果；,d,同一配方的缓蚀组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,2,、缓蚀剂的缓蚀机理,关于缓蚀剂保护的作用机理，至今没有一个公认一致的见解。目前提出有三种理论，其实这三种理论有着内在的相互联系。,吸附理论。这种理论认为缓蚀剂的缓蚀作用是由于缓蚀剂通过物理吸附和化学吸附，使其吸附在金属表面，形成了连续的吸附膜。,成膜理论。这种理论认为缓蚀剂的缓蚀作用是缓蚀剂在金属表面生成了一层难溶的保护膜，从而使腐蚀速度降低。,电化学理论。这种机理认为缓蚀剂的加入加大了阴极过程或阳极过程或共同加大了阴极过程和阳极过程的阻力。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,3,、缓蚀剂的分类,a,从电化学反应的观点出发，按照缓蚀剂对电极过程的影响，可将缓蚀剂分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂三类。,b,按缓蚀剂的化学组成分类，缓蚀剂可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类。,c,按缓蚀剂在金属表面形成保护膜的特征分类，可分为氧化膜型缓蚀剂、吸附膜型缓蚀剂和沉淀膜型缓蚀剂。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,4,、缓蚀剂的性能指标,缓蚀效率,采用缓蚀剂保护，其保护效率是用缓蚀效率 来表示的。,式中,未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度；,加有缓蚀剂时金属的腐蚀速度,。,后效性能,缓蚀剂的后效性能是指当缓蚀剂的浓度由正常使用浓度大幅度降低时，缓蚀效果所能维持的时间。这个时间越长，缓蚀剂的后效性能就越好，亦表示由缓蚀剂作用而产生的金属表面的保护膜的寿命越长。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,5,、影响缓蚀剂缓蚀效率的因素,缓蚀剂用量的影响,缓蚀剂用量对金属腐蚀的影响大致有三种情况：,a,金属的腐蚀速率随缓蚀剂用量增加而增加。大多有机及无机缓蚀剂在酸性及浓度不大的中性介质中，都属于这种情况。实际使用中应结合保护效果，考虑综合效益，合理确定缓蚀剂用量。,b,缓蚀剂的浓度和金属腐蚀速率的关系有极限值。即在某一浓度时缓蚀效果最好，浓度过低或过高都会使缓蚀效率降低。因此在使用这类缓蚀剂时，须注意缓蚀剂不要过量。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,c,缓蚀剂用量不足会加速金属腐蚀。大部分氧化剂如铬酸盐、重铬酸盐、过氧化氢以及硅酸钠等属于这类缓蚀剂。对于这类缓蚀剂加量太少是危险的，必须十分注意。一般情况下，对于长期需要采用缓蚀剂保护的设施，为了能形成良好的基础保护膜，首次缓蚀剂用量往往比正常操作时高,4,5,倍。对于陈旧设备采用缓蚀剂保护时，因金属表面存在的垢层和氧化铁等要额外消耗一定量的缓蚀剂，剂量应适当增加。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,温度的影响,a,温度升高，缓蚀效率显著下降。这是由于温度升高时，缓蚀剂的吸附作用明显降低，因而使金属腐蚀加剧，大多数有机及无机缓蚀剂都属于这一情况。,b,在一定范围内，缓蚀效率不随温度升高而改变。用于中性水溶液和水中的一些无机缓蚀剂，其缓蚀效率几乎是不随温度升高而改变的。对于沉淀膜型缓蚀剂，一般也应在介质的沸点以下使用才会有较好的效果。,c,随着温度的升高，缓蚀效率也增高。这可能是由于温度升高时，缓蚀剂可依靠化学吸附与金属表面结合，生成一种反应产物薄膜。或者是温度较高时，缓蚀剂易在金属表面形成一层类似钝化膜层，从而降低腐蚀速率。因此，当介质温度较高时，这类缓蚀剂最有实用价值。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,介质流动速度对缓蚀作用的影响,a,流速加快，缓蚀速率降低。大多数情况下，提高介质的流速会造成缓蚀效率降低；有时，由于流速的增大，甚至还会加速腐蚀，使缓蚀剂变成腐蚀的激发剂。,b,流速增加时，缓蚀效率提高。当缓蚀剂由于扩散不良而影响保护效果时，增加介质流速可使缓蚀剂能够比较容易、均匀地扩散至金属表面，而有助于缓蚀效率的提高。,c,介质流速对缓蚀效率的影响，在不同使用浓度时，还会出现相反的变化。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,（四）,电化学保护,电化学保护是利用外部电源对金属进行极化，使金属电位发生改变，从而达到防止腐蚀的一种方法。,金属材料发生腐蚀，必须具备三个条件，即,a,电位差的存在；,b,电解质的存在；,c,相互连通（电子、离子的通路）。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,外加电流的阴极保护又称强制阴极保护，是将被保护的金属结构整体接至电源负极，通以阴极电流，阳极为一个不溶性的辅助件，二者组成宏电池，实现阴极保护，其实质是使被保护的钢管发生阴极极化。,1,、阴极保护原理,在未通电流保护前，腐蚀原电池的自然腐蚀电位为,E,，,相应的最大腐蚀电流为,I,C,。,通上外加电流后，由电解质流入阴极的电流量增加，由于阴极的进一步极化，其电位降低。如流入阴极电流为,I,D,，,则其电位降至,E,，,此时由原来的阳极流出电流由,I,C,降至,I,。,I,D,与,I,的差值就是外加的电流量。当阴极极化到使总电位降至阳极的初始电位,E,0,a,，,金属构件就得到了完全的保护。,I,I,D,E,0,c,E,0,a,E,I,c,E,I,I,I,D,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,2,、阴极保护参数,（1）,保护电位,以铁为例，其理论保护电位为：,pH9.0,时，,E=-0.62V,；,9.0pH13.7,时，,E=0.320-0.0886pH(V),（2）,保护电位准则,英国,BS7361,：,Part 1,：,1991,给出的一些金属的阴极保护最小 保护电位准则列在表,6,中。德国,DIN30676,给出了一些裸金属在不同环境中的保护电位准则列在表,7,中。前苏联有关保护电位准则列在表,8,中。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表,6,阴极保护最小电位值,金属与合金,铜,/,硫酸铜（,CSE,）,(,土壤淡水,),银,/,氯化银,/,饱和氯化银（任何电解质）,银,/,氯化银,/,海水,锌,/,海水,钢,通气环境,铁,不通气环境,-0.85,-0.95,-0.75,-0.85,-0.8,-0.9,+0.25,+0.15,铅,-0.6,-0.5,-0.55,+0.5,铜合金,-0.5-0.65,-0.4-0.55,-0.45-0.6,+0.6+0.45,铝,正极限,负极限,-0.95,-1.2,-0.85,-1.1,-0.9,-1.15,+0.15,-0.1,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表,7,一些合金的保护电位准则,(,V,CSE,),材料及环境条件,自然腐蚀电位,（近似值）,保护电位,（最低负值）,极限值,（最大负值）,钢和铁,60,不通气环境,砂土，500,m,-0.65-0.4,-0.800.50,-0.80-0.65,-0.50-0.30,-0.85,-0.95,-0.95,-0.75,不限,不限,不限,不限,不锈钢,土壤及60,盐水,-0.20+0.50,-0.20+0.50,-0.20+0.50,-0.10,-0.30,-0.30,不限,不限,不限,铜及合金,-0.200.00,-0.20,不限,铅,-0.50-0.40,-0.65,-1.7,铝,淡水中,盐水中,-1.00-0.50,-1.00-0.50,-0.80,-0.90,-1.1,-1.1,钢,混凝土中,-0.60-0.10,-0.75,-1.3,镀锌钢,-1.10-0.90,-1.2,不限,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表,8,埋地金属的保护电位准则（,V,CSE,）,金属,最小保护电位,最大保护电位,钢,-0.85,-1.15,铅,-0.70,-1.30,铝,-0.85,-1.40,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,美国,NACERP 0169-2002,新版对钢铁构筑物的保护电位准则做出以下的规定：,施加阴极保护时的,(,阴极的,),电位至少为,-850,mV,。,这一电位是相对于接触电解质的铜饱和硫酸铜参比电极测量的。必须考虑消除电解质中,IR,降的误差，并对这一电位测量的有效性做出解释。,相对于铜饱和硫酸铜参比电极的极化电位至少为,-850,mV,。,在构筑物表面与接触电解质的稳定参比电极之间的阴极极化值最少为,100,mV,，,可以测量极化的建立或衰减过程，以满足这一判据。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,中国石油行业标准,SY,T 0036-2000,，,对钢质管道的保护电位准则有如下的规定：,施加阴极电流的情况下，测得管地电位为,-850,mV(,相对,Cu,CuS04),或更负。测量采用地表法和近参比法，必须考虑测量方法中所含的,IR,误差。,相对饱和硫酸铜参比电极的管地极化电位为,-850,mV(,相对,Cu,CuSO,4,),或更负。,管道表面与同土壤接触的参比电极之间测得阴极极化电位值最小为,100,mV,。,这一准则可以用于极化的建立过程中或衰减过程中。,当土壤或水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于,0.5,时，通电保护电位应达到,-950,mV,或更负。,最大保护电位的限制应根据覆盖层种类和环境来确定，以不损坏覆盖层的粘结力为准，对于石油沥青，一般可取,-1.5,V(,相对,Cu,CuSO,4,),；,煤焦油瓷漆，可取,-3.0,V,；,环氧粉末，可取,-2.0,V,。,注意这里所讲的最大电位，应理解为通电状态下的电位。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,（3）,保护电流密度,保护电流密度系指被保护构筑物单位面积上所需的保护电流，是阴极保护设计中必不可少的又一重要参数。,表,9,列出了不同类型钢构筑物的保护电流密度。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表,9,钢构筑物所需阴极保护电流密度,注：储罐底板外壁保护电流密度应取,5,10,mA,m,2,。,钢构筑物,覆盖层状况,保护电流密度，,mA/m,2,管道、容器、,埋,储罐、电缆、,地,导管,铠装电缆,套管、接地极,桥梁、上、下水构筑物,淡,闸门、水坝,水,水罐、水井,热交换器、锅炉,趸船、系船浮标,海,航行中船舶,水,码头设施、浮桥、浮筒,钢板桩、压载舱,塑料,沥青玻璃布,沥青羊毛毡,油浸黄麻,无覆盖层,良好覆盖层,旧涂覆层,无涂覆层,无涂覆层,良好涂覆,旧涂覆层,旧涂覆层,无涂覆层,0.0010.01,0.010.05,0.30.70,317,10100,0.050.6,0.58,513,100600,0.220,201000,501000,1001000,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,3,、阴极保护的方法,（1）,牺牲阳极法,作为牺牲阳极材料，必须能满足以下要求：,要有足够负的稳定电位；,自腐蚀速率小且腐蚀均匀，要有高而稳定的电流效率；,电化学当量高，即单位重量产生的电流量大；,工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落；,腐蚀产物不污染环境，无公害；,材料来源广，加工容易，价格低廉。,常用的牺牲阳极品种有镁基、锌基和铝基合金三类。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,（2）,强制电流法,对,辅助阳极的基本要求有,：,导电性能好；排流量大；,耐腐蚀，消耗量小，寿命长；,具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击震动；,容易加工、便于安装；材料易得、价格便宜。,辅助阳极分为,：,可溶性阳极,(,如钢、铝,),微溶性阳极,(,如高硅铸铁、石墨,),不溶性阳极,(,如铂、镀铂、金属氧化物,),常用的直流电源有：,整流器、恒电位仪、恒电流仪、热电发生器,(,TEG),、,密闭循环蒸汽发电机,(,CCVT),、,太阳能电池、风力发电机、大容量蓄电池等。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,（3）,排流保护,通常排流方法有三种：,a,直接排流,当杂散电流干扰电位极性稳定不变时，可以将保护体和干扰源直接用电缆相连，排除杂散电流。这种方法简单易行，但如选择不当，会造成引流，加大杂散电流。,b,极性排流,当杂散电流干扰电位极性正负交变时，可通过串入二极管把杂散电流排回干扰源，由于二极管具有单向导通性能，只允许杂散电流正向排出，负向保留作阴极保护用。,此法是目前广泛使用的排流法。,c,强制排流,上述二种方法，只有在排流时才能对保护体施加保护，而不排流期间，保护体就处于自然腐蚀状态，因而又出现了第三种排流方法,强制排流。强制排流就是在无杂散电流时通过整流器供给保护电流，当有杂散电流存在时利用排流进行保护。通常使用恒电位仪进行强制排流，在有排流保护时最好也留有少量保护电流输出。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,4,、阴极保护方式选择原则,阴极保护有牺牲阳极法和外加电流法两种，在选用具体保护方法时，应考虑以下的因素：,（,1,）保护范围的大小,保护范围大时，要选用外加电流法，反之则选用牺牲阳极法。,（,2,）土壤电阻率的大小,土壤电阻率太高不宜采用牺牲阳极法。,（,3,）周围邻近金属构筑物的多少,外加电流法产生的干扰大，因此当周围邻近构筑多时，最好采用牺牲阳极法，不然将对构筑物产生较大的干扰腐蚀。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,（,4,）覆盖层质量的好坏,对于覆盖层太差或裸露的金属表面，因其所需保护电流太大，采用牺牲阳极法不合适。,（,5,）可利用的电源因素,外加电流法需要电源设备，对有交流市电并能长期可靠稳定供电的地方及长输管道各中间站有可靠交流电的地方，优先考虑使用交流电通过整流提供电源。,（,6,）经济性,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表,10,阴极保护方法的优缺点,方法,优,点,缺,点,强,制,电,流,1、,输出电流、电压连续可调,2、,保护范围大,3、,不受环境电阻率限制,4、,工程规模越大越经济,5、,保护装置寿命长,1、,需要外部电源,2、,对邻近金属构筑物干扰大,3、,维护管理工作量大,牺,牲,阳,极,1、,不需要外部电源,2、,对邻近构筑物无干扰或很小,3、,投产调试后可不需管理,4、,工程规模越小越经济,5、,保护电流分布均匀、利用率高,1、,高电阻率环境不宜使用,2、,保护电流几乎不可调,3、,覆盖层质量必须好,4、,投产调试工作复杂,5、,消耗有色金属,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,表,10,阴极保护方法的优缺点,（续表）,排流,极,性,排,流,1、,利用杂散电流保护管道,2、,经济实用,3、,方法简单，只需简单管理,4、,有杂散电流时，可自动防止杂散电流的腐蚀,1、,对其它构筑物有干扰影响,2、,干扰源停运时，保护体得不到保护,3、,易造成过负电位,保护,强,制,排,流,1、,保护范围广,2、,电压、电流连续可调,3、,以干扰源的负馈线代替辅助,阳极，结构简化,4、,干扰源停运时，保护体仍被保护,5、,不存在阳极干扰,1、,对其它构筑物有干扰影响,2、,需要外部电源,3、,排流点易过保护,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,5,、阴极保护条件,阴极保护应用条件有：,(1),腐蚀介质必须是能导电的，以便能建立起连续的电路。,(2),被保护的金属材料在所处的介质中要容易进行阴极极化，否则耗电量大，不宜进行阴极保护。,(3),对于复杂的金属设备或构筑物，要考虑其几何上的,”,屏蔽作用,”,，防止保护电流的不均匀性。,(4),电绝缘已成了阴极保护必不可少的条件。,(5),和电绝缘相对应，被保护构筑物系统间的电连续性是阴极保护的又一条件,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,6、,国外现状及发展趋势,(1),设计的先进性,国外的设计理念比国内具有先进性，主要体现在根据法规和标准，他们认为合理的就可大胆地在设计中体现出来。,国外的设计是没有国度限定的，所选用的设备和材料通常是世界范围内最先进、最合理的。,为了设计的科学性，国外公司在设计前期付出大量的投入，力求达到设计的先进性和合理性。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,(2),阴极保护遥测与遥控技术,由于国外的管理体制，一般是管道的业主将管道的腐蚀控制委托给另一家专业化防腐蚀公司来负责，管道业主自己没有专门的防蚀管理人员，而承担管理监控的公司又是多家业主的承包商，专业性强，技术手段要求高，遥测与遥控技术就应运而生。,1999,年，在北京召开的中国第一届国际腐蚀大会上，德国,SSS,公司给大会演示了当今世界上最为先进的阴极保护遥控系统，通过一部手提电脑和一部手机，利用电脑中的软件可以直接控制德国法兰克福北部一座天然气管道阴极保护站的保护参数，这里不光是遥测，还加入了遥控技术，演示获得成功。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,(3),强电干扰的现状,强电线路,(,通常指高压输电线路和交流电气化铁路,),与地下管道相邻，强电线路会对邻近的地下金属管道造成感应影响及危险影响，危及操作人员的人身安全和设备的安全，威胁管道的正常运行。,交流干扰主要的不是交流腐蚀问题，而是人身设备的安全问题，因此，不论管道上产生了多高的交流电压，当管道邻近强电线路时，均应采取一定的措施，以保安全。目前这方面的设计还只能参照美国和德国的相关技术标准，标准中分别给出了管道上允许的交流感应电压为,15,V,和,65,V,，,这是安全上的考虑。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,(4),非常规条件下的阴极保护,常规下的阴极保护技术已完全标准化、商品化，对于非常规条件下的阴极保护技术发展也很快，比较突出的有以下几个方面：混凝土构筑物中钢筋的阴极保护，特别是在桥梁基础中的应用，混凝土马路路面的应用等；长线形阳极的研制与应用，这里要说明的有柔性阳极，它目前的品种已由开始单一的导电聚合物发展成金属氧化物多种结构型线形阳极，主要用于防腐层老化的高电流密度的管道上、不规则的管网上、高电阻率的常规阳极不适用的地区、大型储罐的罐底等。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,(5),阴极保护电位测试和防腐层面电阻的测量技术,在,20,世纪,60,70,年代，腐蚀界开展了一次相关阴极保护电位测试中的,IR,降的大讨论，最终以,1992,年修订,NACE RP 0169,标准为结束。在这些标准中，都对测量中的,IR,降加以限定，一般条件下可用断电法，对于有干扰存在时就必须使用试片或探头断电法，这一技术在德国的文献中也有要求。在这一技术的实施中要具备专用的探头和专用的仪器，国外已有商品化的产品。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,(6),关于保护准则,施加,-0.850,V,相对铜硫酸铜电极和极化和,-0.850,V,准则两者之间 存在着模糊；,存在着其它国际准则应当考虑；,关于,100,mV,形成或衰减准则存在着混乱；,对于控制微生物和高温腐蚀的阴极保护准则需要更多的导向；,对于覆盖层的损坏和或高强度钢需要阴极保护上限准则。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,(7),阴极保护产品的多样性,a,阴极保护电源,CCVT(,密闭循环蒸汽发电机,),CCVT,是英文,closedcycle,vaporturbogenerator,的缩写，该装置是,1958,年由以色列国家物理实验室研制的，,CCVT,发电装置是为满足市无电或市电不可靠地区通信、管道监测、阴极保护的电源需要而发展起来的。,1985,年，在瑞士日内瓦电信会议上，,CCVT,被,CCITT(,国际电报电话咨询委员会,),，和,ITU(,国际通讯协会,),推荐为边远地区通信系统的优选的主要电源设备之一，它占优势的功率范围为,200,6000,W,。,CCVT,的主要特点有：可靠性高，无需定期维修，可连续工作,20,年；便于无人值守，可通过遥控指挥装置工作，一年内只需要几次清除燃烧系统烟灰积炭和冷凝系统的积尘；适用多种燃料，常规的液体、气体燃料均可使用；安装方便，一般只需要,2,人一天的工作量。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,TEG(,热电发生器,),TEG,是英文,thermoelectric generator,的缩写，学名为热电发生器，有时也称温差发电器。,风力发电机,风能来源于太阳能，是自然能源的一种形式，早在,1948,年由普特南姆估算的全球风能储量为,10,14,MW,。,这一数量得到了世界气象组织的认可。假定,10,14,MW,的风能储量的一千万分之一可为人类所利用，即有,10,7,MW,为可利用风力，这个数量也就相当于当今世界能源的总需求量。,太阳能电池,太阳能电池是利用材料的光生伏打效应将光能直接转换成电能的装置。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,b,辅助阳极,在辅助阳极方面，有金属氧化物、钛镀铂、柔性阳极、磁性氧化铁阳极、硅铁和石墨等，针对不同的环境，选用不同的阳极做到经济合理。,c,电缆焊接技术,在电缆与管道的焊接方面有更加先进的铜针焊接，这一焊接所造成的热度只有280，而传统的铝热焊接技术则有800。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,(8),广阔的业务范围,国外任何一家公司，他们的业务范围都不是单一的技术范围，如美国的,CORRPRO,公司、德国的,PLE,公司、,SSS,公司等，他们不光能承担管道阴极保护的设计、施工和检测，而且还能承担海洋工程,(,码头及海底管道,),、混凝土中加强筋等领域中阴极保护工程的设计、施工和检测。,二 金属腐蚀的控制技术及发展趋势,