第六章管道及储罐防腐层应用技术2012演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,腐蚀与防护,第六章,管道及储罐防腐层应用技术,1,第一节油田管道、储罐腐蚀的严重性,油田设施由于长期与强腐蚀介质接触，其中有许多是在高温、高压和高流速等条件下服役，其腐蚀问题显得更为突出和严重。随着世界油气工业的迅猛发展，腐蚀的危害日趋明显。腐蚀不仅造成管道、储罐、钻杆、深井泵等设施的破坏和原油泄漏等直接经济损失，而且还会引起火灾、爆炸等灾难性事，以及环境污染、停工停产等严重后果，极大地影响了油气工业的安全生产和经济效益。,2,第二节 影响管道、储罐腐蚀的各种因素,油田管道中，腐蚀最为严重的是“三水一热”管，即掺水管、注水管、回水管以及拌热管。另外，油井管、套管、油气输送管的腐蚀也很严重。在储罐当中，以污水罐、高含水油罐、注水罐、沉降罐、压力滤罐等腐蚀最为严重，原油罐、成品油罐的腐蚀程度次之。,由于管道和储罐所处的工作环境、介质条件、材料品种各不相同，受到的腐蚀程度也不一样，所以，对腐蚀的原因不能一概而论，只能对影响腐蚀的各种因素进行一些分析。,3,一、化学因素,1.溶解氧,在中性或微酸性溶液中，溶解氧是促进腐蚀的有害成分，即使是在氧浓度很低的情况下，也能引起严重的腐蚀。不论是清水还是污水中，随着溶解氧量的增加，腐蚀速度加快。当溶解氧量由0.02mg/L增加到0.065mg/L时，金属的腐增加到蚀速度将增加5倍；含氧量增加到1mg/L时，腐蚀速度将增加20倍。,油田污水中含氧量与腐蚀速度的关系如图1-1所示。溶解氧增加，腐蚀速度加快。,图1-1 油田污水中含氧量,与腐蚀速度的关系,4,一、化学因素,2.二氧化碳,5,6,一、化学因素,3.硫化氢,在油气田中，硫化氢是普遍存在的，对油气设施的腐蚀很严重。通常在水中发现有悬浮的黑色微粒和闻到硫化氢特有的臭味，就意味着该水质腐蚀性较强，同时也可能存在着大量的硫酸盐还原菌。,一般情况下，在含硫石油气或含硫原油中，硫化氢与二氧化碳总是共存的。二氧化碳的存在，使钢材的吸氢量增大，从而提高了氢致开裂的敏感性。,值得注意的是，在油田污水中通常出现硫化氢、二氧化碳和溶解氧共存的情况，所造成的腐蚀则更为严重。如果水中有硫酸盐还原菌大量繁殖时，硫化氢含量就会剧增，不仅会加速金属上述两个方面的腐蚀，而且S,2-,与污水中的金属离子生成硫化物沉淀，很容易形成垢层，造成管线堵塞。,7,一、化学因素,4.氯离子,由于氯离子的极化度高，半径小，因此，具有很高的极性和穿透性，易优先吸附于金属表面，特别是在金属表面成膜有缺陷或薄弱处，或者在有缝隙的地方及应力集中的小孔处富集，造成孔蚀、垢下腐蚀和缝隙腐蚀。,5.矿化度,介质中矿化度高，其中所含的无机盐浓度大，介质的导电率高，电化学腐蚀速度加快。在高矿化度的水中，所含的钙、镁离子浓度和碳酸根离子、硅酸根离子、硫酸根离子、磷酸根离子的浓度也比较高，因此，容易引起垢下腐蚀。,8,二、物理因素,1.温度,一般地讲，金属的腐蚀速度总是随温度的升高而增加。温度升高，介质中物质的扩散系数增大，而过电位和介质的粘度均减小。扩散系数增大，意味着有更多的氢离子或溶解氧扩散到金属表面的阴极区，加快阴极去极化反应过程。根据电化学理论，界面反应速度常数和扩散系数都与温度呈指数关系，因此，温度的升高将大大加快金属的腐蚀速度。,9,二、物理因素,2.流速,油田上“三水一热”管线的腐蚀速度与流速的大小有着直接的关系。在起初一个阶段内，金属的腐蚀速度随液体流速的增加而增加，这是因为水的流速增加，水携带到金属表面的溶解氧量随之增加的原因。当水的流速足够高时，有足量的氧到达金属表面，使金属部分或全部钝化，这时金属的腐蚀速度将下降。如果水的流速继续增加，水对金属表面上钝化膜的冲击腐蚀将使金属的腐蚀速率重新增大。,10,如果水中的氯离子浓度很高，则在任何流速下，金属都不会发生钝化，因为氯离子对表面膜有很强的破坏作用。此时，金属的腐蚀速度将随流速的增加而增加。,流体对金属表面有较强的冲击作用，容易造成磨损腐蚀，尤其是在管道折弯处。另外，在流速较高的情况下，经常使离心泵的叶轮等构件发生空泡腐蚀。,11,二、物理因素,3.压力,油气集输管和注水管等都有一定的压力，一般注水管的压力都在10MPa以上。石油炼制设备、化工设备、液化石油气储罐等都承受很高的压力。压力是影响应力腐蚀开裂的主要因素之一。硫化物应力腐蚀开裂（氢致开裂（氢腐蚀）等都与压力大小直接有关，压力越高，使用寿命越短。,12,二、物理因素,4.电偶,在石油天然气设施中，不同金属或合金材料之间的接触或连接往往是不可避免的。在液体中，可以发现电位较负的金属腐蚀速度加大，而电位较正的金属则得到了保护，这种现象就是电偶腐蚀。比如，在铜板上装铁铆钉，由于铁的电极电位比铜负，所以铁铆钉为阳极被加速腐蚀，而铜板则为阴极，得到了保护。,一般地讲，两种金属或合金的电极电位差越大，电偶腐蚀越严重。此外，电偶腐蚀还与材料的极化率、腐蚀电池中阳极面积与阴极面积的比值、溶液电阻的大小、介质条件等因素有关。尤其应该指出的是，在大阴极、小阳极的情况下，电偶腐蚀将大大加剧，在实际生产中，一定要注意避免。,13,二、物理因素,5.焊缝,在石油天然气设备中，通常焊缝处的腐蚀比其他部位更为严重。据统计表明：油田上“三水一热”管，几乎60%以上的蚀孔发生在焊接区；液化石油气容器的开裂事故，多数也出现在焊接区。其原因主要有以下几点：,（1）,由于焊接时急热急冷，引起母材的组织发生变化而产生电偶腐蚀；另外，由于焊接残余应力的存在，容易引起应力腐蚀开裂。,（2）管道焊缝补口时，由于补口技术难度较大，要求标准较高，往往在施工时难以达到，而导致焊接区穿孔。,（3）经固溶处理过的奥氏体不锈钢，焊接后，在离焊缝一定距离的一条带状区域内，该处在焊接时恰好处于敏化温度区，引起铬的碳化物在晶界处析出而导致晶间腐蚀。,14,二、物理因素,6.土壤环境,油田的埋地管道可谓密如蛛网、纵横交错，这些号称“地下动脉”的管道一旦腐蚀损坏，就会带来重大损失。不少国家仅仅为了保养和更换管道所支付的费用，每年都要花费数亿美元。因此，对金属的土壤腐蚀和保护问题受到极大的重视。,7.微生物,15,16,一、防腐层的保护作用及影响防腐层保护效果的因素,1、防腐层对金属的保护的作用,隔离作用,电化学保护作用,缓蚀作用,将金属与腐蚀性介质隔离，以达到防腐蚀的目的。,借助涂料的内部组分(如铬锌黄等阻蚀性颜料)与,金属反应，使金属表面钝化或生成保护性物质，,提高防腐层的保护作用。,在涂料中使用比铁活性高的金属作填料(如锌等),起到牺牲阳极保护作用，减缓腐蚀。,17,金属,+,土壤 腐蚀,18,金属,+,土壤 腐蚀,涂层,将金属与土壤隔离开,19,金属,+,土壤 腐蚀,涂层,将金属与土壤隔离开,阴极保护,针对有的缺陷涂层,20,整流器,将交流电流转变成,脉动直流电流,21,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。,22,2、影响防腐层保护效果的因素,环境因素,材料因素,施工因素,涂敷环境，使用环境。,被涂敷设施的材质、表面状态、涂料性能及,防腐层的配伍性(如底漆和面漆的配伍性等)。,施工方法及施工质量,23,二、管道及储罐防腐层的基本性能要求,稳定的耐化学性。,良好的耐水性。,足够的抗冲击、抗弯曲、耐磨等机械性能。,有效的电绝缘性,与金属有良好的粘结性,良好的抗阴极剥离的性能,较好的抗老化性和耐温性,防腐层材料及施工工艺对被涂敷的母材不应有不良影响。,在地面储存、运物期内具有良好的性能稳定性。,具有良好的易修复性。,在施工及使用中对环境无害。,24,采用长效耐久的复层包覆技术进行腐蚀防护,25,26,储罐、气柜：石油化工行业的常用容器,27,储罐、气柜边缘板存在严重的腐蚀和开裂,28,复层包覆前后效果,29,三、环境腐蚀性,石油管道及储罐所处的腐蚀环境主要有：大气、土壤及水介质。确定环境的腐蚀性对合理选择防腐层的种类及结构十分重要。,30,四、选用防腐层主要考虑的因素及防腐层系统的评价,环境因素,施工、运输、储荐因素,地理位置、自然场所及系统可接近性。,该系统原有防腐层类型。,费用(包括施工费用、维护费用、材料费用等)。,工程预期寿命。,31,五、防腐层与阴极保护,采用防腐层与阴极保护的联合保护，将在防腐层缺陷等处的基露金属表面上进行集中的阴极保护，是最佳的、经济的保护形式。,联合保护的优点在于：,降低阴极保护的电流密度，缩短阴极极化的时间。,改善电流的分布，扩大保护范围。,延长防腐层的使用寿命，特别是对于地下、水下的金属构筑物联合保护效果更明显。,32,实践证明防腐层是决定保护效果的第一要素，因此这种“联合保护”也可理解为“,以防腐层为主，阴极保护为辅,”的保护方式。,在防腐层与阴极保护的联合保护中，应注意防腐层与阴极保护的匹配。一味追求高性能的材料、或过于相信阴极保护、不合理降低对防腐层的墓本要求，都是不适宜的。严重的可造成保护的失败。,33,第二节 埋地钢质管道外防腐,一、种类及使用条件,我国石油行业经过几十年的研究、开发及引进，在埋地管道外防腐层应用技术上已形成了系列技术，建立了八大埋地钢质管道外防腐层应用技术，即石油沥青，环氧煤沥青，煤焦油瓷漆，聚乙烯胶粘带，熔结环氧粉末，两层、三层聚乙烯防腐层及硬质聚氨醋泡沫塑料防腐保温层等。,34,35,36,37,38,二、埋地管道外防腐层的性能指标及评价,防腐层原材料的检侧及评价,目的:,抓住原材料质量关。,防腐层性能检测及评价。,作用:不仅能检验最终防腐层产品的性能指标，也能起到检验预制厂施工工艺的合理性及原材料配伍性的目的。是防腐层评价的核心。,预制厂施工检验,目的:,控制预制厂施工的质量。,施工中的检验,作用:,控制防腐层管在搬运，储存及下沟等过程中防腐层的损伤。是防腐层管的最终质量保证。,39,（1）石油沥青防腐层,在选择石油沥青作为埋地管道外防腐层时，应按管道输送介质很度来选择材料。,表6-4 石油沥青材料选择要求,40,表6-5 管道防腐石油沥青质量指标（SY/T0420）,41,表6-6 三种沥青基本性能对比,42,（2）煤焦油瓷漆防腐层,煤焦油瓷漆防腐层在国外应用的历史较长，但国内石油行业只是在90年代才开始应用。,由于煤焦油沥青是芳香族，以及分子结构等,特点,，其吸水率低，与金属的粘结性、抗细菌性能均优于石油沥青。但其仍属热塑性材料，具有低温脆性，高温流淌等特点。,43,表6-7 煤焦油瓷漆性能指标（SY/T0379）,44,表6-8 煤焦油瓷漆和底漆组合性能指标（SY/T0379）,45,（3）环氧煤沥青防腐层,此防腐层是用环氧树脂改性煤沥青，改性后的防腐层系统无论在与金属的枯结性方面，还是耐温性方面较煤焦油瓷漆均有进一步的改善。但此防腐层对施工质量要求较高，较易受机械损伤。,46,表6-9 环氧煤沥青防腐层性能指标,47,（4）熔结环氧粉末防腐层,熔结环氧粉末防腐层在,性能上最突出的优点,是与金属的粘结力好，耐腐蚀性能强，适应温度范围广，耐土壤应力和阴极剥离性能好。但由于该防腐层较薄，所以抗机械损伤能力较差。,48,表6-10 熔结环氧粉末防腐层性能指标（SY/T0315）,49,（5）聚乙烯防腐层,此类防腐层可分为两层结构的聚乙烯防腐层(底胶-聚乙烯)及三层结构聚乙烯防腐层(熔结环氛粉末或环氧涂料-胶粘剂-聚乙烯)。,二层结构聚乙烯防腐层的,主要性能特点,：机械性能高，防腐蚀性能好，施工技术较成熟。但如果底胶的粘结性不好，就会便剥离的聚乙烯层对阴极保护产生屏蔽作用。,50,三层聚乙烯是集中了熔结环氧粉末和聚乙烯的,优点,，即吸收了熔结环氧粉末附着力好的优点，又引入了聚乙烯(国外此类外防腐层也有用聚丙烯材料)机械性能强的优势。使组合后的防腐层系统可适用于各种腐蚀性强、多石方区等恶劣土堆环境。同时由于电绝缘性能好，可扩大阴极保护站的保护范围，节省维修费用。对恶劣土壤环境、长距离、长寿命管道工程尤为经济、适用。,51,（6）聚乙烯胶粘带防腐层,聚乙烯胶粘带防腐层其粘结性有较大改善。同时此材料还具备电绝缘性能好、吸水率低、易施工、价格低的优势。,但据国外有关报道，在聚乙烯胶带的埋地管道上，处于高pH值或近中性pH值的土壤中易发生应力腐蚀破裂(SCC)。此类腐蚀除与管道金属材料材质、所受拉应力、土壤环境有关外，还与防腐层的粘结性密切相关。由于材料、施工等原因，聚乙烯胶粘带在焊缝等处易出现剥离，所以此类腐蚀需引起注意。,52,（,7）硬质聚氨酯泡沫塑料防腐保温层,硬质聚氨酯泡沫塑料防腐保温层发展到今天是目前同类防腐保温层中较经济、有效的一种防腐保稳层系统。在我国油田中、小口输送原油、重质油的加热管道上得到了较广泛应用。总结近十几年该技术的发展经验，主要在以下几方面有所改进。,材料方面,结构方面,配套技术,53,三、施工要求及补口,（1）埋地管道外防腐层施工要求,对防腐层施工要重视以下几点。,严格金属表面预处理。,注意环境因素。,严格按防腐层标准规定的涂敷程序进行施工。,达到防腐层规定的厚度。,严格进行预制厂出厂检测、防腐层管下沟前后检测及补伤等。,54,（2）补口,补口的重要性。,补口材料及施工要求,材料与结构,补口处钢管表面处理,补口施工环境要求,补口施工一般要求,补口质量检测,55,第三节 管道及储罐内防腐层,一、防腐层种类及使用环境,油气田管道及储罐内防腐层或衬里作为内腐蚀控制的重要手段及措施之一，形成了多种材料及系统产品，即形成了液体涂料(包括环氧涂料、聚氨酯涂料等)，环氧粉末涂料，玻璃续片防腐层，水泥砂浆衬里，玻璃钢衬里，富锌涂料等应用技术。,同时为了油田防腐蚀的多方面需要开发、引进了钻杆内防腐层涂料、防锈可焊涂料、防静电涂料等。,56,表6-16 介质与防腐层的选用,57,二、内防腐层的性能指标,（1）液体环氧涂料,以环氧树脂作为主要成膜物并且含有机溶剂的环氧树脂涂料称为液体环氧涂料。,优点：,与金属的附着力强，有优异的耐蚀性能(耐酸、碱、盐、有机溶剂，耐水等)，较好的机械性能及电绝缘性能。,适用介质,温度：,100,储罐设计,压力：,1.6MPa,58,（2）管道熔结环氧粉末内防腐层,优点：,具有良好的防腐蚀性能、粘结性能、耐磨性能，使用寿命长，绝缘性能好，是一种较为理想的石油管道内防腐层材料。,适用介质,温度：,-30100,它不仅能用作防腐层，而且还能起到减阻、降低管道输送动力消耗的作用。,59,（3）管道水泥砂浆衬里,水泥砂浆衬里是一种应用历史悠久、材料来源广泛、施工方便、无毒、经济的内防腐层，在我国石油工业中应用较广泛的材料。此材料主要应用于清水、污水管道，所输送水的,pH值不得低于5,，并且,温度不宜高于60。,60,（4）特殊环境的涂料应用,主要包括,富锌涂料、防静电涂料及耐温涂料,等。,富锌涂料,富锌涂料是一种含大量活性锌粉的涂料，其于膜锌粉的质量百分含量在85%-95%之间。一般作为底漆，特别对恶劣的大气，油、水腐蚀环境具有优异的防锈及防腐作用。,61,表6-26 无机富锌涂料技术指标,62,防静电涂料,分为,添加型和非添加型,。,目前油田较多应用的是有机添加型防静电徐料。主要由合成树脂(包括环氧、聚氨酷、酚醛聚醋等)、导电填料(包括银粉、铜粉、铝粉、镍粉、导电炭黑、导电云母、石墨等)、溶剂及添加剂组成。,性能特点：,耐油性好、对油品无污染；有良好的导电性；具有良好的防腐性及耐热性；韧性、附着力、抗冲击、耐磨性好。,63,漆酚环氧耐温防腐层,a.化学稳定性好，耐水及沸水，特别在潮湿环境中耐腐蚀性可超过舰乙烯漆。长期使用温度可达120。,b.与金属附着力强，韧性、耐磨性好，使用寿命较长。,c.干燥快、毒性低、施工方便。,64,有机硅耐高温防腐层,纯有机硅涂料的,特性,：耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐候、僧水、防霉、绝缘。,缺点：,强度较低、与金属附着力差，耐溶剂性差。因此常与醇酸树脂，环氧树脂，漆酚树脂等树脂加以改性。,有机硅涂料的耐温性一般在300-500，最高可达800-900。,65,66,第四节 架空管道及储罐外防腐层,一、聚氨酯防腐涂料,聚氨酯涂料是以聚氨基甲酸酯树脂为基料的涂料，具有优良的防腐蚀、机械等性能。,优良的耐化学介质性能。耐油、酸、溶剂、水、碱，盐等介质性能良好。,优良的机械性能。漆膜坚硬、柔韧、耐磨、与金属附着力较好。,耐热性及电绝缘性能良好。,可与多种树脂进行改性，可低温或室温固化。,67,聚氨酯涂料与环氧树脂涂料不同之处：,聚氨醋涂料在0能固化良好，而环氧树脂涂料在10以下固化缓慢。,聚氨酷涂料的耐碱性不如环氧树脂涂料。,环氧树脂涂料属刚性涂料，耐聚氨酣涂料可调节配方制成刚性及弹性涂料。,聚氨酯涂料的耐候性较环氧树脂涂料的好。,聚氨酯涂料的储藏性能不如环氧树脂涂料。,聚氨酯涂料中含有活泼的NCO基团，对人呼吸道有刺激作用。,68,聚氨酯防腐涂料在施工、储存时应注意以下几点：,双组分涂料必须准确称量，充分搅拌，并需熟化20min后方可施工。,取料完毕应密封桶盖，以免涂料吸潮变质。,上道漆未干透前即涂敷下一道漆，使两层间结合紧密。,喷涂时宜采用无空气喷涂，不仅效率高，而且不会带入压缩空气中的水、油等杂质。,69,二、高氯化聚乙烯防腐层,高氯化聚乙烯涂料性能特点如下:,（1）优良的化学稳定性耐酸、碱、盐、化学药剂，耐水和油。,（2）良好的耐温及耐候性适用温度为-2080，可在-15条件下施工，耐湿热老化及臭氧。,（3）耐菌及耐火特性阻止细菌及霉菌的生长，阻燃。,（4）优异的机械性能与金属附着力高，抗冲击，柔韧性好。,（5）施工性能好施工方便、费用低、成膜厚、价格适中。,总之，其综合防腐性能优于氯成化聚乙烯、氯化橡胶等。适用于石油、石化、城市煤气等管道、储罐的外壁防腐蚀。,70,三、氯化橡胶防腐涂料,氯化橡胶是由天然橡胶或异戊橡胶氯化而得的白色粉末状产品，将它溶于有机溶剂(芳烃、卤烃等)中，加入增塑剂、稳定剂、防沉剂和颜料、填料(钦白、炭黑、滑石粉等)及根据需要加醉酸等树脂，制成氯化橡胶涂料。,特点：,化学稳定性好，耐水、耐潮、耐磨、耐候性好；不耐溶剂和氧化性酸。,71,氯化橡胶可采用刷涂、喷涂和滚涂等施工方法，自然干燥。施工时需注意以下两点：,由于此涂料挥发快，刷涂和滚涂时应注意不要将刷子或辊筒来回移动，以免产生拉丝和起泡现象。,在重涂时应尽量采用喷涂并在头道漆膜干透后再涂下一道漆，以避免咬底现象。,72,四、热喷涂锌、铝及其合金覆盖层,此被盖层主要应用于大气和水腐蚀环境中，国内外大量应用实践证明其寿命在20-30年，甚至长达50年。其防护原理是由于锌、铝及其合金的电极电位比钢铁负，一方面对钢铁基体能起阴极保护作用。另一方面因腐蚀速率比钢铁低得多，所以相对铁基体具有良好的耐腐蚀性。,73,五、氯磺化聚乙烯防腐层,此防腐层是以氧磺化聚乙烯橡胶为主要成膜基料，加入改性树脂、促进剂、稳定剂、硫化剂等，充分溶于有机溶剂中配制而成。,性能特点：,(1)有明显的耐候性及耐离子辐射性，抗氧化和臭氧作用。,(2)优良的耐酸、碱、盐，耐水、油，耐热抗寒性能。,(3)良好的韧性和粘结性，耐磨、防霉、防植物根系穿透。,(4)施工方便，成膜厚。,适用于石油架空管道、储罐、钢架等设施外壁防腐蚀，适用温度小于100。,74,第五节 管道防腐层修复技术,一、修复原则、检测及评价,管线修复的内容是根据保护对象腐蚀和防护的情况，对管道金属及防腐层进行修复。开展此项工作需本着,“适当的材料，适当的修复方法、适当时机”的原则,，按照科学的程序进行。,75,二、管道外防腐层修复,（1）管道外防腐层修复的主要程序及材料,管道外防腐层修复主要有三大程序，即旧防腐层清除，金属表面预处理及新防腐层施工。,第一程序：三种方法,人工机械法；机械清除法；水力清除法。,第二和第三程序是相互联系的，即选择什么类型的防腐层修复材料就决定了其金属表面预处理要求。,76,目前我国管道外防腐层修复较多应用如下几种材料：,石油沥青,优点：,价格相对便宜，货源充足，对环境条件、施工条件、管体清理要求等均相对较低。,缺点：,现场施工过程中，质量控制难点较多。现场修复施工工艺方法尚不成熟，质量难以保证。,77,聚乙烯胶粘带等半预制型冷缠材料,优点：,在防腐蚀性能、理化性能上都高于石油沥青，且质量均匀易控制，施工简便，对环境、施工条件的适应性比石油沥青高。可延长可施工期，施工工艺简便，手工机械、电动机械均能施工。,缺点：,造价比石油沥青稍高，但应考虑对焊缝处的处理。,78,液态冷涂固化类材料,优点：,防腐蚀性能良好，只要选择恰当，其施工工艺、环境适应性方面都能满足在用管道防腐层更换的要求,缺点：,对管体表面清理、除锈、除脂，防尘等要求较高，价格较贵，对固化条件有一定要求。,目前此类材料在国外管道外防腐层修复中用得较多的有高固体份、无溶剂环氧树脂徐料、聚氨酯涂料等。,79,（2）管体外壁腐蚀损伤的修补,防腐层修复作业中，将伴随管体腐蚀损伤修补的问题。修补工艺方法应依据管体腐蚀损伤部分的剩余强度判断。,80,（3）防腐层更换中应注意的问题,管子位移问题。,忽视“三穿”部位问题。,质量控制问题。,81,三、管道内防腐层修复,（1）管道内防腐层清除技术及管道内表面清洗技术,内防腐层清除技术：高压水射流清洗技术，间歇浸泡清洗技术，连续双向清洗技术，空气爆破清洗技术等。,82,（2）内防腐层修复,技术主要有翻转内衬法、管内涂布固化法、塑料管穿插法。,表6-42 管道内衬修复工艺的比较,83,第七章 管道及储罐电法保护技术第一节 概述,一、阴极保护原理,金属在电解质溶液中，由于金属本身存在电化学不均匀性或外界环境的不均匀性，都会形成腐蚀原电池。在原电池的阳极区发生腐蚀，不断输出电子，同时金属离子溶入电解液中。阴极区发生阴极反应，视电解液和环境条件的不同，在阴极表面上析出氢气或接受正离子的沉积。如果给金属通以阴极电流，整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移，使金属阴极极化，这就可以抑制阳极区金属的电子释放，从根本上防止金属腐蚀。,84,二、阴极保护主要参数与保护准则,（1）自然电位,自然电位是金属埋入土壤后，在无外部电流影响时的对地电位。自然电位随着金属结构的材质、表面状况和土质状况,含水量等因素不同而异,一般有涂层埋地管道的自然电位在-0.40.7 V CSE 之间,在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，,一般取平均值-0.55V,。,（2）最小保护电位,金属达到完全保护所需要的最低电位值。一般认为，金属在电解质溶液中，极化电位达到阳极区的开路电位时，就达到了完全保护。“在通电的情况下,埋地钢铁结构最小保护电位为-0.85V,CSE或更负,在有硫酸盐还原菌存在的情况下，最小保护电位为-0.95V CSE，该电位不含土壤中电压降（IR降）”。,85,二、阴极保护主要参数与保护准则,（3）最大保护电位,保护电位不是愈低愈好,是有限度的,过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气,造成涂层与管道脱离，即，阴极剥离,不仅使防腐层失效,而且电能大量消耗,还可导致金属材料产生氢脆进而发生氢脆断裂,所以必须将电位控制在比析氢电位稍高的电位值,此电位称为最大保护电位,超过最大保护电位时称为过保护。最大保护电位的限制应根据覆盖层及环境确定，以不损坏覆盖层的粘结力为准,一般瞬时断电电位不得低于-1.10V,CSE。,（4）最小保护电流密度,使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度,称作最小保护电流密度,其常用单位为mA/m,2,表示。,处于土壤中的裸露金属，最小保护电流密度一般取10mA/m,2,。,86,三、电法保护类型,在管道及储罐电法保护工程中，经常使用的电法保护类型有：,外加电流阴极保护、牺牲阳极阴极保护、直流杂散电流排流保护，交流杂散电流排流保护等。,87,三、电法保护类型,（1）外加电流阴极保护 外加电流阴极保护又称强制电流阴极保护。它是根据阴极保护的原理，用外部直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极接被保护构筑物，将电源的正极接至辅助阳极。在电流的作用下，使被保护构筑物对地电位向负的方向偏移，从而实现阴极保护。,88,（2）牺牲阳极阴极保护 在腐蚀电他中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。根据这一原理，把某种电极电位比较负的金属材料与电极电位比较正的被保护金属构筑物相连接，使被保护金属构筑物成为腐蚀电池中的阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极阴极保护。,89,外加电流和,牺牲阳极两种方法的比较,优 点,外,加,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对邻近金属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,方法,缺 点,90,（3）直流排流保护 将管道中流动的直流杂散电流排出管道，使管道免受电蚀的方法称为直流排流保护。,依据排流接线回路的不同，排流法可分为直接、极性、强制、接地四种排流方法。,（4）交流排流保护 将管道中流动的交流杂散电流排出管道，使管道免受电蚀与损坏，避免在管道上施工作业的人员遭受电击的方法称为交流排流保护。,91,四、阴极保护在油气田的应用,阴极保护技术主要用于以下方面：,a埋地长输钢质管道的阴极保护。,b管网的区域性阴极保护。,c大型钢质储罐底板外壁。,d容器内壁阴极保护。,e,海洋油气田开发环境中钢结构和海底管线,92,1.,埋地长输钢质管道的阴极保护,针对埋地管线发生电化学腐蚀破坏的特点,阴极保护技术是埋地管道土壤腐蚀控制一项经济、有效的措施，,与防腐涂层联合使用，能有效地弥补涂层缺陷造成的腐蚀，成倍地延长管道的使用寿命,。,70年代以来，,欧美、日本、前苏联等发达工业国家纷纷立法“禁止未加阴极保护而只用防腐蚀涂层的地下金属管道使用,”。,我国埋地油气管道的阴极保护始于1958年,六十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用,目前,全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统。,93,1.,埋地长输钢质管道的阴极保护,根据线路地质勘查地形、地貌、土壤电阻率、腐蚀性等资料、以及工程规模、管道材质规格、防腐层、工艺站场布置等情况确定保护方案。,目前绝大部分埋地长输管道采用外加电流阴极保护，牺牲阳极只在局部采用，要求管道有良好的防腐绝缘层,。,94,2.,区域阴极保护,区域阴极保护保护的主要对象是油水井套管和管网及设备，其特点是：,地下钢构筑物的几何形状复杂；管道呈密集网状分布；干扰电流来源普遍存在；地下钢质构筑物的绝缘情况不一；保护电流需要量大；被保护对象在不断变化。,通常主要采用外加电流阴极保护的保护方式,局部牺牲阳极补充。,95,3.,罐底板外壁阴极保护,罐底外壁阴极保护可根据具体情况和技术要求，选用牺牲阳极保护和强制电流阴极保护方式。,对于罐底板面积较小而周围土壤电阻率较底时，可选用牺牲阳极保护，通常用镁阳极。,对于直径较大的罐底板，所需保护电流也大，采用强制电流法更为适宜和经济，其电流、电压可根据需要任意调节。,96,3.,罐底板外壁阴极保护,金属氧化物线状网状阳极技术是近年来发展起来的新型罐底外壁阴极保护技术，在国内大型储罐都采用了该技术，效果很好。该技术具有以下优点：,a.电流分布非常均匀；,b.储罐与管道之间不需绝缘；,C.产生的杂散电流很少，不会对其他结构造成干扰；,d.使用寿命长；,e.不需回填料；,F.不易受今后工程施工的损坏。,97,4.,容器内壁阴极保护,保护对象主要是油罐、水罐及其它油水设备内壁，与水介质相接触的部位。,可以采用牺牲阳极也可采用外加电流的方式，国外也采用丝状的混合金属氧化物阳极辅助阳极系统，主要用于水罐。国内考虑安全问题，同时也方便管理，采用牺牲阳极保护。,牺牲阳极采用耐高温高效铝合金牺牲阳极，设计寿命大于等于15年。在,SRB存在的条件下，控制钢结构保护电位达到-0.95V,。,98,4.,容器内壁阴极保护,阳极的选择应根据水相介质成分和温度进行筛选。采用,罐内牺牲阳极保护，要考虑涂层材料的选择，应采用高绝缘电阻、抗阴极剥离性强的重防腐涂料，不应采用导静电涂料，以避免阳极材料的浪费,。,99,5.,海洋油气田开发环境中钢结构和海底管线,钢结构固定式平台的主要部分有导管架、桩、甲板及上部建筑。阴极保护主要用于保护浸在海水及埋在海泥中的结构件。,海底输油、输气管线,国内外普遍采用牺牲阳极来保护。牺牲阳极材料有锌合金和铝合金。这两种阳极在海泥中的电化学性能不同于海水中，尤其是铝合金阳极电容量减小，电流效率降低。在海底管线保护上一般采用手镯式阳极。,100,5.,海洋油气田开发环境中钢结构和海底管线,101,