阀门管道的防腐与保温Word格式.docx
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土壤
—
2.9
1.5
25
5
0.17
0.31
1
10
3
0.14
0.32
0.29
8
0.7
管道运输工程中的管道和金属结构件主要是碳钢和低碳合金钢，必须采取可靠的防腐措施。
2．腐蚀因素
管道运输工程不论是明设还是埋设，很容易形成腐蚀原电池。
影响腐蚀的因素主要有：
（1）空气湿度：
空气中存在一定水蒸气，它是腐蚀的主要因素。
空气湿度越高，金属越容易腐蚀。
（2）环境腐蚀介质的含量：
腐蚀介质含量越高，金属越容易腐蚀。
（3）土壤中杂散电流的强弱：
埋地管道的杂散电流越强，金属越容易腐蚀。
对土壤腐蚀性影响较大的4个因素有：
a．土壤电阻率：
土壤电阻率直接受土壤颗粒大小、含水量、含盐量的影响，应由工程地质勘察报告给出土壤的电阻率。
如下表给出了土壤腐蚀性与土壤电阻率的关系：
土壤腐蚀性与土壤电阻率的关系
土壤电阻率/Ω·
m
＜20
20～50
＞50
土壤腐蚀性等级
强
中
弱
b．土壤中的氧：
土壤中含氧量与土壤的湿度和结构有关，干燥土壤的含氧量多，潮湿土壤的含氧量少。
湿度和结构不同，其含氧量可能相差很大，土壤的湿度和结构不同，其含氧量可能相差几万倍，这些都会形成氧浓差电池腐蚀。
c．土壤的pH值：
多数土壤显示中性，pH值在6～7.5中间。
我国北方土壤多略偏碱性，南方土壤多略偏酸性。
从土壤类型看，碱性砂质粘土和盐碱土pH值多在7.5～9.5之间，腐植土和沼泽土pH值在3～6之间，属于酸性。
一般说，酸性土壤的腐蚀性强。
d．土壤中的微生物：
土壤中的微生物对金属的腐蚀有很大影响，主要为厌氧的硫酸盐还原菌和好氧的硫杆菌、铁细菌等，其中以硫酸盐还原菌危害最甚。
对沼泽地带、硫酸盐类型的土壤，要特别注意微生物的作用，在这种条件下阴极保护负电位要提高-100mV。
3．外防腐绝缘层
（1）防腐绝缘层的质量要求
将防腐涂料均匀致密地涂覆在经除锈的金属管道外表面，使其与各种腐蚀性介质隔绝，消除电化学腐蚀电池的电路，是管道外防腐最基本的防腐措施。
金属表面涂刷各种涂料后，经固化形成的涂料膜，能够牢固地结合在金属表面上，使其与外界环境严密隔绝。
（2）防腐绝缘层应具备下述性能和技术要求：
a．有良好地稳定性
1）耐大气老化性能好；
2）化学稳定性好；
3）耐水性能好，吸水率小；
4）有足够的耐热性，确保在使用介质温度和最高气温下不变形、不流淌、不皱皮、不易老化；
5）耐低温性能好，在堆放、运输和施工后，防腐涂料不龟裂、不脱落。
b．有足够的机械强度
1）有一定的抗冲击强度，以防止由于搬运中碰撞和土壤压力而造成损伤；
2）有良好的抗弯曲性，以使在管道施工时不致因弯曲而损坏；
3）有较好的耐磨性，以防止在施工中受外界摩擦而损伤；
4）针入度须达到足够的指标，以便使涂层能抵抗较集中的负荷；
5）与管道有良好的粘结性和附着力。
c．有良好的电绝缘性
1）防腐层的电阻不小于100000Ωm2；
2）耐击穿电压强度不得低于电火花检测仪检测的电压标准。
d．防腐层应具有耐阴极剥离强度的能力
e．防腐层破损后易于修补
f．抗微生物侵蚀性能好
g．不透气、不透水，容易干燥凝固
（3）选择防腐涂料时，应考虑下述因素：
a．管道运行的介质温度和施工、生产过程中的环境温度；
b．管道通过地区的土壤性质；
c．防腐涂料的装卸和储存条件；
d．防腐涂料性能是否符合标准要求（是否合格），性能是否优良；
e．施工工艺是否先进；
f．防腐涂料的价格和施工费用情况。
4．钢材的表面处理
（1）钢材表面状态的影响
防腐质量的好坏取决于防腐涂料与钢材的附着力，而附着力取决于除锈质量。
钢材表面处理的目的是：
①提高钢材的防腐能力；
②增加钢材与涂膜之间的附着力；
③有利于顺利进行涂装作业，保证涂膜质量，以最大限度地发挥涂料防腐性能；
④延长涂膜的耐久性。
涂装前不同表面处理方法对涂装质量有较大影响。
如采用相同底面配套漆膜，在相同条件下经两年曝晒后，其漆膜锈蚀的情况如表所示。
不同表面处理的漆膜锈蚀情况
表面处理方法
漆膜锈蚀情况
不经除锈
手工除锈
酸洗除锈
喷砂磷化处理
60％
20％
15％
仅有个别锈点
（2）钢材表面除锈质量等级标准
我国原石油部制定的《涂装前钢材表面预处理规范》（SY/T0407-1997）是参照美国钢结构的质量等级制定的，其质量等级标准如表所示。
钢材表面除锈质量等级标准
处理方法
等级标准
说明
清洗
用溶剂、碱清洗剂、蒸汽、酒精、浮液或热水除掉油、油脂、灰土、盐和污物
手动工具除锈
St2级
用手动工具或钢丝刷铲、磨、刮或刷除掉疏松的锈松动的氧化皮和疏松的旧涂层，达到规定的除锈质量标准
动力工具除锈
St3级
用动力工具或动力钢丝刷铲、磨、刮或刷除掉疏松的锈松动的氧化皮和疏松的旧涂层，达到规定的除锈质量标准
白级喷（抛）射除锈
Sa3级
用砂轮或喷嘴抛射或喷射（干喷或湿喷）砂、钢砂或钢丸，除掉所有可见的氧化皮、旧涂层和外来污物，使金属表面显示均匀的金属光泽
近白级喷（抛）射除锈
Sa2½
级
喷射除锈至近白级，直到至少有95％的表面上没有肉眼可见的残留物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑
工业级喷（抛）射除锈
Sa2级
喷射除锈钢材表面可见的油脂和污垢，以及氧化皮，铁锈和旧涂层等附着物已基本清除（表面积75％），其残留物应是牢固附着的
清扫级喷（抛）射除锈
Sa1级
喷射除锈，除了牢固粘结在表面上的氧化皮锈和旧漆允许留下外，一切污物均除掉，露出大量均匀分布的基底金属斑点
酸洗
采用酸洗、双重酸洗或电解酸洗，将锈和氧化皮全部除掉
钢管表面处理方法有手工除锈、机械除锈、喷（抛）除锈、火焰除锈、化学除锈多钟方法，可根据不同的施工要求和条件选择使用。
5．管道外壁防腐蚀层
20世纪70年代以来，由于油气长输管道向极地、海洋、冻土、沼泽、沙漠等严酷环境延伸，对防腐层性能提出了更严格的要求，因此在管道防腐材料研究中，各国都着眼于发展复合材料或复合结构。
强调防腐层具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应性能等，满足防腐、绝缘、保温、增加强度等多种功能要求。
（1）常用外壁防腐蚀层
a．各种外壁防腐蚀层的性能和使用条件：
各国根据本国的资源情况，管道工作环境和技术水平等，逐步形成了各种防腐材料系列，其技术性能和使用条件如表所示。
外防腐层的技术性能和使用条件简表
分项
涂层类别
石油沥青
煤焦油瓷漆
环氧煤沥青
塑料胶粘带
聚乙烯包覆层（夹克）
环氧粉末涂层
底漆
材料
沥青底漆
焦油底漆
煤沥青、601＃环氧树脂混合剂等
压敏型胶粘剂或丁基橡胶
丁基橡胶和乙烯共聚物
无
涂层
石油沥青，中间材料为玻璃网布或玻璃毡等
煤焦油沥青，中间材料为玻璃网布或玻璃毡等
煤沥青、634＃环氧树脂混合剂、玻璃布等
聚乙烯、聚氯乙烯（带材）
高（低）密度聚乙烯（粒料）
聚乙烯、环氧树脂、酚醛树脂（粉末）
结构
采用薄涂多层结构
同左
普通：
1层内带
1层外带
加强：
2层内带
特强：
2层外带
涂料连续紧密粘结在管壁上，形成硬质外壳
涂层熔化在管壁上，形成连续坚固的薄膜
厚度
/mm
普通≥4.5
加强≥5.5
特强≥7
普通≥3
加强≥4.5
特强≥5.5
普通≥0.2
加强≥0.4
特强≥0.6
0.7～4
1～3.5
0.2～0.3
适用温
度/℃
–20～70
一般：
–30～60
特殊：
–60～100
–40～80
–40～107
施工及
补口
方法
工厂分段预制或现场机械连续作业，补口多用石油沥青现场补涂
多采用工厂预制，补口多用热烤带
工厂分段预制或现场机械连续作业，补口用相同材料涂刷
主要采用现场机械连续作业
采用模具挤出或挤出缠绕法，工厂预制，补口用热收缩套
采用静电喷涂等离子喷涂工厂分段预制，用热收缩套或喷涂后固化补口
优、
缺点
技术成熟，防腐可靠，物理性能差，且受细菌腐蚀
吸水率低，防腐可靠，物理性能差，抗细菌腐蚀，现场施工时略有毒性
机械强度高，耐热、耐水、耐介质腐蚀能力强、常温固化时间长，要求除锈严格，表面干燥
绝缘电阻高，易于施工，物理性能差
很好的通用防腐层，物理性能和低温性能好，技术复杂，成本较高
防腐性能好，粘结力强，强度高，抗阴极剥离好，技术复杂，成本高
适用
范围
材料来源丰富地区
适用于普通地形及海底管道
干燥地区
各类地区
大口径、大型工程、沙漠热带地区
b．常用外壁防腐蚀层
1）石油沥青防腐蚀层：
石油沥青用作管道防腐材料已有很长历史。
由于这种材料具有来源丰富、成本低、安全可靠、施工适应性强等优点，在我国应用时间长、使用经验丰富、设备定型，不过和其他材料相比，已比较落后。
其主要缺点是吸水率大，耐老化性能差，不耐细菌腐蚀等。
2）煤焦油瓷漆防腐蚀层：
煤焦油瓷漆（煤沥青）具有吸水率低、电绝缘性能好。
抗细菌腐蚀等优点，即使在新型塑料防腐蚀层迅猛发展的近30年，美国油、气管道使用煤焦油瓷漆仍占约半数。
目前我国只在小范围内使用，有待进一步推广。
主要原因是热敷过程毒性较大，操作时须采取劳动保护措施。
3）环氧煤沥青防腐蚀层：
由环氧树脂、煤沥青、固化剂及防锈颜料所组成的环氧煤沥青所组成的环氧煤沥青涂料，具有强度高、绝缘好、耐水、耐热、耐腐蚀介质、抗菌等性能，适用于水下管道及金属结构防腐。
同时具有施工简单（冷涂工艺）、操作安全、施工机具少等优点，目前已在国内油气管道推广应用。
不过这种防腐蚀层属于薄型涂层，总厚度小于1mm，对钢管表面处理、环境温度、湿度等要求很严，稍有疏忽就会产生针孔，因此施工中应特别注意。
4）塑料胶粘带防腐蚀层：
在制成的塑料带基材上（一般为聚乙烯或聚氯乙烯，厚0.3mm左右），涂上压敏型粘合剂（厚0.1mm左右）即成压敏型胶粘带，是目前使用较为普遍的类型。
它是在掺有各种防老化剂的塑料带材上，挂涂特殊胶粘剂制成的防腐蚀材料，在常温下有压敏粘结性能，温度升高后能固化，与金属有很好的粘结力，可在管道表面形成完整的密封防腐蚀层。
胶粘带的另一种类型为自融型带，它的塑料基布薄（0.1mm左右），粘合剂厚（约0.3mm），塑料布主要起挂胶作用，粘合剂则具有防腐性能。
由于粘合层厚，可有效地关闭带层之间地间隙，防止水分从间隙侵入。
5）聚乙烯包覆层：
通过专用机具将聚乙烯塑料热塑在管道表面，形成紧密粘接在管壁上的连续硬质塑料外壳，俗称“夹克”。
其应用性能、机械强度、适用温度范围等指标均较好，是性能优良的防腐涂层之一，我国自1978年以来，陆续在各油田试用。
夹克防腐层的补口，一般可采用聚乙烯热收缩套（带、片）。
6）环氧粉末涂层：
环氧粉末涂层是将严格处理过的管子预热至一定温度，再把环氧粉末喷在管子上，利用管壁热量将粉末融化，冷却后形成均匀、连续、坚固的防腐薄膜。
热固性环氧粉末涂层由于其性能优越，特别适用于严酷苛刻环境，如高盐高碱的土壤，高含盐分的海水和酷热的沙漠地带的管道防腐。
环氧粉末涂层喷涂方法自20世纪60年代静电喷涂研究成功到现在，已形成了完整的喷涂工艺，正向高度自动化方向发展。
四、管道的阴极保护与杂散电流保护
1．阴极保护的基本原理
金属管道的周围环境包括土壤、水和含有水蒸气的气体，均含有一定的电解质，尤其是埋设的金属管道和水下特别是海水中的金属管道，周围环境的电解质含量更多，因此金属管道几乎都存在电化学腐蚀。
除采用外防腐涂料防腐外，还要采用阴极保护措施抑制电化学腐蚀。
另外当外界有杂散电流时，例如电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统等直流电力系统，会使处在电解质溶液中的金属管道产生电解而腐蚀，应采取排流保护措施。
电化学腐蚀分为原电池腐蚀和电解腐蚀。
原电池腐蚀系指金属在电解质溶液中形成原电池而产生的腐蚀；
电解腐蚀系指外界杂散电流使电解溶液中的金属进行电解而产生的腐蚀。
阴极保护的原理如图所示
阴极保护的基本原理
被保护的金属管道电位较低，称为阳极，辅助阳极或牺牲阳极电位更低，两者之间在电解质溶液中产生电流，使被保护的金属管道得以保护。
阴极保护有两种方法，其原理相同。
外加电流阴极保护：
利用直流电源，通过辅助阳极对被保护的金属管道通以恒定电流，使阴极变化，以防止腐蚀，此法为外加电流保护法，如图所示。
两种阴极保护方法的优缺点比较如表所示。
两种阴极保护方法的优缺点比较
优点
外
加
电
流
阴
极
保
护
方
法
1单站保护范围大，因此管道越长，相对投资越小
2驱动电压高，能够灵活控制阴极保护电流，可供给较大保护电流
3不受土壤电阻率的限制，在恶劣的腐蚀条件下也能使用
4采用难溶性阳极材料，可作长期的阴极保护
1一次性投资费用较高
2需要外部电源
3对邻近的地下金属结构物干扰大
4维护管理较复杂
牺
牲
阳
1保护电流的利用率高，不会过保护
2适用于无电源地区和小规模分散的对象
3对邻近的地下金属结构物几乎无干扰，施工技术简单
4安装及维护费用小
5接地和防腐兼顾
1驱动电压低，保护电流调节困难
2使用范围受土壤电阻率的限制
3对于大口径裸管或防腐涂层质量不良的管道，由于费用高，一般不宜采用
4在杂散电流干扰强烈地区，将丧失保护作用
5投产测试工作较复杂
辅助阳极材料要有良好的导电性和抗腐蚀性，常用的有碳钢、铸铁、石墨、高硅铸铁、磁性氧化铁等。
常用阳极材料性能如表所示。
常用阳极材料性能
性能
阳极材料
碳钢
石墨
高硅铸铁
磁性氧化铁
密度/（kg/m3）
20℃电阻率/（Ω·
cm）
抗弯强度/（105Pa）
抗压强度/（105Pa）
消耗率/[kg/（A·
a）]
允许电流密度/（A/m2）
利用率（％）
7800
17×
10–6
9.1～10
50
450～1680
700×
80～130
140～350
0.4～1.3
5～10
66
7000
72×
14～17
70
0.1～1
5～80
5100～5400
3×
10–2
与高硅铸铁相似
0.02～0.15
100～1000
综上所述，无论采用何种方法，都必须使产生的电流足以克服和抵消腐蚀电流，从而停止金属管道的腐蚀，受到有效的保护。
牺牲阳极材料需要满足下述要求：
1）驱动电位大，使被保护金属管道阴极极化。
2）阳极极化率小，使电位及输出电流稳定。
3）单位重量消耗提供电量多，单位面积输出电流大，电流效率高。
4）价格低廉，来源广，制造简单，便于施工。
常用的牺牲阳极材料有镁基合金、铝基合金、锌基合金三大类，其基本性能如表所示。
牺牲阳极材料的性能
性能
纯镁、镁、锰
镁合金（Mg-6Al-3Zn）
铝合金（Al-Zn-In）
纯锌、锌合金
阳极开路电位/V
对钢铁的有效电压/V
理论产生电量/（A·
h/g）
1740
1.56
0.75
2.2
1770
1.48
0.85
2.21
2830
1.08
0.25
2.87
7140
1.03
0.2
0.82
海水中
电流效率（％）
发生电量/（A·
1.1
55
1.22
7.2
80
3.8
95
0.78
11.8
土壤中
40
0.88
1.11
65
1.86
0.53
2．杂散电流的腐蚀及防护
（1）直流电对腐蚀的影响
电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统，都会在土壤中产生杂散电流，使地下管道产生电化学腐蚀，其腐蚀程度要比一般的土壤强烈得多，有杂散电流存在时，管地电位差可能高达8～9V，较无杂散电流的零点几伏电位差大得多，其影响可远达几十公里，必须采取防护措施。
（2）防止杂散电流的措施
除使长输管道远离杂散电流外，如果不能远离，长输管道防止杂散电流的主要措施是排流保护，即用绝缘的金属电缆将被保护的金属管道与排流装置连接，将杂散电流引回铁轨或回归线（负极母线）上。
电缆与管道的连接点称为排流点。
排流保护可分为简单排流保护、极性排料保护、接地式排流、强制排流等，在工程设计中由电力专业设计人员确定。
由于杂散电流通过管道时电位变化幅度较大，所以地下管道采用排流保护的段落，一般都不用阴极保护。
（3）阴极保护的抗干扰措施
当各种管道密集分布或平行铺设时，某一根管道的阴极保护设施会对其他管道产生干扰，不仅会影响被保护管道的防护效果，还会加速未防护管道的腐蚀。
为防护这种干扰影响，应尽可能使未防护管道远离阴极保护设施，否则应采取下述抗干扰措施：
1）采用绝缘法兰隔离有阴极保护的管段和无阴极保护的管段，一般在被保护管道的出站口、大型穿越障碍物的两端、杂散电流影响段，被保护管道与其他不应受到阴极保护的管道连接处应装设绝缘法兰。
绝缘法兰采用绝缘垫片，每个螺拴都加绝缘圈和绝缘套管，使两个法兰完全绝缘。
组装后要做绝缘性能试验，用500V兆欧表摇测，其绝缘电阻大于5MΩ方可焊到管道上。
2）采用加“均压线”的方法，将未保护管道与保护管道用电缆连接起来，以保持各处电位的平衡，实行联合阴极保护，一般长输管道每隔50m左右设一“均压线”。
3）在距阳极较远有电流从管道流出的部位，安装一个牺牲阳极与管道相连，使杂散电流经牺牲阳极流入地下。
（4）交流输电线感应腐蚀的防护
一般来说交流电引起的腐蚀比直流电小得多，大约为直流电的1％以下。
但是当高压交流输电线与管道平行架设时，由于静电场和交变磁场的影响，对金属管道感应而产生交流电流，这时对管道的影响和危害却不能忽视，在交直流叠加的情况下，交流电的存在可引起电极表面的去极化作用，使腐蚀加速。
除尽可能避免或缩短平行段的长度外，还应采取下述措施：
1）将管道串接大电容接地，或在管道与电力系统接地之间安装接地电池。
接地电池由一对或几对用绝缘块隔开的锌阳极构成，埋在低电阻率的回填土中。
2）为防止高压电对人员的危害，在所有露出地面的金属管道附属设施处，需作接地处理，以消除静电干扰。
在管道工作人员接触有关部位，设接地栅极或接地电池，将感应的交流电引入大地，防止工作人员受电击。
3）为防止绝缘法兰被击穿，应在法兰上安装避雷器或放电器，或将法兰两端与接地电池相连。
4）严格遵循有关安全规程。
五、金属阀门管道的内壁涂层
1．内壁涂层技术在国内外的应用
为了防止管道内壁腐蚀、降低内壁粗糙度、增加输送能力、延长管道使用寿命，20世纪60年代以来，内壁涂层技术在国外得到迅猛的发展，1968年美国石油学会（API）制定了《输气管道内涂层的推荐准则》，对内涂层材料、施工和质量都作了严格规定，之后英国、法国、荷兰、加拿大等国家相继制定了内壁涂层的标准。
我国采用内壁涂层技术始自20世纪70年代，首先应用水泥浆作给水管道的衬里，以解决管内壁的腐蚀结垢问题，并制定了《埋地给水钢管道水泥浆衬里技术标准》（CECS10：
1989），现已在全国推广应用，该标准适用于DN≥500的室外给水钢管道。
对于室内给水管道，已废止使用黑铁管和镀锌钢管，推广采用适于输送饮用水的硬质聚氯乙烯管材、高密度聚乙烯管材和铝塑复合管。
我国石油行业制定了《钢质管道熔结环氧粉末内涂层技术标准》（SY/T0442-1997），经原能源部批准于1990年10月1日实行，但国内长输管道内涂层尚处于试验研究阶段。
2．内壁涂层的效果及性能要求
（1）内壁涂层的效果
管道外壁涂层只能解决管道周围环境对外壁的腐蚀，不能解决输送介质对内壁的腐蚀。
为此，应采取内壁涂层的措施，内壁涂层的技术经济效果有如下各点：
1）防止内壁腐蚀，例如硫化物（硫化氢、硫醇等）、水、氧、厌氧细菌都会引起油气管道的内壁
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