防腐讲义.docx
《防腐讲义.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《防腐讲义.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
防腐讲义
第一讲概述
1．1腐蚀的概念
广义：
腐蚀是材料与周围环境反应而引起材料的破坏与变质。
狭义：
金属的腐蚀是指金属与周围环境发生的化学或电化学反应，而引起的金属的损坏及变质。
A,化学反应：
Fe+O2Fe2O3Fe+2H+Fe2++H2
B,电化学反应：
Fe-2eFe2+
2H+2eH2或O2+2H2O4OH-
其实质是：
金属原子失去电子而被氧化
1．2腐蚀的危害及防腐工作的重要性
1．腐蚀的危害
1）腐蚀是造成石油工业中金属设备、设施破坏的主要原因之一，它加剧了设备及管道的损坏和人员的伤亡，造成石油生产中停产，停工；跑，冒，滴，漏等事故
2）污染环境，危害人民健康
3）油品流失，增加石油生产成本，甚至影响正常生产
2．防腐工作的重要性
1）加强防腐工作，提高防腐技术水平和管理水平，对企业有
重要的经济意义
2）加强防腐工作，提高防腐技术水平和管理水平，对企业有
重要的现实社会意义
1．3公司目前防腐状况
1．1、简述
目前公司运行管线已达到700多公里。
克—乌Φ273，独—三Φ273管道均采用沥青特强级防腐外加阴极保护的防护方式；独—乌Φ426管道，管线采用熔结环氧粉末涂层防腐，克—三Φ219管线部分管段采用熔结环氧粉末涂层防腐，部分管段采用PE粘胶带，都采用外加电流阴极保护的方式对管道进行保护。
2、防腐站设置及设备运行状况
▲防腐站设置
目前公司管线共设置防腐站18座，其中克—乌线10座，分别在2公里，36公里，702站，72公里，703站，704站，177公里，705站，706站和283公里处；独—三线3座，分别在12公里，44公里和703站；克--三线3座，分别在2公里，36公里和703站；独—乌线2座，分别在独首站，中间站。
第二讲金属腐蚀的原因及防腐蚀的对策
一．金属腐蚀的原因
1．内因
金属材料的材质是引起腐蚀的内因，如螺旋焊缝钢管比无缝钢管腐蚀要严重，其原因是螺旋焊缝钢管中含有超标的非金属杂质如，MnS等，发生晶间腐蚀。
2．外因
1）大气腐蚀
大气中的水蒸汽在金属管线表面冷凝并溶解大气中的氧，二氧化碳等，与金属发生电化学反应。
2）细菌腐蚀
长输管线的细菌腐蚀主要是土壤和污泥中厌氧的硫酸还原菌引起的，硫酸盐还原成S2-,会与Fe2+反应，生成FeS，引起腐蚀，并沉积在金属表面。
3）土壤腐蚀
a,析氢腐蚀Fe-2eFe2+2H+2eH2
b,释氧腐蚀Fe-2eFe2+O2+2H2O4OH-
4）杂散电流引起的腐蚀
土壤中杂散电流会在管线防腐绝缘层破损的地方流入管线，延管线流动，并在另一防腐层破损处流出，在土壤中形成电解电池，在该腐蚀电池的阳极处，即电流从管线流出处，金属被腐蚀。
如下图示：
腐蚀点
5）防腐层质量差，阴极保护不力
二．防腐蚀的对策
1．阴极保护
1）外加电流强制阴极保护
2）牺牲阳极保护
2．外加防腐层保护
3．排流保护
4．加入缓蚀剂（主要防止内腐蚀）
第三讲管道及储罐防腐层应用技术
3．1概述
管道及储罐是石油工业中重要的组成部分，也是管道运输中的主要设施，我国管道及储罐的腐蚀与保护始于20世纪50年代，80年代后管道与储罐的防腐层与阴极保护技术得到了较为广泛的应用。
3.1.1防腐层的保护作用及影响防腐层保护效果的因素
防腐层对金属保护作用有以下三方面：
1，隔离作用
将金属与防腐介质隔离，以达到防腐的目的
2，缓蚀作用
借助涂料的内部组分与金属反应，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。
3，电化学保护作用
在涂料中使用比铁更活泼的金属作填料，起到牺牲阳极保护的作用。
3.1.2管道及储罐防腐层基本性能要求
1.良好的耐水性
2．足够的抗冲击，抗弯曲，耐磨机械性能
3.有效的电绝缘性
4．与金属良好的粘接性
5．良好的抗阴极剥离性能
6．良好的抗老化性能和耐温性
7．良好的易修复性
8．施工中对环境无害
3．2埋地钢质管道的外防腐层
3.2.1种类及使用条件
1．种类
目前，常用的有八大埋地钢质管道外防腐层：
石油沥青，环氧煤沥青，煤焦油瓷漆，聚乙烯粘胶带，熔结环氧粉末，两层，三层聚乙烯防腐层，硬质聚氨酯防腐保温层。
3．2．2几种埋地管道防腐层性能比较
性能
煤焦油瓷漆
冷缠胶带
环氧粉末
两层聚乙烯
三层聚乙烯
三层聚丙烯
电绝缘性能
中
优
良
优
优
优
耐水性
中
优
良
优
优
优
阴极剥离
差
差
优
中
优
优
粘接性能
中
中
优
良
优
优
耐老化
中
中
良
优
优
良
抗土壤应力
差
差
优
中
优
优
抗冲击
中
良
差
良
优
良
抗弯曲
差
差
良
中
优
良
抗穿透
差
中
优
良
优
优
耐温℃
80
70
100
70
70
105
3．3沥青层，PE层和环氧煤粉末层施工要求及补口技术
3．3．1埋地管道外防腐层的施工特性及基本要求
补口材料
石油沥青
环氧粉末
聚乙烯粘胶带
施工方法
工厂分段预制或现场机械连续作业
静电喷涂工厂预制
现场机械化连续作业
表面预处理
Sa2或st3
Sa2.5
Sa2或st3
涂敷后检测项目
外观、厚度、检漏、粘胶力
外观、厚度、检漏
外观、厚度、检漏、粘胶力
检测电压
16—20kv
2kv
3-9.5kv
补口
表面预处理等级
Sa2或st3
Sa2.5
st3
材料与方法
1、沥青热烤缠带
2、沥青热浇涂
现场静电喷涂
补口带
3．3防腐层与阴极保护
防腐层在金属腐蚀控制方面主要起隔离作用，阻止腐蚀电池中的阴极与阳极间的腐蚀电流，但防腐层因施工，老化等原因难免会从在缺陷与针孔，从而影响防腐层的保护效果，而且缺陷处暴露的金属与防腐层覆盖的部分形成了大阴极与小阳极的局部腐蚀电池，又将加速暴露金属的腐蚀速度，因此，单独使用防腐层保护，效果是不理想的。
另一方面，单独使用阴极保护，由于耗电太大也不经济。
采用防腐层与阴极保护的联合应用，是最经济，最佳的保护方式。
其优点是：
1）降低阴极保护的电流密度
2）改善电流分布，扩大保护范围
3）延长防腐层的使用寿命
第四讲管道与储罐的电法保护技术
4．1金属的电化学腐蚀
4．1．1电化学腐蚀的原因
金属在电解质溶液中由于电化学作用而发生的腐蚀，称电化学腐蚀。
电化学腐蚀的起因是由于金属表面产生原电池作用或由于外界电流影响，使金属表面产生电解作用而产生的。
4．1．2电化学腐蚀过程
1阳极过程
在这个过程中，阳极金属和电解质溶液接触后，表面上的金属正离子溶入电解液中，在阳极金属上遗留下剩余的电子，其反应如下：
M-neMne+
阳极过程就是阳极不断溶解的过程，也是失去电子而被氧化的过程。
2电子转移过程
由于阳极金属的正离子不断溶入电解液中，在阳极金属上就有大量的电子堆积起来，这就迫使电子向阴极移动，与此同时，电解液中正离子向阴极转移，负离子向阳极转移。
3阴极过程
从阳极转移到阴极的电子，使溶液中被吸收电子的物质吸收，其反因应如下：
D+neDne-
一般情况下，发生如下反应：
H+2eH2,2H2O+O24HO-
以上三个过程是相互独立，相互联系的，只要其中一个过程受到阻滞不能进行，整个腐蚀电池将不能进行，金属的腐蚀过程将停止。
4．2方法
1，外加电流阴极保护
2，牺牲阳极保护
4．3外加电流阴极保护
利用外部直流电源取得阴极极化来防止金属遭受腐蚀的方法，称外加电流阴极保护。
4．3．1原理
如右图示，
被保护金属（如埋地管道）接在直流电源的负极上，而在电源的正极接辅助阳极，当和上开关K，接通电路后，直流电源便向保护金属通一阴极极化电流，使金属表面阴极极化，当外加电流大于腐蚀电流时，则电子进入金属的速度大于金属失去电子的速度，此时，金属表面积累了过剩的电子，金属的电极电位向负方向移动，当金属电位降到一定值时，被保护金属停止腐蚀，这就是外加电流阴极保护的原理。
4．4牺牲阳极保护法
4．4．1金属活泼性
KCaNamgAlZnFeSnPbHCuHgAgPbAu
4．4．2原理
如右图示，
提供保护电极
被保护体
将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金相连，使被保护金属阴极极化以防止腐蚀的方法。
在土壤环境中，常用的牺牲阳极材料有镁及镁合金，锌及锌合金。
在海洋中，有Al及Al合金。
4．5排流保护
根据电流引起的方式，可分为直流排流保护和交流排流保护两种。
4．6电法保护的准则
1）最小保护电位
为使腐蚀过程停止，埋地管道经阴极化所必须达到的绝对值最小的负电位。
对于埋地的钢铁质金属管道，其最小负电位为-0.85v（取其绝对值，相对于Cu/饱和CuSO4溶液或其参比电极来说）。
最小保护电位与金属的种类，腐蚀介质的组成有关。
2）最大保护电位
在阴极保护条件下，所允许施加绝对值最大的负电位称为最大保护电位。
最大保护电位的限制应根据防腐层的材质和环境而定，以不破坏防腐层的粘结力为准，一般情况下，对新建管道取-1.25v，而对老管道，取-1.5v。
（取其绝对值，相对于Cu/饱和CuSO4溶液或其参比电极来说）
实验表明，阴极表面氢气的逸出并不是施加阴极保护电位就会出现，通常在一定的电流密度下，当电位负到一定的数值时，才会发生。
第五讲强制电流阴极保护
外加电流阴极保护方式，特别适合于大口径长输管道的外壁防腐的管道。
一座外加电流阴极保护站，由电源设备和站外设施两部分组成。
5．1电源设备
目前，用于阴极保护的电源设备类型有：
1，整流设备
2，热电发电机
3，风力发电机
4，太阳能电池
5，大容量蓄电池（和HDV-4C恒电位仪共用）
5．2站外设施
5．2．1阳极地床
辅助阳极又叫阳极地床，其用途是通过它把保护电流送入土壤，再经土壤流进管道，使管道表面进行阴极极化，防止腐蚀；阳极地床在保护管道免遭土壤腐蚀过程中，自身会遭受腐蚀破坏，因此，阳极地床代替管道承受了腐蚀。
1．阳极地床位置的选择
1）阳极地床和管道间的距离
阳极地床对管道的距离决定了保护电位分布的均匀程度。
对管道距离越远，电位分布就越均匀；但距离增长，会使阳极线增加，电阻加大，投资升高。
一般认为，长输管道阳极地床与管道通电点垂直距离为300---500米最宜，在管道较短或油气管道密集区，为100---300米适宜。
2）阳极地床位置选择
a,地下水位较高或潮湿低洼处
b,土层厚，无石块，便于施工
c,土壤电阻率一般在50欧.米以下，特殊地区也应小于100欧.米
d,对邻近地下金属构筑物干扰小，阳极地床和被保护管道之间尽量避免有别的管道。
3）阳极材料选择
阳极材料要满足如下要求：
a,导电性能好，能够通过较大的电流量
b,化学稳定性能好
c,与土壤和地下水接触时，具有稳定的接触电阻
d,材料来源广，价格便宜
2几种常见的阳极材料
1）钢铁阳极
2）高硅铸铁阳极
3）石墨阳极
5．3汇流点
汇流点又称通电点，它是用电缆将恒电位仪“输出阴极”端接至管道上，并通过硫酸铜参比电极和参比电缆来测定该点管道保护电位的装置，每个阴极保护站一般只设一个汇流点。
5．4绝缘法兰
绝缘法兰是对构成金属管道电绝缘连接的法兰接头的统称。
5．4．1绝缘法兰的作用
安装绝缘法兰的目的是将被保护管道和不应保护的管道从性能上分开。
因为当保护电流流到不应保护的管道上去以后，将增大电源输出功率缩短保护长度或引起干扰腐蚀。
5．4．2绝缘法兰安装位置
1．在被保护管道起端和终端各种站，库进出口处
2．在被保护管道中间的各种站，苦进出口处
3．被保护管道与其它不因应受阴极保护的主，支管道连接处
4．其它需要安装绝缘法兰场合下
5．4．3性能要求
1．组装完毕的绝缘法兰两端应具有很好的电绝缘性
2．绝缘法兰使用绝缘垫片，在管输介质中应有足够的化学稳定性，并有一定的机械强度和密封可靠性
5．4．4绝缘法兰的测试
1．组装后未连接时用兆欧表测量
MΩ
如右图示：
将兆欧表的两测试线分别接到被测接头的两端短管上，转动兆欧表手柄，达到规定的转数，当兆欧表指针稳定时，读得的数据即为绝缘接头的电阻值。
2安装完后绝缘法兰阻值的测试
安装完后用电位差法测试，如下图：
V
第一步在通电前先测出a,b两点的对地电位，Va1,Vb1
第二步接通电源后，并使b点的电位达到保护电位，再测a,b两点的对地电位，Va2,Vb2
第三步数值分析：
若Va2=Va1，则说明绝缘法兰绝缘性能良好；若Va2变负或接近Vb2，则说明绝缘法兰绝缘性能不好；若Va2变正，这时则考虑输送介质导电影响。
5．5参比电极
参比电极是一种电位恒定的基准电极，在电位测量中用与这个电极的电位差来表示被测物体的电位值。
5．5．1性能要求
1．极化小，稳定性好，寿命长
2．易于制作，携带方便
3．测量方便，精确度高
5．5．2在埋地管道中的应用情况
常用的参比电极是铜，硫酸铜溶液参比电极，其结构图如下：
密封盖
电缆
硫酸铜晶体
螺旋状铜丝
1.应用：
1）．恒电位仪自动控制源
2）无法接近位置的测量
3）杂散电流干扰段
2．应用前应在水中浸泡24小时，形成饱和硫酸铜溶液
3．在安装时应加填包料，其目的是：
1）为了改善电极工作环境，维护电极性能稳定性；2）降低电极对地电阻，提高测量精度；3）填料吸收水分，减轻电极性能对季节影响程度。
4．填包料的组成
填包料物质石膏粉，硫酸钠，硼润土，按一定的比例混合而成，安装厚度为5---10厘米。
5.6均压线和测试桩
5．6．1均压线
为了避免干扰腐蚀，用电缆将同沟埋设或近距离平行铺设交叉的管道连接起来，以平衡保护电位，起此作用的电缆称均压线。
均压线可采用铝热焊技术进行焊接。
5．6．2测试桩
为了定期检测管道强制电流阴极保护参数而设置的桩子。
测试桩和保护管道要连接良好，可采用铝热焊技术和直接焊接方式。
常用的测试桩形式有：
1）钢管测试桩2）钢筋混凝土预制桩。
第六讲恒电位仪的原理及应用
6．1恒电位仪的工作原理
恒电位仪是对被保护管道提供恒定电压或恒定电流的仪器，常用的恒电位仪有单相和三相两种，其作用是把一交流电通过整流，滤波电路变成一恒定的直流电的过程。
主要由两部分组成即极化电源和控制电路。
极化电源是向系统供给保护电流的，在恒电位里，它大多是由可控硅整流电路构成，控制电路主要是由给定，取样，比较电路组成。
其基本原理图为：
6.2仪器组成框图
仪表输出部分
控制部分
整流部分
变压部分
比较部分
触发部分
稳压部分
6.3接线部分组成
恒电位仪接线有：
阳极接线，阴极接线，零位接线，参比接线，接地接线，电源接线等组成。
6.4接线图
OOOOOOO
6.5外设
1，辅助阳极2，参比电极3，零位接阴阳极阴极参比电源4，汇流点5，绝缘法兰6，测试桩
6.6阴极保护故障分析与判断
在现场实际中，常见的阴极保护故障有下面几种：
1，阴极保护电源设备故障
2，电缆，参比和阳极故障
3，绝缘法兰故障
4，管道防腐层故障
5，外部交，直流电故障干扰
6，埋地管道和其它金属管道搭接
7，外部工程引起的故障
6.7恒电位仪故障判断与处理
阴极保护系统包括辅助阳极设施，阴极设施及恒电位仪。
这三部分相互独立，又是一个有机体，当其中一部分出现故障时仪器就不能正常工作。
因此，恒电位仪的运行状况可以看作是阴极保护系统的窗口，通过这个窗口可以看出系统症状之所在，从而进行处理，在实践中，通过总结得出，当恒电位仪出现故障时，可按以下顺序查找：
1，阳极设施
2，阴极设施
3，参比电极
现场故障
恒电位仪故障
手动部分故障哪个
机内故障
主回路稳压电路
触发电路
自动部分故障
报警电路
限流电路
比较器阻抗变换
1、恒电位仪出现故障时，可以把仪器旋钮打到“自检”试机，如正常说明恒电位仪工作正常，故障点可能在现场，如有备用机，可以切换到备机，如备机工作不正常，说明现场故障，反之，故障在恒电位仪。
2、恒电位仪有“手动”，“自动”两种工作方式。
当确定为恒电位仪故障时，可以把恒电位仪工作方式调到“手动”方式，如有输出电压，输出电流，说明仪器的主回路，稳压电路，触发电路正常；故障在自动部分。
3、当恒电位仪故障确定在自动部分时，可先去掉报警、限流集成块试机，若仪器恢复正常，说明报警、限流部分有故障，可分别插回集成块，当插回那一块集成块，仪器工作不正常，则可断定这部分有故障，需换新集成块。
4、若去掉报警、限流集成块，仪器仍不正常工作，则故障在比较器和阻抗变换回路，可分别用集成块试机。
5、当恒电位仪在“手动”工作不正常，可先查各熔断器是否完好；数字表显示是否正常；稳压电源各组电压是否正常工作。
查触发电路，可用好的触发板先试机，确定为触发板损坏后，再依次测各级管子是否损坏。
6、如各控制板都正常，故障可能在主回路，可查变压器输出电压是否正常，整流回路的二极管，可控硅是否被击穿，造成开路或短路。
7、当通过以上检测恒电位仪都正常，说明为现场故障，可依次查阳极设施，阴极设施，参比电极。
①阳极设施故障：
由阳极电缆，阳极棒，阳极地床组成。
当阳极电缆断开或阳极地床电阻高到一定值时，恒电位仪的输出电压升高，输出电流为零。
②阴极设施故障：
包括阴极化管道，阴极电缆，零位接阴电缆。
当阴极电缆断开时，不仅恒电位仪输出电压升高，电流为零，而且，电位溢出。
判断此故障，可把零位接阴电缆、阴极电缆从恒电位仪上断开，用万用表测量两电缆是否联通，以说明零位接阴电缆或阴极电缆是否断开。
当仪器输出电流较高时，说明被保护的管道防腐层破坏严重，防腐层绝缘电阻较小，或与其它管道搭接。
第七讲管道保护检测与评价技术
7．1管/地电位的测量
1，测量前准备及要求
饱和硫酸铜溶液的配制：
在一透明塑料制容器里装入一定量的蒸馏水，然后加入硫酸铜晶体，边加入边搅动，直到硫酸铜晶体不溶解为止。
检查测量仪表的准确性，对测量仪表进行调零。
2，测量步骤；
1）将要测的阴极接头用砂布打磨干净，直到露出金属光泽为止。
2）选择一塌实的地方，把铜棒插入此处。
3）选择直流伏特计档，调到“2v”档位，将“+”表笔接地，“—”表笔接待测管线。
4）把硫酸铜溶液沿着铜棒倒入土壤中，待数值稳定后，读数值，并作记录。
此值即管/地电位值。
5）重复以上过程，再测量一次，并记录值，取两次的算术平均值，为测量的管/地电位值。
7.2土壤电阻率的测量
通常用四极法进行土壤电阻率的测量
测量要求：
测量时要求四探针“一”字形排开，间距相等，探针插入地下深度为a/20,（a为探针间距，单位：
米），摇动ZC-8手柄，并确保达到120转/分，待表针稳定后，记录表盘读数，乘以倍率，利用公式，ρ=2חaR，求得土壤电阻率。
单位：
Ω.m
7.3防腐绝缘层测量
1．管线回填前，用电火花检漏仪检测；
电火花检漏仪是利用高压火花放电的原理检查防腐层的漏铁微孔和破损。
以沥青绝缘层为例：
1）评价标准
按照SY/T0402-97石油标准，石油沥青覆盖层检漏电压规定为：
普通级（KV）
加强级（KV）
特强级（KV）
16
18
20
2）石油沥青防腐层的组成及厚度
防腐层等级
防腐层结构
防腐层厚度mm
普通级
D+L+B+L+B+L+J
>4.0
加强级
D+L+B+L+B+L+B+L+J
>5.5
特强级
D+L+B+L+B+L+B+L+B+L+B+J
>7.0
注：
D:
底漆L:
沥青B:
玻璃布J:
聚录乙烯膜
2.管道回填后
当管道回填后，用RD-432或PCM-ATX检测外防腐层的好坏，主要通过计算其面电阻率来判断防腐绝缘层的优劣。
等级
优
良
可
差
劣
绝缘电阻（Ω.m2）
>10000
5000-10000
3000--5000
1000--3000
<1000
第八讲阴极保护方法选择与管理
一、阴极保护方法的选择
两种阴极保护方法的比较：
方法
优点
缺点
强
1，输出电流连续可调
1，需要外部电源
制
2，保护范围大
2，对邻近建筑干扰大
电
3，工程越大越经济
3，维护管理工作量大
流
4，保护装置寿命长
牺
1，不需外部电源
1，高电阻率环境不宜用
牲
2，对邻近建筑少或无干扰
2，保护电流几乎不可调
阳
3，投产调试后少管理
3，覆盖层质量比较好
极
4，工程越少越经济
4，投产调试复杂
5，保护电流分布均匀
5，消耗有色金属较快
二、管理要求
管线保护主要控制指标：
1、保护率：
保护率是反映管道实现有效阴极保护的范围。
一般以达到有效保护管线的长度与施加阴极保护管线长度之比来计算。
保护率=施加保护管线长度-未达到有效保护长度/施加保护管线长度×100%
2、通电率：
反映一年内（或一月内）阴极保护投入的运行时间的比率。
计算公式如下：
通电率=一年内（一月内）运行时间（小时）/全年（全月）小时数×100%
3、保护度：
衡量阴极保护效果的指标。
一般用失重法计算，计算公式如下：
保护度=（G1/S1-G2/S2）/G1/S1×100%
G1:
未施加阴极保护检查片失重量，g
G2:
施加阴极保护检查片失重量，g
S1:
未施加阴极保护检查片裸露面积，cm2
S2:
施加阴极保护检查片裸露面积，cm2
4、保护电位：
1）最小保护电位
为使腐蚀过程停止，埋地管道经阴极化所必须达到的绝对值最小的负电位。
对于埋地的钢铁质金属管道，其最小负电位为-0.85v（取其绝对值，相对于Cu/饱和CuSO4溶液或其参比电极来说）。
最小保护电位与金属的种类，腐蚀介质的组成有关。
2）最大保护电位
在阴极保护条件下，所允许施加绝对值最大的负电位称为最大保护电位。
最大保护电位的限制应根据防腐层的材质和环境而定，以不破坏防腐层的粘结力为准，一般情况下，对新建管道取-1.25v，而对老管道，取-1.5v。
（取其绝对值，相对于Cu/饱和CuSO4溶液或其参比电极来说）
实验表明，阴极表面氢气的逸出并不是施加阴极保护电位就会出现，通常在一定的电流密度下，当电位负到一定的数值时，才会发生。
三、阴极保护的运行管理
阴极保护运行管理的的首要工作是确保被保护体达到有效保护，其
升级会员 