part1金属管道腐蚀与防护基础(宋胜军)

第一部分 管道腐蚀与防护基础主讲： 主讲：宋胜军

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§1.1 腐蚀简介 1.1.1 油气管道防腐的发展过程 20年代埋设裸管加阴极保护 年代埋设裸管加阴极保护 40年代开始采用覆盖层加阴极保护 年代开始采用覆盖层加阴极保护 迄今仍在进行管道防防腐蚀技术的不懈探索

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1.1.2 油气管道的内外腐蚀因素 外：穿越各种不同类型的土壤，河流湖泊，气温， 外 穿越各种不同类型的土壤，河流湖泊，气温， 地下水位的变化以及杂散电流 内：输送天然气时，会有有害物质 2S和CO2 输送天然气时，会有有害物质H 和 输送原油时， 输送原油时，含S和H2O 和 输送成品油时，含有O 输送成品油时，含有 2和H2O

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1.1.3 防腐蚀工作 广泛采用的方法 涂层、衬里、电法保护、缓蚀剂、 涂层、衬里、电法保护、缓蚀剂、耐腐蚀材料 新技术、新方法 新技术、 新型防腐层材料， 管道防腐层的复合结构、 新型防腐层材料 ， 管道防腐层的复合结构 、 涂敷新工艺。 涂敷新工艺。 在线测量技术， 腐蚀数据库， 在线测量技术 ， 腐蚀数据库 ， 专家系统等计 算机铺助管理决策系统。 算机铺助管理决策系统。管道腐蚀与防护基础4

1.1.4 管道发展和需要解决的问题 油气田开发向沙漠、海洋、极地的延伸， 管道向长 油气田开发向沙漠、海洋、极地的延伸， 运距、大口径、高压力、 运距、大口径、高压力、高度自动化摇控发展的趋 结论：对防腐蚀技术提出了更高的要求。 势。 结论：对防腐蚀技术提出了更高的要求。 我国防腐蚀层主要采用石油沥青，大部分已出现老 我国防腐蚀层主要采用石油沥青， 龟裂的现象。据经验，投产15~20a的管道逐步 化，龟裂的现象。据经验，投产 的管道逐步 进入事故高发期。 进入事故高发期。 有计划地开展管道防腐层的修复工作，加强防腐蚀 有计划地开展管道防腐层的修复工作， 工程的综合治理已刻不容缓。 工程的综合治理已刻不容缓。管道腐蚀与防护基础5

§1.2 腐蚀的定义1.2.1 金属腐蚀的定义1.材料腐蚀 材料腐蚀 是材料受环境介质的化学作用而破坏的现象 2.金属腐蚀 金属腐蚀 金属和它所处的环境介质之间发生化学或电化学作 金属和它所处的环境介质之间发生化学或电化学作 而引起的变质和破坏称为金属腐蚀， 用 而引起的变质和破坏称为金属腐蚀 ， 同时包括上述 因素与机械因素或生物因素的共同作用。 因素与机械因素或生物因素的共同作用。 不包含化学变化的纯机械破坏不属于腐蚀范畴， 不属于腐蚀范畴 不包含化学变化的纯机

械破坏不属于腐蚀范畴，例 如钢索断裂，这是材料本身性能的失效。 如钢索断裂，这是材料本身性能的失效。管道腐蚀与防护基础6

1.2.2 金属发生腐蚀的特点(帮助我们判断腐蚀状况 帮助我们判断腐蚀状况) 帮助我们判断腐蚀状况 破坏总是从金属表面逐渐向内部深入 ( 因金属腐蚀的过 破坏总是从金属表面逐渐向内部深入( 程发生在金属与介质面上的多相反应) 程发生在金属与介质面上的多相反应) 金属在发生腐蚀过程时，一般也同时发生外貌变化( 如 金属在发生腐蚀过程时 ， 一般也同时发生外貌变化 ( 疡斑、小孔、表面有腐蚀产物、金属材料变薄) 疡斑、小孔、表面有腐蚀产物、金属材料变薄) 金属的机械性能 ， 组织结构发生变化 ( 如金属变脆 ， 强 金属的机械性能，组织结构发生变化( 如金属变脆， 度降低，金属组织结构发生相变) 度降低，金属组织结构发生相变) 金属还没有腐蚀到严重变质的程度 ， 但足以造成设备事 金属还没有腐蚀到严重变质的程度， 故或损坏管道腐蚀与防护基础7

1.2.3 金属腐蚀环境腐蚀的实质→金属材料和环境的反应过程 腐蚀的实质 金属材料和环境的反应过程

材料所处的介质、温度、 材料所处的介质、温度、压力

几乎所有介质都有一定的腐蚀

一般： 温度和压力升高会使腐蚀加剧， 一般 ： 温度和压力升高会使腐蚀加剧 ， 介质的流 速也是影响腐蚀的重要因素 。管道腐蚀与防护基础8

§1.3 金属腐蚀的分类1.3.1 按腐蚀机理电化学腐蚀→金属与介质性发生 电化学腐蚀 金属与介质性发生 电化学反应的腐蚀

化学腐蚀→发生化学反应的腐蚀 化学腐蚀 发生化学反应的腐蚀

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1.3.2 按腐蚀形态划分 全面腐蚀( 全面腐蚀(General Corrosion) )—腐蚀分布在整个金属表面上(均匀/不均匀 腐蚀分布在整个金属表面上(均匀 不均匀 不均匀) 腐蚀分布在整个金属表面上

局部腐蚀 (Localized Corrosion) )—腐蚀主要集中在金属表面某一区域 腐蚀主要集中在金属表面某一区域 点蚀( 点蚀(Pitting) 电偶腐蚀(Galvanic ) 电偶腐蚀( corrosion) 氢脆 ) 应力腐蚀开裂( 应力腐蚀开裂(SCC) 晶间腐蚀 ) 选择性腐蚀( 选择性腐蚀(Selective leaching)等 等管道腐蚀与防护基础10

图1 局部腐蚀形态示意图

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点蚀( 点蚀(Pitting) )又称小孔腐蚀。这 种破坏常集中在某些活性 点上，并向金属内部深处 点上， 发展， 发展，通常其腐蚀深度大 于其孔径， 于其孔径，严重时可使金 属穿孔。 属穿孔。如不锈钢在含有 氯离子的溶液中常呈现这 种破坏形

式。 种破坏形式。图2 点蚀照片

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应力腐蚀开裂(StressCorrosion Cracking) 它在局部腐蚀中居首 位。根据腐蚀介质的性 质和应力状态的不同， 质和应力状态的不同， 裂纹特征会有所不同， 裂纹特征会有所不同， 显微裂纹呈穿晶、 显微裂纹呈穿晶、晶界 或两者混合形式， 或两者混合形式，裂纹 呈树枝状， 呈树枝状，其走向与所 受拉应力的方向垂直。 受拉应力的方向垂直。

钢制轻烃罐的腐蚀开裂

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氢脆( 氢脆(Hydrogen embitterment) )在某些介质中， 在某些介质中，因腐蚀或其他原因所产生的氢原子可 渗入金属内部，使金属变脆，并在应力作用下发生脆裂。 渗入金属内部，使金属变脆，并在应力作用下发生脆裂。 如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐蚀。 如含硫化氢的油、气输送管道中常发生这种腐蚀。

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1.3.3

按腐蚀温度划分 低温腐蚀 高温腐蚀

1.3.4

按腐蚀介质的状态划分 干腐蚀→一般为化学腐蚀 干腐蚀 一般为化学腐蚀 湿腐蚀→一般为电化学腐蚀 湿腐蚀 一般为电化学腐蚀

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1.3.5

按腐蚀介质的种类划分 按腐蚀介质的种类划分 介质的种类 化学介质腐蚀 大气腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 工业水腐蚀 高温腐蚀

液态金属腐蚀 熔盐腐蚀 燃气腐蚀 1.3.6

按作用原理划分化学腐蚀( 气体腐蚀、在非电解质溶液中的腐蚀) 化学腐蚀 气体腐蚀、在非电解质溶液中的腐蚀) 电化学腐蚀(一个短路的原电池电极反应的结果) 电化学腐蚀(一个短路的原电池电极反应的结果)

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1. 化学腐蚀 金属的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。 发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀是在一定 的条件下， 的条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的 原子相互作用， 原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子相互 作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。 作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。在化 学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂之间 学腐蚀过程中， 直接进行，因而没有电流发生。过去， 直接进行，因而没有电流发生。过去，普遍的观点 认为，金属的高温氧化属典型的化学腐蚀。 认为，金属的高温氧化属典型的化学腐蚀。管道腐蚀与防护基础17

2. 电化学腐蚀 电化学腐蚀指金属与电解质因发生电化学反应而 产生的破坏。 产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应 至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应， 至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并

与流过 金属内部的电子流和介质中定向迁移的离子联系在一 阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出 起。阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出 电子的过程，即氧化过程。阴极反应是 电子的过程，即氧化过程。阴极反应是介质中的氧化 剂夺取电子发生还原反应的还原过程 还原过程。 剂夺取电子发生还原反应的还原过程。

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电化学腐蚀的特点： 电化学腐蚀的特点： 介质为离子导电的电解质。 介质为离子导电的电解质。 金属/电解质界面反应过程必须包括电子和离 金属/ 子在界面上的转移。 子在界面上的转移。 界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的 氧化和还原过程。 氧化和还原过程。 电流的产生。 电流的产生。

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§1.4 金属腐蚀速度的表示方法1.4.1 均匀腐蚀的腐蚀速度均匀腐蚀或全面腐蚀程度一般采用平均腐蚀速率表示。 均匀腐蚀或全面腐蚀程度一般采用平均腐蚀速率表示。 平均腐蚀速率又有腐蚀率和侵蚀率两种表达方法。 平均腐蚀速率又有腐蚀率和侵蚀率两种表达方法。单位时间内 单位面积上的腐蚀量称为腐蚀率(重量法 厚度法) 重量法， 单位面积上的腐蚀量称为腐蚀率 重量法 ，厚度法) ; 单位时 间内侵入的深度称为侵蚀率。 间内侵入的深度称为侵蚀率。 重量法1 重量法1:V = W W1 At金属试件的初始重量， 金属试件的初始重量，g 消除腐蚀产物后的金属试件重量， 消除腐蚀产物后的金属试件重量，g

腐蚀进行的时间，h 腐蚀进行的时间， 试件表面积， 试件表面积，m2

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重量法2: 重量法 ：W2 W0 V = At+

带有腐蚀产物的金属试件经腐蚀后的重量， 带有腐蚀产物的金属试件经腐蚀后的重量，g 消除腐蚀产物后的金属试件重量， 消除腐蚀产物后的金属试件重量，g

腐蚀进行的时间，h 腐蚀进行的时间， 试件表面积， 试件表面积，m2

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