管道腐蚀

管道腐蚀资料

第一节、管道腐蚀概论

材料腐蚀定义：材料受其周围环境的化学、电化学和物理作用下引起的失效破坏现象。

金属腐蚀定义：金属与其周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。铁生锈、钢管腐蚀穿孔、钢桥梁腐蚀

非金属腐蚀定义：指非金属材料由于在环境介质的化学、机械和物理作用下、出现老化、龟裂、腐烂和破坏的现象。

涂层龟裂

按管材的种类，管道可分为以下几类：

（1）金属管道

1）黑色金属管道：钢管、不锈钢管、铸铁管、球墨铸铁管等；

2）有色金属管道：铜管、铝管、铝合金管等

（2）非金属管道

（3）复合管道

常用钢管分类：

（1）无缝钢管

按管材分：

1）普通碳素钢

2）优质碳素钢

3）低合金钢；

按制造方法：

1）热轧

2）冷轧

（2）焊接钢管

1）低压流体输送用焊接钢管

»①镀锌管（白铁管）

»②非镀锌管（黑铁管）

2）直缝卷焊钢管

3）螺旋焊接管

钢管特性：

钢管是各类工程中最常见的管道。钢管的特点是强度高、硬度高，并有较好的塑性和韧性，焊接性能好。钢管在自然环境下，容易腐蚀，因而是管道防腐工程的主要对象。根据是否有缝，钢管可以分为无缝钢管和有缝钢管，有缝钢管又称焊接钢管，焊接钢管可分为低压流体输送用焊接钢管和卷焊钢管。无缝钢管通常采用普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金钢和合金结构钢生产而成，根据制造方法可分为冷拔和热轧两种。无缝钢管用途非常广泛，常用于锅炉房中的管道、热力交换站工艺管道、较小管径的燃气管道等。

低压流体输送用焊接钢管常采用焊接性能较好的低碳钢制造。其管壁有一条纵向焊缝。根据钢管表面是否有镀锌层，可分为镀锌钢管（俗称白铁管）和非镀锌管（俗称黑铁管）两种。低压流体输送用焊接钢管常用于小管径和较低压力的管道，其壁厚规格分为普通管和加厚管。

– 1.3.1 按照腐蚀过程的特点和机理分类

–（1）化学腐蚀

•金属管道与非电解质直接发生纯化学作用而遭受破坏，称为化学腐

蚀。化学腐蚀的特点是反应过程中没有电流产生。单纯的化学腐蚀

的过程是非常少见的。化学腐蚀有以下两种：

•①气体腐蚀：金属管道在干燥气体中，表面上没有湿气冷凝的腐

蚀。

•②非电解质溶液中的腐蚀：金属管道在不导电的非电解质溶液中

的腐蚀。

–（2）电化学腐蚀

•金属管道与电解质因发生电化学反应而产生的破坏，称为电化学腐

蚀。

•电化学腐蚀是最普遍和常见的腐蚀，金属在各种化学介质、大气、

海水和土壤中的腐蚀均是电化学腐蚀。

•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。

–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。

–阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原

过程。

例如，碳钢在酸中腐蚀时，在阳极区Fe被氧化为Fe2+，所放出的电子自阳极(Fe)流至钢表面的阴极区，与H＋作用而还原成氢气，即：

电化学腐蚀的特点是：介质为离子导电的电解质；金属/电解质界面的反应过程为电荷转移而引起的电化学过程，必需包括离子和电子的转移；界面上的电化学反应过程包括两个相互独立的氧化过程和还原过程；金属/电解质界面伴随电荷转移的反应称为电极反应；电化学腐蚀过程伴随电子的流动，即电流的产生。

自然环境腐蚀包括：大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、微生物腐蚀

腐蚀中局部腐蚀更危险

局部腐蚀是指金属管道仅限一定区域腐蚀，而其他部位则几乎未被腐蚀。局部腐蚀对管道的威胁最大。局部腐蚀又可以分为无应力和有应力两种情况。

第二节、金属腐蚀原理

要知道电极、电极电位、平衡电位、非平衡电位、参比电极、极化等的概念。

电极的定义：一般认为电子导体（如金属等）和离子导体（液、固体电解质）接触，并有电荷在两相之前迁移而发生氧化还原反应的体系，称为电极。

电极电位：电极反应可以导致在电极和溶液的界面上建立起离子双电层，这种双电层两侧的电位差，即金属和溶液之间产生的电位差，称为电极电位。

参比电极：指具有稳定可再现电位的电极，在测量管道电位或其他电极电位值时用于组成测量电池的电化学半电池，作为电极电位测量的参考基准。

平衡电位定义：当金属电极上只有一个确定的电极反应，并且该反应处于动态平衡，即金属的溶解速度等于金属离子的沉积速度时，电极获得一个不变的电位值，该电位值称为平衡电极电位

非平衡点位：实际金属腐蚀时，电极上可能同时存在两个或两个以上不同物质参与的电化学反应，电极上不可能出现物质交换与电荷交换均达到平衡的状况，这种情况下的电极电位称为非平衡电位或不可逆电位。非平衡电位可以是稳定的，也可以是不稳定的。

极化：腐蚀原电池有电流通过后引起的电极电位的偏移。阳极极化：阳极电位往正方向偏移；阴极极化：阴极电位往负方向偏移；

极化值：在相应的电流密度下的电位对其平衡电位（平衡体系）或稳定电位（非平衡体系）之差。

参比电极中用其他参比电极测定电极电位时，可按下式换算成相对于SHE的电位值：

氧浓差电池腐蚀：由于在管道的不同部位氧的浓度不同，在贫氧的部位管道的自然电位（非平衡电位）低，是腐蚀原电池的阳极，其阳极溶解速度明显大于其余表面的阳极溶解数度，故遭受腐蚀。属于（宏电池中同一金属接触不同的电解质溶液，或电解质溶液的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同）范围。

地下管道的腐蚀电池：微电池和宏电池同时存在；

微电池作用的腐蚀特征：腐蚀坑点较浅，分布均匀；

宏电池作用的腐蚀特征：腐蚀坑较深，局部溃疡或穿孔。

腐蚀原电池的条件（三要素）：（1）有电解质溶液与金属相接触；（2）金属的不同部位或两种金属间存在电极电位差；（3）两极之间相互连通。

腐蚀原电池的三个必要过程：（1）阳极过程：金属溶解，以离子形式转入溶液，当量电子留在金属上：（2）电子转移：在电路中电子由阳极流至阴极；（3）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D所接受，氧化剂被还原：