金属管道的腐蚀与防护
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖ 均匀腐蚀的程度可以用腐蚀率来表示。常用两种单位： 一是单位时间内、单位表面积上损失的质量，以ｇ/(ｍ 2·ｈ)计；另一是单位时间内腐蚀的平均厚度，以ｍｍ/ ａ计。由厚度腐蚀率可以估算设备的预期寿命，应用得 更为广泛。
3.4.2 局部腐蚀
❖ (1) 孔蚀 ❖ (2) 缝隙腐蚀 ❖ (3) 脱层腐蚀 ❖ (4) 晶间腐蚀 ❖ (5) 选择性腐蚀
2 腐蚀的定义
❖ 材料腐蚀：材料受环境介质的化学、电化学和物理作用的 破坏现象。
❖ 就金属而言，腐蚀就是在周围介质的化学或电化学作用下， 并且经常是在物理因素或生物因素的综合作用下，金属由 元素状态转为离子状态所引起的破坏。
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性 2 腐蚀的定义 3 管道腐蚀的分类
3 管道腐蚀的类别
(8) 腐蚀疲劳
❖ 腐蚀和交变应力共同作用引起的破裂 ❖ 在无腐蚀时,金属受交变应力作用将产生疲劳破裂。 ❖ 防止方法:
(1) 改进设计或进行热处理以消除和减小拉应； (2) 表面喷丸处理产生压应力； (3) 电镀锌、铬、镍等(但电镀时注意镀层中不可产生拉应 力,也不可有氢渗入) ； 接进行，因而没有 电流发生。
3.2.2 电化学腐蚀的实质
❖ 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（如Fe3C）上，与H+作用 而还原成氢气。腐蚀原电池与一般原电池的差别：
阳极反应：
❖ ❖
F原 腐e电蚀池原把电F化池e学只2能能转导化致2为e材电料能的，破作坏有，用不功对；外界作有
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性性 2 腐蚀的定义 3 管道腐蚀的分类
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性
❖ 材料腐蚀是全世界面临的一个严重问题。 ❖ 腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素 ❖ 防腐蚀有很大的难度 ❖ 管道输送事业的发展要求提高防腐蚀技术 ❖ 延长管道使用寿命要求提高防腐蚀技术
(9) 氢腐蚀
❖(1) 氢鼓泡
对低强度钢,特别是含大量非金属夹杂时,溶液中产生 的氢原子很容易扩散到金属内部。当环境中含有硫化 物、氰化物、含磷离子等阻止放氢反应的毒素时,进 入钢内结合成分子,使钢表面产生鼓泡。 当环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢 反应的毒素时,进入钢内结合成分子,使钢表面产生鼓 泡。防止方法:除去这类毒素最有效; 防止方法:除去这类毒素最有效;也可选用无空穴的镇 静钢代替沸腾钢。此外,可采用氢不易渗透的奥氏体 不锈钢或镍的衬里(或橡胶、塑料、瓷砖村里)。
❖(2) 氢脆
在高强钢中晶格高度变形,当[Ｈ]进入后,晶格应变更大,使韧 性及延展性降低,导致脆化,在外力下可引起破裂。 在未破裂前氢脆是可逆的,如进行适当的热处理,使氢逸出,金 属可恢复原性能。 一般钢强度越高,氢脆破裂的敏感性越大。的机理还不十分清 楚,有各种理论。
❖ 3.1 按材料分 ❖ 3.2 按机理分 ❖ 3.3 按部位分 ❖ 3.4 按形态分
3.1 按材料分
❖ 金属腐蚀 ❖ 非金属腐蚀 ❖ 地下油气管道的管材多用碳钢或低强度合金钢，低压管
道（水、气）也有用非金属材料的，如塑料、玻璃钢或 水泥等。
3.2 按机理分
❖化学腐蚀
管材金属与运输介质或环境介质直接发 生化学反应而引起的损失。
阴极反应：
2H用功。2e H2
总反应：
Fe 2H Fe H2
❖ 电化学腐蚀实际上是一个短路的原电池反应的结果，又称腐蚀
原电池。
3.2.3 电化学腐蚀的特点
❖ (1) 介质为离子导电的电解质 ❖ (2) 金属/电解质界面反应过程是因电荷转移而引起的电化学过
程，必须包括电子和离子在界面上的转移。 ❖ (3) 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
(3) 脱层腐蚀
❖ 在金属层状结构层与层之间产生腐蚀，先垂直向 内发展，然后改变方向，有选择地腐蚀与表面平 行的物质。
❖ 腐蚀产物的膨胀力使未腐蚀的表层成层状脱离。
(4) 晶间腐蚀
❖ 腐蚀从表面沿晶粒边界向内发展,外表没有腐蚀 迹象,但晶界沉积有腐蚀产物,由金相显微镜可看 到晶界呈现网状腐蚀。
❖ 晶间腐蚀是晶界在一定条件下产生化学和组织 的变化导致耐蚀性降低而引起的。
主要特点：腐蚀作用进行时没有电流产 生，这在输油管道中并非主要腐蚀机理
❖电化学腐蚀
金属和外部截止发生电化学作用而引起 破坏。
主要特点：腐蚀过程伴随电流产生。这 是输油管道中的主要腐蚀机理。
3.2.1 化学腐蚀的实质
❖ 在一定的条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面 的原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子作用的 瞬间于碰撞的那一个点上完成的。
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性 2 腐蚀的定义 3 管道腐蚀的分类
2 腐蚀的定义
❖ 狭义：腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏现象。 ❖ 从广义上讲，任何材料(金属或非金属材料)受到周围环境因
素(如湿气、水、化工大气、电解液、有机溶剂、酸、碱等) 的作用引起破坏或变质的现象，统称为“腐蚀”。
❖ 合金在腐蚀和一定方向的拉应力同时作用下产生破裂,称为应 力腐蚀开裂。
❖ 裂缝形态有两种:沿晶界发展,称晶间开裂；缝穿过晶粒,称穿 晶开裂,也有混合型。
❖ 是最危险的腐蚀形态之一,可引起突发性事故。 ❖ 防止应力腐蚀的方法:进行热处理以消除部件的应力;改进设计
结构,避免应力集中于局部,设计中选用的载荷应低于产生应力 腐蚀的临界值;表面用喷丸处理产生压应力;采用电化学保护、 涂料、或缓蚀剂等。
❖ 外壁腐蚀
与管道所处的环境有关。架空管道易受大气腐蚀，土壤水 中的管道则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。特 别是一旦防腐层被破坏，外币将直接受环境条件的腐蚀。
3.4 按形态分
❖ 3.4.1 全面腐蚀 ❖ 3.4.2 局部腐蚀
3.4.1 全面腐蚀
❖ 金属表面的全部或大部都发生腐蚀，腐蚀程度大致是均 匀的，故又称为均匀腐蚀。如高温氧化。
过程。金属/电解质界面上伴随着电荷转移发生的化学反应称为 电极反应。 ❖ (4) 电化学腐蚀过程伴随着电子的流动，即电流的产生。
3.2.4 电化学腐蚀的主要原因
大气腐蚀 土壤腐蚀 杂散电流腐蚀 细菌腐蚀
微腐蚀电池 宏腐蚀电池
主要影响因素为土壤的性质
3.3 按部位分
❖ 内壁腐蚀
介质中的水在管道壁生成一层亲水模并形成原电池所发生 的电化学腐蚀，或其他有害物质（硫化氢、硫化物、CO2 等）直接与金属作用引起的化学腐蚀。
❖ 奥氏体不锈钢的晶间贫铬引起的晶间腐蚀在工业中较为 常见。
(5) 选择性腐蚀
❖ 工业合金有不同成分和杂质,具有不同的结构, 耐蚀性也有差别。在一定溶液中,有些活性组 分溶出,剩下疏松的不活泼组分,强度和延性完 全丧失。
(6) 磨损腐蚀
❖(1)冲击腐蚀 ❖(2)空泡腐蚀 ❖(3)摩振腐蚀
(7) 应力腐蚀开裂
点腐蚀发生于有特殊离子的介质中。
点腐蚀发生在某一临界电位以上。
(2) 缝隙腐蚀
❖ 缝隙腐蚀是孔蚀的一种特殊形态，发生在缝隙内 (如焊、铆缝、垫片或沉积物下面的缝隙)，破坏 形态为沟缝状,严重的可穿透。
❖ 缝隙腐蚀常有一段较长的孕育期，当缝内pＨ值 下降到临界值后，与孔蚀相似，产生加速腐蚀。
❖ 一般在含Cl-溶液中最易发生，有效的防止方法是 消除缝隙。
❖ (6) 磨损腐蚀 ❖ (7) 应力腐蚀开裂 ❖ (8) 腐蚀疲劳 ❖ (9) 氢腐蚀
(1) 点蚀
❖ 腐蚀集中于金属表面的很小范围内，并深入到金 属内部的孔状腐蚀形态。一般孔径小而深度深。
❖ 点蚀系数：蚀孔最大深度/平均腐蚀深度
▪
特
▪
征
▪
易于生成炖化膜的金属材料（如不锈钢、 铝）表面容易发生深的点蚀
3.4.2 局部腐蚀
❖ (1) 孔蚀 ❖ (2) 缝隙腐蚀 ❖ (3) 脱层腐蚀 ❖ (4) 晶间腐蚀 ❖ (5) 选择性腐蚀
2 腐蚀的定义
❖ 材料腐蚀：材料受环境介质的化学、电化学和物理作用的 破坏现象。
❖ 就金属而言，腐蚀就是在周围介质的化学或电化学作用下， 并且经常是在物理因素或生物因素的综合作用下，金属由 元素状态转为离子状态所引起的破坏。
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性 2 腐蚀的定义 3 管道腐蚀的分类
3 管道腐蚀的类别
(8) 腐蚀疲劳
❖ 腐蚀和交变应力共同作用引起的破裂 ❖ 在无腐蚀时,金属受交变应力作用将产生疲劳破裂。 ❖ 防止方法:
(1) 改进设计或进行热处理以消除和减小拉应； (2) 表面喷丸处理产生压应力； (3) 电镀锌、铬、镍等(但电镀时注意镀层中不可产生拉应 力,也不可有氢渗入) ； 接进行，因而没有 电流发生。
3.2.2 电化学腐蚀的实质
❖ 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（如Fe3C）上，与H+作用 而还原成氢气。腐蚀原电池与一般原电池的差别：
阳极反应：
❖ ❖
F原 腐e电蚀池原把电F化池e学只2能能转导化致2为e材电料能的，破作坏有，用不功对；外界作有
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性性 2 腐蚀的定义 3 管道腐蚀的分类
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性
❖ 材料腐蚀是全世界面临的一个严重问题。 ❖ 腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素 ❖ 防腐蚀有很大的难度 ❖ 管道输送事业的发展要求提高防腐蚀技术 ❖ 延长管道使用寿命要求提高防腐蚀技术
(9) 氢腐蚀
❖(1) 氢鼓泡
对低强度钢,特别是含大量非金属夹杂时,溶液中产生 的氢原子很容易扩散到金属内部。当环境中含有硫化 物、氰化物、含磷离子等阻止放氢反应的毒素时,进 入钢内结合成分子,使钢表面产生鼓泡。 当环境中含有硫化物、氰化物、含磷离子等阻止放氢 反应的毒素时,进入钢内结合成分子,使钢表面产生鼓 泡。防止方法:除去这类毒素最有效; 防止方法:除去这类毒素最有效;也可选用无空穴的镇 静钢代替沸腾钢。此外,可采用氢不易渗透的奥氏体 不锈钢或镍的衬里(或橡胶、塑料、瓷砖村里)。
❖(2) 氢脆
在高强钢中晶格高度变形,当[Ｈ]进入后,晶格应变更大,使韧 性及延展性降低,导致脆化,在外力下可引起破裂。 在未破裂前氢脆是可逆的,如进行适当的热处理,使氢逸出,金 属可恢复原性能。 一般钢强度越高,氢脆破裂的敏感性越大。的机理还不十分清 楚,有各种理论。
❖ 3.1 按材料分 ❖ 3.2 按机理分 ❖ 3.3 按部位分 ❖ 3.4 按形态分
3.1 按材料分
❖ 金属腐蚀 ❖ 非金属腐蚀 ❖ 地下油气管道的管材多用碳钢或低强度合金钢，低压管
道（水、气）也有用非金属材料的，如塑料、玻璃钢或 水泥等。
3.2 按机理分
❖化学腐蚀
管材金属与运输介质或环境介质直接发 生化学反应而引起的损失。
阴极反应：
2H用功。2e H2
总反应：
Fe 2H Fe H2
❖ 电化学腐蚀实际上是一个短路的原电池反应的结果，又称腐蚀
原电池。
3.2.3 电化学腐蚀的特点
❖ (1) 介质为离子导电的电解质 ❖ (2) 金属/电解质界面反应过程是因电荷转移而引起的电化学过
程，必须包括电子和离子在界面上的转移。 ❖ (3) 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
(3) 脱层腐蚀
❖ 在金属层状结构层与层之间产生腐蚀，先垂直向 内发展，然后改变方向，有选择地腐蚀与表面平 行的物质。
❖ 腐蚀产物的膨胀力使未腐蚀的表层成层状脱离。
(4) 晶间腐蚀
❖ 腐蚀从表面沿晶粒边界向内发展,外表没有腐蚀 迹象,但晶界沉积有腐蚀产物,由金相显微镜可看 到晶界呈现网状腐蚀。
❖ 晶间腐蚀是晶界在一定条件下产生化学和组织 的变化导致耐蚀性降低而引起的。
主要特点：腐蚀作用进行时没有电流产 生，这在输油管道中并非主要腐蚀机理
❖电化学腐蚀
金属和外部截止发生电化学作用而引起 破坏。
主要特点：腐蚀过程伴随电流产生。这 是输油管道中的主要腐蚀机理。
3.2.1 化学腐蚀的实质
❖ 在一定的条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面 的原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子作用的 瞬间于碰撞的那一个点上完成的。
1 油气储运系统防腐蚀工作的重要性 2 腐蚀的定义 3 管道腐蚀的分类
2 腐蚀的定义
❖ 狭义：腐蚀是材料受环境介质的化学作用而破坏现象。 ❖ 从广义上讲，任何材料(金属或非金属材料)受到周围环境因
素(如湿气、水、化工大气、电解液、有机溶剂、酸、碱等) 的作用引起破坏或变质的现象，统称为“腐蚀”。
❖ 合金在腐蚀和一定方向的拉应力同时作用下产生破裂,称为应 力腐蚀开裂。
❖ 裂缝形态有两种:沿晶界发展,称晶间开裂；缝穿过晶粒,称穿 晶开裂,也有混合型。
❖ 是最危险的腐蚀形态之一,可引起突发性事故。 ❖ 防止应力腐蚀的方法:进行热处理以消除部件的应力;改进设计
结构,避免应力集中于局部,设计中选用的载荷应低于产生应力 腐蚀的临界值;表面用喷丸处理产生压应力;采用电化学保护、 涂料、或缓蚀剂等。
❖ 外壁腐蚀
与管道所处的环境有关。架空管道易受大气腐蚀，土壤水 中的管道则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。特 别是一旦防腐层被破坏，外币将直接受环境条件的腐蚀。
3.4 按形态分
❖ 3.4.1 全面腐蚀 ❖ 3.4.2 局部腐蚀
3.4.1 全面腐蚀
❖ 金属表面的全部或大部都发生腐蚀，腐蚀程度大致是均 匀的，故又称为均匀腐蚀。如高温氧化。
过程。金属/电解质界面上伴随着电荷转移发生的化学反应称为 电极反应。 ❖ (4) 电化学腐蚀过程伴随着电子的流动，即电流的产生。
3.2.4 电化学腐蚀的主要原因
大气腐蚀 土壤腐蚀 杂散电流腐蚀 细菌腐蚀
微腐蚀电池 宏腐蚀电池
主要影响因素为土壤的性质
3.3 按部位分
❖ 内壁腐蚀
介质中的水在管道壁生成一层亲水模并形成原电池所发生 的电化学腐蚀，或其他有害物质（硫化氢、硫化物、CO2 等）直接与金属作用引起的化学腐蚀。
❖ 奥氏体不锈钢的晶间贫铬引起的晶间腐蚀在工业中较为 常见。
(5) 选择性腐蚀
❖ 工业合金有不同成分和杂质,具有不同的结构, 耐蚀性也有差别。在一定溶液中,有些活性组 分溶出,剩下疏松的不活泼组分,强度和延性完 全丧失。
(6) 磨损腐蚀
❖(1)冲击腐蚀 ❖(2)空泡腐蚀 ❖(3)摩振腐蚀
(7) 应力腐蚀开裂
点腐蚀发生于有特殊离子的介质中。
点腐蚀发生在某一临界电位以上。
(2) 缝隙腐蚀
❖ 缝隙腐蚀是孔蚀的一种特殊形态，发生在缝隙内 (如焊、铆缝、垫片或沉积物下面的缝隙)，破坏 形态为沟缝状,严重的可穿透。
❖ 缝隙腐蚀常有一段较长的孕育期，当缝内pＨ值 下降到临界值后，与孔蚀相似，产生加速腐蚀。
❖ 一般在含Cl-溶液中最易发生，有效的防止方法是 消除缝隙。
❖ (6) 磨损腐蚀 ❖ (7) 应力腐蚀开裂 ❖ (8) 腐蚀疲劳 ❖ (9) 氢腐蚀
(1) 点蚀
❖ 腐蚀集中于金属表面的很小范围内，并深入到金 属内部的孔状腐蚀形态。一般孔径小而深度深。
❖ 点蚀系数：蚀孔最大深度/平均腐蚀深度
▪
特
▪
征
▪
易于生成炖化膜的金属材料（如不锈钢、 铝）表面容易发生深的点蚀