1、2022/7/121天然氣地面工程的腐蝕表現和防護要點2022/7/122第一節 概述一.腐蝕與防護的重要意義 金屬腐蝕給國民經濟造成了巨大的經濟損失，甚至帶來災難性的事故，浪費寶貴的資源與能源，而且污染環境。 在國民經濟各部門中，每年都有大量的金屬構件和設備因腐蝕而報廢。 據發達國家調查，每年由于腐蝕造成的損失約占國民經濟總產值的2%4%。 在腐蝕作用下，世界上每年生產的鋼鐵中有10%被腐蝕消耗。 隨著天然氣工業的發展，特別是含硫化氫、二氧化碳等腐蝕介質油氣田的相繼開發，天然氣集輸系統和長輸系統的設備與管道的腐蝕與防護受到越來越多的重視。 2022/7/123一.腐蝕與防護的重要意義 鑒于腐

2、蝕問題的嚴重性，國內外對防腐蝕工作都很重視，采取各種措施來減輕腐蝕的危害。 為了保證油氣管道的長期安全運行，各國政府和企業都制定有防腐法規，作為設計、施工、管理必需遵循的準則。 研究腐蝕和防護的意義是多方面的。 經濟方面：這包括降低因管道、儲罐、設備和結構的腐蝕所造成的金屬損失。 安全性：因為腐蝕可能造成設備災難性的破斷事故。 保護環境：主要是指金屬資源，因為它們在全球的儲量有限，并且，它們的浪費還伴隨著這些金屬構件生產制造中的能源和水的浪費。 2022/7/124二.金屬腐蝕的定義 金屬腐蝕：是指金屬與周圍環境發生化學反應、電化學反應或物理溶解作用而導致金屬損壞。 這個定義明確指出了金屬腐蝕

3、是包括金屬材料和環境介質兩者在內的一個具有反應作用的體系。 金屬為什么很容易受腐蝕？從熱力學的觀點看，是因為金屬處于不穩定狀態，它有與周圍介質發生作用轉變成金屬離子的傾向。 金屬及其合金的腐蝕主要是化學和電化學作用引起的破壞，有時伴隨有機械、物理或生物作用。 單純的物理作用的破壞，如合金在液態金屬中的物理溶解（存放熔融鋅的鋼容器，Fe在高溫下被液態鋅溶解，使容器壁變薄），這種情況比較少。 不包含化學變化的純機械破壞不屬于腐蝕范疇，例如鋼索斷裂、機器軸的損壞等 ，這是材料本身性能的失效。 2022/7/125三.金屬腐蝕的分類1.按腐蝕形態分類1）全面腐蝕（general corrosion）

4、腐蝕分布在整個金屬表面上，可以是均勻的，也可以是不均勻的。 如碳鋼在強酸中發生的腐蝕即屬此例。 均勻腐蝕的危害性相對較小，因為若知道了腐蝕的速度，即可推知材料的使用壽命，并在設計時將此因素考慮進去。 2022/7/1261.按腐蝕形態分類1）局部腐蝕（localized corrosion） 腐蝕主要集中在金屬表面某一區域，而表面的其他部分幾乎未被破壞。 常見的幾種局部腐蝕有：點蝕（pitting） 又稱小孔腐蝕。 這種破壞常集中在某些活性點上，并向金屬內部深處發展，通常其腐蝕深度大于其孔徑，嚴重時可使金屬穿孔。 如不銹鋼在含有氯離子的溶液中常呈現這種破壞形式。 電偶腐蝕（galvanic c

5、orrosion） 凡具有不同電極電位的金屬相互接觸，并在一定的介質中所發生的電化學腐蝕即屬此類，如不銹鋼和碳鋼的連接處，碳鋼在介質中做為陽極而被腐蝕。 2022/7/1271.按腐蝕形態分類氫脆（hydrogen embrittlement） 在某些介質中，因腐蝕或其他原因所產生的氫原子可滲入金屬內部，使金屬變脆，并在應力作用下發生脆裂。 如含硫化氫的油、氣輸送管道中常發生這種腐蝕。 應力腐蝕開裂（stress corrosion cracking） 它在局部腐蝕中居首位。 根據腐蝕介質的性質和應力狀態的不同，裂紋特征會有所不同，顯微裂紋呈穿晶、晶界或兩者混合形式，裂紋呈樹枝狀，其走向與所受

6、拉應力的方向垂直。 如奧氏體不銹鋼在熱氯化物水溶液（如NaCl2，MgCl2，BaCl2溶液）中常有應力腐蝕破裂發生。 2022/7/1281.按腐蝕形態分類晶間腐蝕（intergranular corrosion） 這種腐蝕首先在晶粒邊界上發生，并沿晶界向縱深處發展。 這時，金屬外觀雖看不出什么變化，但其機械性能確已大大降低了。 例如奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼常出現這種腐蝕。 選擇性腐蝕（selective leaching） 合金中的某一組分由于腐蝕優先溶解到溶液中去，而另一種金屬富集下來。 如黃銅脫鋅就是此類腐蝕。 2022/7/1291.按腐蝕形態分類其他局部腐蝕:縫隙腐蝕（crevi

7、ce corrosion）沉積腐蝕濃差電池腐蝕湍流腐蝕腐蝕疲勞（corrosion fatigue）磨損腐蝕（erosion corrosion）氫致開裂（hydrogen induced cracking）2022/7/12102.按腐蝕環境分類1）化學介質腐蝕2）大氣腐蝕3）海水腐蝕4）土壤腐蝕5）工業水腐蝕6）高溫腐蝕液態金屬腐蝕熔鹽腐蝕燃氣腐蝕2022/7/12112.按腐蝕環境分類1）化學腐蝕 金屬的化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。 它可分為兩種：氣體腐蝕在非電解質溶液中的腐蝕2）電化學腐蝕 電化學腐蝕是指金屬與電解質發生電化學反映而產生的破壞。 202

8、2/7/1212腐蝕形態示意圖2022/7/1213天然氣地面工程的腐蝕與防護課間休息2022/7/1214第二節 金屬腐蝕的基本原理一.化學腐蝕1.化學腐蝕的機理式中：Me 金屬原子； X 介質原子。 2022/7/1215一.化學腐蝕2.常見的化學腐蝕1）金屬的高溫氣體腐蝕高溫硫化氫蝕2）金屬在非電解質溶液中的腐蝕 腐蝕比較輕微。 2022/7/1216二.電化學腐蝕 金屬與電解質溶液間發生腐蝕原電池作用而引起的腐蝕叫電化學腐蝕。 腐蝕原電池又分為微電池和宏電池兩種。 腐蝕原電池的形成條件：有電解質溶液與金屬相接觸；金屬的不同部位或兩種金屬間存在電極電位差；兩極之間相互連通。 2022/7

9、/1217二.電化學腐蝕腐蝕原電池的作用過程：陽極過程：金屬溶解，以離子形式進入溶液，并把當量電子留在金屬上。 電子轉移：在電路中電子由陽極流向陰極。 陰極過程：由陽極流過來的電子被溶液中能吸收電子的氧化劑D所接受，其本身被還原。 電化學腐蝕過程示意圖2022/7/1218三.硫化氫的腐蝕 H2S不僅對鋼具有很強的腐蝕性，而且其本身還是一種很強的滲氫介質。 1.硫化氫電化學腐蝕過程 腐蝕產物FexSy主要有Fe9S8、Fe3S4、FeS2、FeS。 2022/7/12192.硫化氫導致氫損傷過程1）硫化物應力開裂（SSC）2）氫致開裂（HIC）氫脆（HE）氫鼓泡（HB）氫致臺階式開裂（HIBC

10、）2022/7/12203.影響硫化氫腐蝕的因素1)H2S濃度2022/7/12213.影響硫化氫腐蝕的因素2)pH值 當pH6時，鋼的腐蝕率高。 3）CO2 CO2溶于水形成碳酸，使及至的pH值下降，增加介質的腐蝕性。 4）溫度、流速、暴露時間和氯離子等2022/7/12224.影響SSC的因素1)環境因素H2S濃度pH值 CO2溫度2）材料因素硬度（強度）顯微組織化學成分冷變形2022/7/12235.影響HIC的因素1)環境因素H2S濃度pH值 CO2氯離子溫度2）材料因素顯微組織化學成分非金屬夾雜物2022/7/1224四.二氧化碳的腐蝕1.二氧化碳的腐蝕機理陽極反應：陰極反應：腐蝕產

11、物：2022/7/1225四.二氧化碳的腐蝕2. 二氧化碳腐蝕的影響因素CO2分壓腐蝕產物膜溫度流速氯離子2022/7/1226五.土壤的腐蝕1.土壤腐蝕的特點1）由于土壤性質及其結構的不均勻性，不僅在小塊土壤內可形成腐蝕原電池，而且因不同土壤交接在埋地管道上形成的長線電流，其宏觀腐蝕原電池可能達數十公里。 2）除酸性土壤外，大多數土壤中裸鋼腐蝕的主要形式是氧濃差電池。 3）腐蝕速率比一般水溶液中慢，特別是土壤電阻率的影響大，有時成為腐蝕速度的主要控制因素。 2022/7/1227五.土壤的腐蝕2.影響土壤腐蝕的因素1）土壤性質的影響孔隙度（透氣性）含水量電阻率酸度含鹽量2）雜散電流的影響3）

12、微生物的影響2022/7/1228第三節 腐蝕控制方法一.基本方法1.正確選用金屬材料2.合理設計金屬結構結構件形狀應盡可能簡單和合理防止殘余水分積存的腐蝕防止電偶腐蝕防止縫隙腐蝕防止流體流動形式造成的腐蝕2022/7/1229一.基本方法3.加緩蝕劑2022/7/1230一.基本方法4.采用電化學保護陰極保護犧牲陽極法強制電流法陽極保護5.表面覆蓋層保護金屬鍍層陽極性鍍層陰極性鍍層非金屬鍍層有機涂層無機涂層2022/7/1231二.地下管道腐蝕的防護1.防止地下管道外壁腐蝕的措施1）管道外壁防腐絕緣層 石油瀝青、煤焦油瓷漆、環氧煤瀝青、聚乙烯膠粘帶、聚乙烯、聚丙烯、環洋粉末等。 2）管道的陰極保護2.防止地下金屬管道內壁腐蝕的控制措施1）控制管輸天然氣的腐蝕性脫水脫除H2S添加緩蝕劑2022/7/12322.防止地下金屬管道內壁腐蝕的控制措施2）選用耐腐蝕金屬材料3）管道內表面覆蓋層4）定期清管2022/7/1233四.含硫化氫氣田地面金屬設施腐蝕的控制方法1.控制SSC的措施1）控制環境因素脫硫脫水控制pH值添加緩蝕劑2）選用抗SSC材料和工藝2022/7/12342