油氣集輸系統防腐新技術

主講：李又綠電話：138805518595/28/20231西南石油學院儲運研究所第一章概述一.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。5/28/20232西南石油學院儲運研究所一.腐蝕與防護的重要意義

鑒于腐蝕問題的嚴重性，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。1.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。直接損失:指更換被腐蝕的構件、機械或它們的零部件，如管道、金屬屋頂，并包括這種更換工作所需的勞動力在內合計花費的金額。5/28/20233西南石油學院儲運研究所間接損失:

停產損失產品損失效率損失產品污染過度設計2.安全性：因為腐蝕可能造成設備災難性的破斷事故。3.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。5/28/20234西南石油學院儲運研究所二.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。5/28/20235西南石油學院儲運研究所三.金屬腐蝕的分類1.按腐蝕形態分類1）全面腐蝕（generalcorrosion）

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。5/28/20236西南石油學院儲運研究所1.按腐蝕形態分類1）局部腐蝕（localizedcorrosion）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（galvaniccorrosion）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。5/28/20237西南石油學院儲運研究所1.按腐蝕形態分類·氫脆（hydrogenembrittlement）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（stresscorrosioncracking）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。5/28/20238西南石油學院儲運研究所1.按腐蝕形態分類·晶間腐蝕（intergranularcorrosion）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（selectiveleaching）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。5/28/20239西南石油學院儲運研究所1.按腐蝕形態分類其他局部腐蝕:縫隙腐蝕（crevicecorrosion）沉積腐蝕濃差電池腐蝕湍流腐蝕腐蝕疲勞（corrosionfatigue）磨損腐蝕（erosioncorrosion）氫致開裂（hydrogeninducedcracking）5/28/202310西南石油學院儲運研究所2.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5/28/202311西南石油學院儲運研究所3.按腐蝕機理分類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。

化學腐蝕是在一定的條件下,非電解質中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用,即氧化還原反應是在反應粒子相互作用的瞬間于碰撞的那一個反應點上完成的。在化學腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進行的，因而沒有電流產生。過去，普遍的觀點認為，金屬的高溫氧化屬典型的化學腐蝕。但在1952年，瓦格納（C.Wangner）根據氧化膜的近代觀點提出，不再將高溫氧化視為單純的化學腐蝕。在高溫氣體中金屬的氧化最初雖然是通過化學反應，但后來，膜的成長過程則屬于電化學機理。5/28/202312西南石油學院儲運研究所3.按腐蝕機理分類化學腐蝕可分為兩種：氣體腐蝕：一般指金屬在干燥氣體中發生的腐蝕。例如，用氧氣切割和焊接管道時在金屬表面上產生的氧化皮。在非電解質溶液中的腐蝕：例如金屬在某些有機液體（如苯、汽油）中的腐蝕。5/28/202313西南石油學院儲運研究所3.按腐蝕機理分類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應而產生的破壞。

在腐蝕過程中有電流產生。電化學腐蝕的過程至少包括有一個陽極反應和一個陰極反應，并與流過金屬內部的電子流和介質中定向遷移的離子聯系在一起。陽極反應是金屬原子從金屬轉移到介質中并放出電子的過程，即氧化過程。陰極反應是介質中的氧化劑奪取電子發生還原反應的還原過程。例如，碳鋼在酸中腐蝕時，在陽極區Fe被氧化成Fe2+，所放出的電子自陽極（Fe）流至鋼表面的陰極區（如Fe3C）上，與H+作用而還原成氫氣，即5/28/202314西南石油學院儲運研究所3.按腐蝕機理分類

陽極反應：Fe→Fe2++2e陰極反應：2H++2e→H2↑總反應：Fe+2H+→Fe2++H2↑

由此可見，電化學腐蝕的特點是：介質為離子導電的電解質。金屬/電解質界面反應過程是因電荷轉移而引起的電化學過程，必須包括電子和離子在界面上的轉移。界面上的電化學過程可以分為兩個相互獨立的氧化和還原過程，金屬/電解質界面上伴隨電荷轉移發生的化學反應稱為電極反應。電化學腐蝕過程伴隨電子的流動，即電流的產生。5/28/202315西南石油學院儲運研究所3.按腐蝕機理分類

綜上所述，電化學腐蝕實際上是一個短路的原電池反應的結果，這種原電池又稱為腐蝕原電池。油氣管道和儲罐在潮濕的大氣中、海水中、土壤中以及油氣田的污水、注水系統等環境中的腐蝕均屬此類。腐蝕原電池與一般原電池的差別僅在于原電池是把化學能轉變為電能，作有用功，而腐蝕原電池則只能導致材料的破壞，不對外界作有用功。當管、罐金屬表面受到外界的交、直流雜散電流的干擾，產生電解電池的作用時，腐蝕金屬電極的陽極溶解，即發生所謂的雜散電流腐蝕。電解池的正極進行陽極反應，負極進行陰極反應，其電極的正、負極性與腐蝕原電池相反。故電化學反應是借助于原電池和電解池進行的。電化學腐蝕較普遍和常見，是油氣田設備及管道腐蝕的主要類型。5/28/202316西南石油學院儲運研究所腐蝕經形態連示意舊圖5/每13捏/2探02錫317西南符石油殃學院掠儲運刺研究狐所四.素金屬大腐蝕消速率叼的表表示方務法金屬丸遭受肺腐蝕鼠后，劣其質窗量、保厚度朵、機蟻械性百能、碌組織集結構斜、電而極過榨程都刊會變擊化，爸這些佳物理吳性能先和力施學性燙能的轉變化洪率可國用來甚表示停金屬企腐蝕鋸的程宋度。散在均械勻腐更蝕的劍情況姻下通倒常采斑用質賽量指顯標、晌深度功指標億和電獲流指筍標來爐表示潮。1.踢質量對指標2.灑金屬洽腐蝕覽速率槍的深胖度指尊標3.殿金屬亞腐蝕雨速率膀的電箏流指離標5/廳13櫻/2抬02珍318西南刪石油前學院姐儲運井研究議所1.暑質量伯指標這種村指標莊就是尊金屬哥因腐訓蝕而仍產生添的質求量變發化，璃換算議成相虎當于嘴單位尼金屬招表面估積于房誠單位榜時間狂內的叔質量羞變化鎮的數到值。趕所謂夕質量槳的變更化，肺在失砍重時言是指搜腐蝕鍵后帶紐奉有腐宴蝕產韻物時區的質網量與校消除據了腐孝蝕產衣物后烤的質旺量之績間的練差值剛；在被增重議時系創指腐胡蝕后拆帶有黑腐蝕線產物齊時的燒質量猶與腐裝蝕前住的質挽量之顯差，鍋可根忠據腐博蝕產慌物容邁易去報除或長完全紐奉牢固抄地附靈著在寫試件糞表面蘇的情為況來肌選取嚼失重錢或增速重表至示法蓄。式中騰：v薦—表跌示金外屬腐建蝕的蔥速率菊，g散/(演m2?h覽)；ΔW談—腐剪蝕前線后金邊屬質弱量的高變化掀，g尖；S—園金屬帶的表碎面積奸，m2；t—燒腐蝕南進行核的時您間，夜h。5/催13近/2補02售319西南鎖石油虎學院窮儲運蓋研究宗所2.愉金屬煙腐蝕維速率尾的深乏度指友標此指殖標表雅示單勻位時葡間內椒金屬梢的厚近度因釣腐蝕田而減安少的允量。反在衡勾量不呀同密崖度的坑各種束金屬股的腐系蝕程肉度時心，有銳以下幣換算具關系董：式中陶：vL—腐勞蝕的晌深度澇指標薪，m擦m/態a；ρ—上被腐加蝕金菜屬的衛密度筆，g屋/c存m3。除上瞞述單和位外暑，在泊不少雙文獻屈中也襯經常慶用md根d即m樣g/殿(d胸m2?d)果，i得py乖(i槳n/何a)胡，m孩py江(m據il唇/a敲)等著作為勾重量借指標嫩和深趴度指肚標的踐單位胃，屆它們演可以捆相互蝴換算耀，具名體換兔算方膏法見推表1巷。5/婦13駕/2搏02狠320西南甜石油蠻學院示儲運刻研究鈴所5/少13伐/2都02糟321西南杰石油應學院羊儲運勤研究喊所根據醋金屬儉年腐罩蝕深戶度的姻不同鑄，管所道及智儲罐翼的介湖質腐借蝕性騾評價沖標準經及大究氣腐你蝕性鴨評價涂按SY黑/T茅00嚼87察-9揉5進躺行，淺數據眼見表惱2與權表3吉。最來大坑染深及揉點蝕私的評蛛價標音準見鴿表4諷及表