遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE2PAGE4PAGE1論文題目：埋地管道腐蝕機(jī)理及防腐新技術(shù)研究進(jìn)展論文題目：埋地管道腐蝕機(jī)理及防腐新技術(shù)研究進(jìn)展論文時(shí)間：2010年4月26日至2010年6月18日論文進(jìn)行地點(diǎn)：大連星源船舶燃料有限公司（東港分公司）論文內(nèi)容：1、前言2、埋地管線的腐蝕環(huán)境及金屬腐蝕機(jī)理3、常用防護(hù)方法4、結(jié)論論文的主要技術(shù)指標(biāo)1、埋地管道點(diǎn)腐蝕（小孔腐蝕）產(chǎn)生機(jī)理2、管道腐蝕現(xiàn)狀的檢測(cè)方法3、針對(duì)腐蝕采取有效的措施4、管道選材的標(biāo)準(zhǔn)，及管道壽命的計(jì)算5、管道腐蝕剩余壽命的預(yù)測(cè)論文的基本要求在畢業(yè)論文寫作期間，工作刻苦努力，態(tài)度認(rèn)真，遵守各項(xiàng)紀(jì)律，表現(xiàn)良好。能按時(shí)、全面、獨(dú)立地完成與畢業(yè)論文有關(guān)的各項(xiàng)任務(wù)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的綜合分析問題和解決問題的能力。論文立論正確，理論分析透徹，解決問題方案恰當(dāng)，結(jié)論正確，論文中使用的概念正確，語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，條理清楚，邏輯性強(qiáng)，欄目齊全，書寫工整。論文寫作格式規(guī)范，符合規(guī)定，能夠符合學(xué)校畢業(yè)論文標(biāo)準(zhǔn)。44、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1].楊筱蘅．輸油管道設(shè)計(jì)與管理[M]．東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006；[2].劉熠，陳學(xué)峰．西南油氣管道內(nèi)壁腐蝕的控制[J]．腐蝕與防護(hù)，2007；[3].張興儒.油田腐蝕狀況與腐蝕控制.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù).2001；[4].胡士信，董旭．我國(guó)管道防腐層技術(shù)現(xiàn)狀[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004；[5].石油天然氣管道局.油氣管道工程概述.北京:石油工業(yè)出版社,2003；進(jìn)度安排及完成情況序號(hào)論文各階段任務(wù)日期完成情況1收集材料，篩選材料4月2完成2確立論文題目4月29完成3擬寫提綱，撰寫初稿5月6完成4修改、審核論文初稿6月03完成5成稿、排版、打印、裝訂6月12完成6月日~月日學(xué)生簽名：崗位指導(dǎo)教師簽名指導(dǎo)教師簽名：系主任簽名：年月日畢業(yè)論文評(píng)閱書

畢業(yè)論文評(píng)閱書崗位指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：崗位指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：評(píng)分（建議成績(jī)）：評(píng)分（建議成績(jī)）：崗位指導(dǎo)教師簽字：指導(dǎo)教師簽字：年月日年月日畢業(yè)論文評(píng)閱書答辯委員會(huì)意見：答辯委員會(huì)主任：答辯委員會(huì)意見：答辯委員會(huì)主任：200年月日評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)：評(píng)分（建議成績(jī)）：年月日評(píng)分表項(xiàng)目論文崗位指導(dǎo)教師建議成績(jī)指導(dǎo)教師建議成績(jī)合計(jì)權(quán)重403030100分?jǐn)?shù)答辯委員會(huì)意見：答辯委員會(huì)主任：年月日成績(jī)遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE7PAGE1埋地管道腐蝕機(jī)理及防腐新技術(shù)研究進(jìn)展摘要油氣輸送管道的使用優(yōu)點(diǎn)日益突出。由于土壤環(huán)境的復(fù)雜性，使埋地鋼管受到嚴(yán)重腐蝕。埋地管道的腐蝕嚴(yán)重影響其使用壽命和所輸油品質(zhì)量，甚至造成泄漏。本文從長(zhǎng)輸管道外腐蝕控制所需考慮的因素出發(fā)，通過對(duì)金屬管道的腐蝕機(jī)理分析及對(duì)管道周圍環(huán)境腐蝕性的檢測(cè)，了解腐蝕發(fā)生的原因，提出有效的防護(hù)措施。并結(jié)合國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)輸管道外防護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)和防腐蝕層應(yīng)用的現(xiàn)狀，分析、比較了目前主要防護(hù)材料的防腐蝕性能。而且針對(duì)埋地管道的均勻腐蝕問題，利用一些常規(guī)公式推導(dǎo)出管道腐蝕剩余壽命的計(jì)算公式，并給出了算例，為管道腐蝕剩余壽命計(jì)算提供了理論依據(jù)。并給出了自己的認(rèn)識(shí)及日后的打算。關(guān)鍵詞：埋地管道；腐蝕；防護(hù)；檢測(cè)；剩余壽命目錄1．前言 82．埋地管線的腐蝕環(huán)境及金屬腐蝕機(jī)理 92.1埋地管線腐蝕環(huán)境 92.2腐蝕機(jī)理 92.2.1化學(xué)腐蝕 92.2.2電化學(xué)腐蝕 92.3腐蝕性研究進(jìn)展 102.3.1腐蝕檢測(cè)的內(nèi)容 102.3.2管道沿途土壤腐蝕性研究 102.3.3腐蝕速率的研究 112.3.4雜散電流對(duì)埋地管道的腐蝕 122.3.5地磁引起的電流的影響 143．常用防護(hù)方法 153.1涂層保護(hù) 153.1.1常用防腐層 153.1.2存在問題 153.1.3預(yù)防措施及建議 163.2電化學(xué)保護(hù) 173.2.1陽(yáng)極保護(hù) 173.2.2陰極保護(hù) 173.3雜散電流排流保護(hù) 203.4合理選材 203.5管線的在線檢側(cè)與評(píng)估 213.5.1管線的在線檢側(cè) 213.5.2管道失效評(píng)估 223.5.3剩余壽命預(yù)測(cè) 22結(jié)論 26謝辭 27參考文獻(xiàn) 28遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8前言輸油管道的運(yùn)輸方向不受限制，與公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、水運(yùn)、管道輸送等陸地運(yùn)輸方式相比，運(yùn)輸費(fèi)用最低，所以是最主要的油氣運(yùn)輸方式。隨著中國(guó)油田開發(fā)進(jìn)入中后期，作為油田主要設(shè)施的管道、儲(chǔ)罐的腐蝕問題便提議突出起來。輸油管道基本上都采用碳素鋼無縫鋼管、直縫電阻焊鋼管和螺旋焊縫鋼管。埋地輸油輸氣管道，當(dāng)金屬管道和周圍介質(zhì)接觸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用而引起其表面銹蝕。金屬管道遭到腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能方面都將發(fā)生變化，影響所輸油品的質(zhì)量，縮短輸油管道的使用壽命，甚至不能使用。腐蝕不僅給油氣工業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)造成重大人身傷亡事故和嚴(yán)重的環(huán)境污染。隨著“西氣東輸”天然氣管道和中俄跨國(guó)輸油氣管道建設(shè)高潮的逐步來臨，加強(qiáng)對(duì)油氣管道技術(shù)方面的研究顯得尤為必要和重要。借鑒國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將獲得的理論和實(shí)踐應(yīng)用于管道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)中去，使我們少走彎路，使腐蝕開裂造成的損失降到最低限度。鋼質(zhì)管道的腐蝕損失占有相當(dāng)?shù)谋壤?，所以加?qiáng)鋼質(zhì)管道防護(hù)、延長(zhǎng)管道使用壽命是急待解決的問題。因此，了解腐蝕發(fā)生的原因，采取有效的防護(hù)措施，有著十分重大的意義。遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE14埋地管線的腐蝕環(huán)境及金屬腐蝕機(jī)理材料與其所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)的、電化學(xué)的或物理的作用而引起的材料破壞和變質(zhì)稱為腐蝕。金屬腐蝕是引起材料失效和破壞的主要原因之一。2.1埋地管線腐蝕環(huán)境目前國(guó)內(nèi)輸油、輸氣管線多數(shù)以鋼管為主，長(zhǎng)距離大口徑金屬管道埋入地下，由于土壤的腐蝕作用，造成管道穿孔，跑、冒事故時(shí)有發(fā)生。埋地管道在工作環(huán)境下，受著多種腐蝕，主要腐蝕情況有：土壤腐蝕、微生物腐蝕和雜散電流腐蝕。在一些缺氧的土壤中有細(xì)菌（硫酸鹽還原菌）參加了腐蝕過程，細(xì)菌腐蝕不占主導(dǎo)地位。雜散電流是在地下流動(dòng)的防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之外對(duì)金屬管道產(chǎn)生腐蝕破壞作用的電流，雜散電流腐蝕包括直流雜散電流腐蝕和交流雜散電流腐蝕。2.2腐蝕機(jī)理金屬的腐蝕是指金屬在周圍介質(zhì)作用下，由于化學(xué)變化、電化學(xué)變化或物理溶解作用而產(chǎn)生的破壞或變質(zhì)。金屬腐蝕是引起材料失效和破壞的主要原因之一。埋地管道的腐蝕原因可分為：2.2.1化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電介質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。其特點(diǎn)為在一定條件下，非電解質(zhì)中的氧化劑與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕過程中電子在金屬與氧化劑之間直接傳遞，沒有電流產(chǎn)生。2.2.2電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞，其特點(diǎn)在于電化學(xué)腐蝕歷程可分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立并可同時(shí)進(jìn)行的過程?？煞譃椋?.2.2.1原電池腐蝕原電池腐蝕指金屬在具有離子導(dǎo)電性的環(huán)境介質(zhì)電解質(zhì)溶液中形成原電池而發(fā)生的腐蝕。2.2.2.2電解腐蝕指外界的雜散電流使處在電解質(zhì)溶液中的金屬發(fā)生電解而形成的腐蝕。當(dāng)管道鋪設(shè)在電氣鐵路、電廠附近時(shí)，就會(huì)發(fā)生雜散電流腐蝕。多數(shù)情況下，大地被作為電流的回路。2.2.2.3細(xì)菌腐蝕當(dāng)土壤中含有硫酸鹽時(shí)，在缺氧的情況下，一種厭氧性細(xì)菌———硫酸鹽還原菌(SRB)就會(huì)繁殖起來，在它們的生活過程中需要?dú)浠蚰承┻€原物質(zhì)，將硫酸鹽還原成為硫化物，利用反應(yīng)的能量來繁殖。HéctorA.Videla發(fā)現(xiàn)由細(xì)菌、細(xì)胞外的聚合物質(zhì)（EPS）和水（主要的）組成的生物膜，通過這個(gè)生物膜的形成發(fā)生了金屬的微生物集群現(xiàn)象。生物沉積可以徹底的緩和構(gòu)造金屬的腐蝕行為。但是，生物膜也方便了金屬/溶液接觸面處化學(xué)物種交換的擴(kuò)散邊界的形成。2.3腐蝕性研究進(jìn)展一般來講，埋于地下的金屬管道，經(jīng)過一段時(shí)間（一般為6～8年）的運(yùn)行，部分管段防腐蝕層可能出現(xiàn)老化、剝離或破損現(xiàn)象，管體產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，局部地段開始出現(xiàn)穿孔、泄露。無論是何種形式的腐蝕或機(jī)械損傷，最終都表現(xiàn)為管道機(jī)械性能的破壞或喪失，其中最常見的是管道壁厚減薄。在隨后一段時(shí)間，管道甚至?xí)霈F(xiàn)大面積的開裂、穿孔等破壞管道正常輸送的嚴(yán)重事故。2.3.1腐蝕檢測(cè)的內(nèi)容對(duì)于長(zhǎng)輸管道來說，腐蝕檢測(cè)主要包括兩方面的內(nèi)容：環(huán)境腐蝕能力和管道的腐蝕狀況。對(duì)管道腐蝕現(xiàn)狀的檢測(cè)可以摸清管道當(dāng)前存在的問題和過去的腐蝕結(jié)果，對(duì)環(huán)境腐蝕能力的檢測(cè)可以分析腐蝕原因以及對(duì)將來的腐蝕程度進(jìn)行預(yù)測(cè)，以采取相應(yīng)的防腐措施。2.3.2管道沿途土壤腐蝕性研究管道的腐蝕是土壤環(huán)境作用與管線材料綜合作用的結(jié)果。對(duì)土壤腐蝕的研究主要包括土壤腐蝕的各種影響因素及土壤腐蝕的評(píng)價(jià)指標(biāo)兩方面土壤是一個(gè)由氣、液、固三相物質(zhì)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，張合平通過管道金屬與土壤間的原電池、土壤含水量、土壤電阻率、土壤酸度、土壤所含鹽分、土壤孔隙率、雜散電流、微生物腐蝕等幾方面分析了土壤對(duì)管道腐蝕的影響，并應(yīng)用德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤腐蝕性進(jìn)行評(píng)價(jià)。Paulin,MichaelJ.等指出，大部分人認(rèn)為管路與土壤間是通過一系列不連續(xù)的非線性彈簧連接的，但這些結(jié)論一般都是通過土壤與埋地結(jié)構(gòu)間的研究引伸而來，很少有專門的管線理論或?qū)嶒?yàn)結(jié)果可有效比較和驗(yàn)證管線設(shè)計(jì)和分析方法的優(yōu)劣。楚喜麗通過室內(nèi)自然腐蝕埋片試驗(yàn)和電化學(xué)極化測(cè)量，得出各種土壤的相對(duì)腐蝕性，并選用一種土壤，進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交分析的結(jié)果表明:土壤中的含水量、Cl含量和Ca含量是碳鋼在寶浪油田土壤中腐蝕的主要影響因素。2.3.3腐蝕速率的研究在土壤的腐蝕性評(píng)價(jià)工作中，廣泛采用現(xiàn)場(chǎng)埋片試驗(yàn)法，然后用失重法測(cè)定腐蝕速率。由于土壤腐蝕的埋片試驗(yàn)周期很長(zhǎng)，一般為10～30年。因此，在較短的時(shí)間內(nèi)獲得可靠的土壤腐蝕速率數(shù)據(jù)，是土壤腐蝕研究一直追求的目標(biāo)。隨著電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在許多土壤腐蝕研究中采用了線性極化法或電化學(xué)極化掃描法，但很少與實(shí)際埋片的腐蝕速率結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。傳統(tǒng)的電阻法測(cè)定腐蝕速率所采用的腐蝕試件主要有絲狀試件和片狀試件兩種：絲狀試件=(r/t)〔1-〕8760(2-4)片狀試件=｛〔()-〕/t｝(2-5)金屬試件的電阻很小，通常在0.2Ω以下，必須采用精密的電橋法來測(cè)量。改進(jìn)的測(cè)試法依據(jù)電阻法測(cè)試腐蝕速率的基本原理，采用恒電流作為信號(hào)源，通過高精度數(shù)據(jù)放大器測(cè)量腐蝕試件兩端的電位，求取試件在腐蝕過程中電阻的變化來獲得試件腐蝕速率：｛〔-〕/｝2190(2-7)(2-8)式中：———試件在t時(shí)刻電位的變化量；———腐蝕t時(shí)刻測(cè)定試件的電位；———腐蝕開始時(shí)試件測(cè)量段的初始電位。改進(jìn)的電阻法采用較大尺寸的腐蝕試件可以反映腐蝕的形態(tài)，能夠在較短的試驗(yàn)期間獲得穩(wěn)定的腐蝕速率，并達(dá)到很高的測(cè)量精度(0.3μm)。李謀成等介紹了一種新研制的土壤腐蝕性檢測(cè)儀。它可檢測(cè)金屬在土壤中的腐蝕電流、腐蝕電位、土壤的電阻率、氧化還原電位及溫度等參數(shù),并通過測(cè)試證實(shí)穩(wěn)態(tài)腐蝕電流與埋片失重腐蝕速度之間具有較好的相關(guān)性。還可用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)土壤的腐蝕速率作出預(yù)測(cè)。2.3.4雜散電流對(duì)埋地管道的腐蝕在我國(guó)，地鐵作為城市重要的交通工具正在迅速發(fā)展，地鐵多采用直流電力牽引系統(tǒng)和走行軌回流的方式。地鐵運(yùn)行時(shí)，由走行軌漏泄到道床及其周圍土壤介質(zhì)中的電流稱為地鐵迷流(或雜散電流)。關(guān)于控制漏泄電流問題，R.W.Shaffer提出了兩條建議，但由于成本增加很大等因素使這些措施具有局限性。因而，研究地鐵迷流對(duì)埋地管線的腐蝕，并探索新的有效的抗迷流腐蝕工藝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！?〉腐蝕機(jī)理由地鐵雜散電流引起的金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生的腐蝕本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕，即電極電位低的金屬被氧化，失去電子而變成金屬離子，同時(shí)電極電位高的金屬（或非金屬離子）得到電子被還原。〈2〉腐蝕定量評(píng)價(jià)指標(biāo)金屬受迷流腐蝕可用不同技術(shù)特征化的材料損失表示，腐蝕一般以腐蝕速率定量表征，是指單位時(shí)間（單位面積上）所損失的金屬量。一種表示腐蝕速率的方法是單位時(shí)間、單位面積上的金屬腐蝕量V=(2-9)$=Q=It(2-10)==3600（2-11）常用此式的腐蝕速率法定量表征迷流腐蝕的程度，簡(jiǎn)單而有效。另一種表示腐蝕速率的方法是單位時(shí)間金屬結(jié)構(gòu)物的腐蝕量，由式$=kIt(2-12)可推得:=(2-13)用此式計(jì)算腐蝕速率，關(guān)鍵要測(cè)k值。這樣，對(duì)于任何金屬材料的埋地管線，在測(cè)知迷流大小后，利用式==3600就可計(jì)算腐蝕速率及在經(jīng)過一定時(shí)間后的理論腐蝕量。孫立娟等人針對(duì)在直流供電的地鐵、輕軌運(yùn)輸系統(tǒng)中，產(chǎn)生的雜散電流對(duì)鐵軌周圍土壤中的埋地金屬管線產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕這一狀況。根據(jù)電學(xué)原理，電流密度矢量(i)與電場(chǎng)強(qiáng)度矢量(E)成正比，即i=ρ×E，ρ為導(dǎo)電介質(zhì)電導(dǎo)率。同時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度與電位梯度數(shù)值相等，而方向相反，即：E=-dv/dn(2-16)所以，測(cè)量電位梯度就可以得出電場(chǎng)強(qiáng)度，如果知道土壤電導(dǎo)率，就可以計(jì)算出電流密度。由雜散電流引起的腐蝕速率可以通過法拉第定律計(jì)算如下：K=10·A·i/n·F(2-17)其中：A———原子量；n———腐蝕電化學(xué)反應(yīng)的電子得失數(shù)；i———腐蝕電流密度，A/m；F———法拉第常數(shù)。翁永基等人的研究用鋼制電極測(cè)量土壤中雜散電流形成的電位梯度的可行性。設(shè)計(jì)了室內(nèi)模擬裝置:在水池內(nèi)放置排列的鋼電極和可控制干擾電場(chǎng)。地鐵走行軌雜散電流的存在，會(huì)對(duì)埋在地下的金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕作用。另外張新國(guó)等人采用電位差計(jì)和雜散電流測(cè)量?jī)x研究了新疆油田電焊動(dòng)火過程中管道及周圍土壤中的雜散電流分布規(guī)律。結(jié)果表明，管道中的雜散電流并不穩(wěn)定，其變化范圍很大，最大值與最小值相差幾十倍；管中雜散電流隨著離電焊點(diǎn)距離的增大逐漸減小，隨著電焊機(jī)臺(tái)數(shù)的增加逐漸增大，隨著管道管徑的增大，逐漸增大；同時(shí)在焊接過程中，土壤中的電位梯度相應(yīng)增大，并隨著離管道距離的增大逐漸減小。2.3.5地磁引起的電流的影響CP的目的是使管線的電位保持在-850mV（相對(duì)于土壤）。不需要電位達(dá)到太負(fù)，因?yàn)槟菢右矔?huì)引起有害的化學(xué)反應(yīng)。然而與地磁引起的電流（GIC）有聯(lián)系的管/地電位很容易超過CP電位，而因此使保護(hù)失效。GIC的基本物理原理非常簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)的瞬間變化產(chǎn)生了電場(chǎng)。為了避免GIC問題，需要一個(gè)更徹底易理解的可靠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。為了保持對(duì)有涂層及高的泄漏阻力而且位于靠近磁極的范圍內(nèi)而因此遭受大地電流腐蝕的長(zhǎng)輸管道有效的腐蝕控制，應(yīng)該采取以下措施:(1)保持良好的電氣連接貫穿于整個(gè)系統(tǒng)；(2)用帶有陰極保護(hù)系統(tǒng)的集成緩蝕設(shè)備減少大地電壓正向和負(fù)向的波動(dòng)；(3)安裝試驗(yàn)站設(shè)備及金屬掛片用來測(cè)量管/地電位；(4)用與時(shí)間同步的數(shù)據(jù)記錄儀和應(yīng)用腐蝕因素去得到精確的近間距的管/地?cái)?shù)據(jù)。在某種程度上，GIC被看作是一個(gè)外來電流腐蝕問題的一個(gè)新挑戰(zhàn)。未來的研究中，目標(biāo)是得到二維等價(jià)電離層電流系統(tǒng)作為時(shí)間的一個(gè)函數(shù)的一個(gè)完整的描述。遼寧石油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE２５常用防護(hù)方法對(duì)于輸送管線外壁來說，由于埋入地下的金屬管壁經(jīng)常受到土壤中大氣、水質(zhì)和酸堿鹽介質(zhì)的電化學(xué)腐蝕作用，極易腐蝕而報(bào)廢，所以管道外壁應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜地采用不同的保護(hù)方案。目前，國(guó)內(nèi)采用的管道防護(hù)方法主要有：3.1涂層保護(hù)涂層保護(hù)是在金屬表面覆以防腐絕緣層，是管道防腐最基本的也是必須采取的措施。3.1.1常用防腐層目前，國(guó)內(nèi)外用于埋地管道的外防腐層主要有六種，即：石油瀝青、聚乙烯膠帶、聚乙烯夾克、熔結(jié)環(huán)氧粉末、煤焦油瓷漆、環(huán)氧煤瀝青。這六種防腐層在我國(guó)已有相應(yīng)的國(guó)標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其性能對(duì)比如下表。早期，我國(guó)的長(zhǎng)距離油氣管道的防腐層無一例外的都采用了石油瀝青加玻璃布結(jié)構(gòu)。從近幾年運(yùn)行情況看，效果良好，但是由于環(huán)境保護(hù)的限制，石油瀝青防腐層在北美和歐洲已被淘汰。近幾年來國(guó)內(nèi)在重大管道建設(shè)中主要選用了三層聚乙烯和熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層。3.1.2存在問題3.1.2.1防腐層局部剝離的原因、防腐層老化埋地輸油管道服役一定年限后，防腐層逐漸趨于老化，與鋼管的粘接性、柔韌性、電絕緣性等性能指標(biāo)逐漸下降。其主要原因?yàn)椋栏瘜优c氧化性介質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)等b、陰極剝離管道在陰極反應(yīng)中析出氫氣，而氫氣產(chǎn)生的壓力可導(dǎo)致防腐層與鋼管表面的剝離(即陰極剝離)。c、防腐層施工質(zhì)量及性能管道防腐層的施工質(zhì)量對(duì)其耐剝離的性能有很大影響，尤其是在涂敷前鋼管的表面處理工序，若達(dá)不到有關(guān)規(guī)范所要求的等級(jí)，將引起管道防腐層剝離。3.1.2.2防腐層局部剝離的危害、對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽作用管道防腐層與鋼管表面剝離后，保護(hù)電流到達(dá)被保護(hù)金屬表面的數(shù)量減少，即陰極保護(hù)電流受到屏蔽。b、管道的應(yīng)力腐蝕埋地鋼質(zhì)管道失效涂層下SCC已成為影響高壓管道安全運(yùn)行的因素之一。應(yīng)力腐蝕是指因外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力與腐蝕聯(lián)合作用導(dǎo)致的材料破壞。另外氧對(duì)埋地管線鋼的SCC作用需進(jìn)一步研究。目前的文獻(xiàn)指出SCC的傾向隨氧的參與而降低。3.1.3預(yù)防措施及建議、選取合適的防腐層。①除了以上提到的防腐層類型，上?；塾逊栏g技術(shù)工程有限公司開發(fā)出輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮材料。另外Y.Chen，X.H.Wang等人研究了在3.5%NaCl溶液中不同pH值情況下聚苯胺/環(huán)氧樹脂(EB/ER)涂層對(duì)低碳鋼的防腐行為，此實(shí)驗(yàn)是用電化學(xué)聲阻光譜學(xué)方法進(jìn)行了150天。在中性溶液中（pH值為6.1），EB/ER涂層相對(duì)于純ER涂層來說提供了非常有效的腐蝕保護(hù)，尤其是EB/ER中的EB含量在5-10%之間時(shí)。②復(fù)合電沉積的最新研究動(dòng)態(tài)復(fù)合鍍層是利用金屬電沉積方法將一種或數(shù)種不溶性的固體微粒均勻地夾雜在金屬鍍層當(dāng)中而形成的特殊鍍層。王健雄等研究發(fā)現(xiàn),通過復(fù)合電沉積方法制得的碳納米管鎳基復(fù)合鍍層在20%NaOH溶液和3.5%NaCl溶液中的耐蝕性明顯優(yōu)于同條件下制備的純鎳層。耐蝕性的提高可能有以下幾方面原因：(1)碳納米管的存在增加了鍍層表面的致密度并縮小鍍層孔隙的尺度，(2)當(dāng)Ni和碳納米管相接觸后作為陽(yáng)極的Ni發(fā)生了陽(yáng)極極化并促進(jìn)Ni的鈍化，減少其于介質(zhì)中的腐蝕，從而使鎳層對(duì)基體金屬的保護(hù)作用增強(qiáng)。、在防腐廠的涂敷過程、防腐管的運(yùn)輸過程、現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)過程、補(bǔ)口工藝過程中，都應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行操作和檢驗(yàn)嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)。、對(duì)在役管道防腐狀況定期進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管道剝離應(yīng)及早采取措施。另外100%固體聚氨酯防腐涂料（PU）又稱液體聚氨酯防腐涂料或無溶劑聚氨酯防腐涂料。100%固體聚氨酯防腐涂料覆蓋層的綜合價(jià)格較熔結(jié)環(huán)氧粉末覆蓋層便宜，比3PE價(jià)格更便宜。100%固體聚氨酯防腐涂料是目前國(guó)際上鋼制管道外防腐層修復(fù)的主要材料。3.2電化學(xué)保護(hù)從熱力學(xué)理論獲得的電位-pH圖(圖3-1)中可以看出，當(dāng)pH為7時(shí)，鐵處于活化腐蝕狀態(tài)，使其電位上升(陽(yáng)極保護(hù))或下降(陰極保護(hù))，都可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的目的。這種使其電位上升或下降來實(shí)現(xiàn)的保護(hù)、防止或減輕金屬腐蝕的技術(shù)，就是電化學(xué)保護(hù)。圖3-1從電位-pH圖上看陰極保護(hù)3.2.1陽(yáng)極保護(hù)陽(yáng)極保護(hù)是使被保護(hù)金屬處于穩(wěn)定的鈍性狀態(tài)的一種防護(hù)方法，可通過外加電源進(jìn)行極化或添加氧化劑的方法達(dá)到防護(hù)目的?，F(xiàn)埋地管道上基本不采用此方法，故在此不討論。3.2.2陰極保護(hù)防護(hù)層的主要作用是使發(fā)生電化學(xué)活性材料相互隔離。防護(hù)層總是有缺陷，尤其難解決的的是防護(hù)層上存在的小孔可以導(dǎo)致快速腐蝕。因此，需要再使用陰極保護(hù)(CP)。Bird通過沙特阿拉伯國(guó)家石油公司的例子研究了一條穿過阿拉伯沙漠運(yùn)行22年的管線的外腐蝕。Anene得出結(jié)論增加管線的壁厚不是推薦做法，直到安裝了陰極保護(hù)系統(tǒng)腐蝕才會(huì)停止。有效的外陰極保護(hù)在有效使用期節(jié)省了很多費(fèi)用。3.2.2.1犧牲陽(yáng)極法選擇一種其電極電位比被保護(hù)金屬更負(fù)的活潑金屬(合金)，把它與共同置于電解質(zhì)環(huán)境中的被保護(hù)金屬?gòu)耐獠繉?shí)現(xiàn)電連接，這種負(fù)電位的活潑金屬在所構(gòu)成的電化學(xué)電池中作為陽(yáng)極而優(yōu)先腐蝕溶解，故被稱為犧牲陽(yáng)極。Burkat等研究發(fā)現(xiàn)，Zn-金剛石（4～6nm）在3%NaCl溶液中的耐蝕性比純Zn的要好。LucaBertolini等人研究了海底管道犧牲陽(yáng)極抑制坑蝕的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，至少在目前的測(cè)試條件下，犧牲陽(yáng)極在抑制腐蝕發(fā)生方面比控制坑蝕的進(jìn)行更有效。陰極保護(hù)的高塑性能和使鈍性鋼極化所需的低電流，使得海底犧牲陽(yáng)極可能是一種經(jīng)濟(jì)有效的防腐方法。現(xiàn)在可以依據(jù)犧牲陽(yáng)極法保護(hù)原理，參照已有的案例經(jīng)驗(yàn)及犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)相關(guān)的計(jì)算公式，借助VisualBasic1NET語(yǔ)言強(qiáng)大的功能，對(duì)埋地鋼管的犧牲陽(yáng)極保護(hù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。李巖等人介紹了該輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方案，各子模塊的實(shí)現(xiàn)過程及對(duì)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了闡述。3.2.2.2外加電流法將被保護(hù)管道與外加的直流電源的負(fù)極相連，把另一輔助陽(yáng)極接到電源的正極，外加電流在管道和輔助陽(yáng)極間建立較大的電位差。二者的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表3-2。表3-2犧牲陽(yáng)極與強(qiáng)制電流法的比較方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)陰極保護(hù)強(qiáng)制電流1.輸出電流，電壓連續(xù)可調(diào)2．保護(hù)范圍大3．不受土壤電阻率的影響4．工程量越大越經(jīng)濟(jì)5．保護(hù)裝置壽命長(zhǎng)1．必須有外部電流2.對(duì)臨近金屬構(gòu)筑物有干擾3．管理、維護(hù)工作量大犧牲陽(yáng)極1．不需要外部電源2．對(duì)臨近金屬構(gòu)筑物無干擾或較小3．管理工作量小4．工作量小時(shí)，經(jīng)濟(jì)性好5．保護(hù)電流均勻，且自動(dòng)調(diào)節(jié)，利用率高1．高電阻率環(huán)境不經(jīng)濟(jì)2．覆蓋層差時(shí)不適用3．輸出電流有限3.2.2.3存在問題及措施從科學(xué)的角度講，為了為了使這些管線能在惡劣的地下環(huán)境中正常運(yùn)行，有效地實(shí)施管道保護(hù)，埋地油氣運(yùn)輸鋼管道通常用防護(hù)層和陰極保護(hù)(CP)聯(lián)合來進(jìn)行外防腐。絕緣涂層可以使鋼管的內(nèi)表面與腐蝕環(huán)境隔絕。CP通過阻止鋼表面缺陷部分的腐蝕可以完整保護(hù)系統(tǒng)，即在老化過程中在涂層上發(fā)展的小孔和擊穿。但是，裂縫傾向于在表面缺陷部分周圍區(qū)域涂層下形成。然后當(dāng)水從表面缺陷部分流過時(shí)，可能發(fā)生縫隙腐蝕。ZhengfengLi等人測(cè)試了NaCl稀溶液中在模擬涂層和分區(qū)的低碳鋼電極之間的陰極保護(hù)的縫隙腐蝕的電位和電流分布。當(dāng)邊界條件x=0時(shí)，E(x)=E；x時(shí)，E(x)=E：電壓分布E(x)：E(x)=E+(E-E)exp(-x/)(3-2)電流分布I(x)：I(x)=〔(E-E)exp(-x/)〕/R(3-3)式中：(3-4)E———腐蝕電位，V；R———陰極反應(yīng)的線性極化電導(dǎo)率，；———溶液電導(dǎo)率，；x———寬度方向上的一維變化量，mm。3.3雜散電流排流保護(hù)當(dāng)有雜散電流存在時(shí)，通過排流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道陰極保護(hù)，這時(shí)雜散電流就成了陰極保護(hù)的電流源。但排流保護(hù)是受到雜散電流所限制的。通常的排流方式有直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流、接地排流四種形式。排流保護(hù)類型的選擇，主要依據(jù)排流保護(hù)調(diào)查測(cè)定的結(jié)果、管地電位、管軌電位的大小和分布、管道與鐵路的相關(guān)狀態(tài)，結(jié)合四種排流法的性能、適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，綜合確定。一條管道或一個(gè)管道系統(tǒng)可能選擇一種或多種排流法混合使用。I.A.Metwally等人利用三維模擬研究了影響陰極保護(hù)管線附近的未受保護(hù)的管線/套管的直流SCC的不同因素，有四個(gè)干擾的情況，即陽(yáng)極、陰極、結(jié)合和誘發(fā)。得到以下結(jié)論：受保護(hù)的和未受保護(hù)的建購(gòu)物的電流密度峰值與陽(yáng)極的外加電流密度呈正比。Dae-KyeongKim等人研究了海洋環(huán)境中陰極保護(hù)下低碳鋼的交流電流腐蝕。低碳鋼在海水環(huán)境中和18.5g/LNaCl溶液中的直流極化研究得到腐蝕電流密度。在保護(hù)電位下低碳鋼不發(fā)生腐蝕，雜散電流的存在加速了低碳鋼的腐蝕。3.4合理選材影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和外界介質(zhì)兩個(gè)方面。就金屬本身來說，金屬越活潑就越容易失去電子而被腐蝕。M.A.Maes等人研究了高強(qiáng)度鋼(X100和X120)在高壓氣管線上的采用。經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)很明顯：因?yàn)閺?qiáng)度增加，壁厚和材料費(fèi)減少。但是問題是：(1)大多數(shù)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表明允許應(yīng)力僅僅或部分的依靠屈服強(qiáng)度。這在一定程度上忽略了應(yīng)變硬化的影響。在設(shè)計(jì)選材上，應(yīng)根據(jù)管道的輸送環(huán)境考慮管道的抗氫滲性能、抗堿脆性能。如含碳量超出0.01%～0.25%的范圍或含適量的鋁、鈦、鉻、稀土金屬元素等的碳鋼，可減弱或消除鋼對(duì)堿脆的敏感性。趙越超、李春德研究的結(jié)果表明燃?xì)夤艿拦こ讨兴x管材，既要滿足燃?xì)膺@種具有危險(xiǎn)性的化學(xué)氣體的性能要求，施工要求，又要在管材價(jià)格、使用壽命、投資效益上綜合考慮。我國(guó)大力發(fā)展石化工業(yè)，聚乙烯資源不斷豐富，聚乙燃管的價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)性，從節(jié)能節(jié)鋼節(jié)約投資的角度考慮，在小管徑管道施工中，推薦聚乙烯管—鋼管—鑄鐵管為選用順序，在大管徑管道工程中，推薦鋼管—鑄鐵管的選用順序。Mori等研究的結(jié)果表明，含C≤0.1%，Si≤2.0%，Mn≤3.0%，P≤0.03%，S≤0.01%，Cr為9.0%～15.0%，Mo為0.1%～7.0%和Ni為0.1%～8.0%的馬氏體不銹鋼，有較好的屈服強(qiáng)度，可延遲裂紋產(chǎn)生。總之，鋼管材料的成份及熱處理方法對(duì)材料的機(jī)械特性及抗腐蝕特性有較大的影響。3.5管線的在線檢側(cè)與評(píng)估對(duì)管道安全管理應(yīng)引起高度重視，具有以下幾方面的內(nèi)容：建立管道的原始資料；定期檢測(cè)管道的運(yùn)行情況(陰極保護(hù)情況，檢測(cè)管道防腐層的情況，金屬管道及其配件腐蝕情況，管道堵、漏情況；及時(shí)維修，并將檢測(cè)與維修情況儲(chǔ)存，建立管道檔案，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而其中最重要的環(huán)節(jié)為如何準(zhǔn)確有效地對(duì)管道腐蝕狀況作出檢測(cè)。埋地管道的檢測(cè)對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生，防止污染環(huán)境，節(jié)約開挖費(fèi)用，具有重要意義。3.5.1管線的在線檢側(cè)埋地管道腐蝕情況的檢測(cè)方法有很多，但各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如何選擇較為合理的方法使檢測(cè)的精確度高、定位準(zhǔn)確、劣化狀態(tài)判定精確、所花費(fèi)的人力物力最少是檢測(cè)較為關(guān)鍵的問題。Gross,W.等開發(fā)了天然氣管線泄漏位置的確定方法，通過檢測(cè)泄漏管線周圍甲烷在大氣中的分布，并通過光學(xué)調(diào)頻使紅外線成像，同時(shí)用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制。此法已成功運(yùn)用。Miller,R.K.等建立了用聲發(fā)射技術(shù)檢測(cè)管子氣體泄漏的參考標(biāo)準(zhǔn)。壓力及氣體注入與氣體泄漏有線性關(guān)系。此技術(shù)已應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。Cho,Y.B等用直流電壓梯度法檢測(cè)陰極保護(hù)的埋地管表面涂層的缺陷，并提出將電壓梯度測(cè)量與電流中斷相結(jié)合可改善測(cè)量精度。管道在線檢測(cè)對(duì)管系的正常使用非常重要，歸納國(guó)內(nèi)外的檢測(cè)方法大致可分為管內(nèi)與管外檢測(cè)兩類。管內(nèi)檢測(cè)裝置分為有索型和無索型兩種，管內(nèi)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)為管道檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人，它可攜帶多種傳感器及操作裝置。管外檢測(cè)主要為管道防護(hù)層漏點(diǎn)定位及定量檢測(cè)，通過向管線供入直流或交流信號(hào)，沿管線檢測(cè)電位、電流或磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的。3.5.2管道失效評(píng)估國(guó)內(nèi)對(duì)壓力管道的安全評(píng)定還處于起步階段，華東理工大學(xué)的李培寧等提出了局部減薄缺陷管道在彎曲與內(nèi)壓載荷下的塑性失效評(píng)定方法及周向面型缺陷管道在拉、彎、扭、內(nèi)壓聯(lián)合作用下的失效評(píng)定曲線族評(píng)定法及U因子評(píng)定法。PalmerJones,Roland等提供了非線性有限元法來研究由于熱膨脹引起管子橫向彎曲，從而在管子頂點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致局部腐蝕的情況。分析時(shí)用了ABAQUS程序包，研究了一些參數(shù)對(duì)結(jié)果的靈敏性，并用有限元分析模擬了局部腐蝕引起的軸向彎曲應(yīng)力，彎曲應(yīng)變引起的低疲勞壽命等。陳浩峰利用塑性極限分析定理，將有限元法與數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合，利用懲罰函數(shù)法引入塑性不可壓縮條件，發(fā)展了多組載荷系統(tǒng)下三維結(jié)構(gòu)上、下限分析的數(shù)值計(jì)算方法。帥健等利用MonteCarlo模擬方法編制了斷裂失效概率的計(jì)算程序。結(jié)果表明四種斷裂判據(jù)在服役初期差別較小，而在后期差別較大；初始裂紋深度、斷裂韌性、流變應(yīng)力和管道壁厚、概率分布類型等對(duì)管道裂紋失效概率的影響最大。佘建星等認(rèn)為腐蝕是引起埋地輸油管道產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)問題的主要原因，他結(jié)合管道腐蝕破壞機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)分析原理，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判方法，提出了可用于埋地輸油管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法。3.5.3剩余壽命預(yù)測(cè)3.5.3.1基本理論腐蝕現(xiàn)象本質(zhì)上具有概率的特性，尤其是孔蝕、縫隙腐蝕以及應(yīng)力腐蝕破裂等局部腐蝕。石油管道的壽命并不取決于腐蝕的平均程度，局部腐蝕進(jìn)展的最大深度才是管道壽命的最重要標(biāo)志，而這些局部腐蝕進(jìn)展的最大值所遵循的分布是極值分布。3.5.3.2局部腐蝕數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析對(duì)大慶油田典型油氣集輸管道進(jìn)行檢測(cè)，獲得局部腐蝕區(qū)域腐蝕缺陷深度數(shù)據(jù)。局部腐蝕區(qū)域環(huán)向測(cè)試間距為20mm，軸向測(cè)試間距為15mm。(1)全體局部腐蝕數(shù)據(jù)的建立與驗(yàn)證。利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法及Matlab對(duì)全體局部腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，腐蝕數(shù)據(jù)大致為一種兩參數(shù)威布爾分布，先對(duì)分布類型進(jìn)行假設(shè)，然后用概率論知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證。由極大似然估計(jì)法，可求出尺度參數(shù)η=212927，形狀參數(shù)為β=113158。3.5.3.3最大局部腐蝕深度當(dāng)腐蝕數(shù)據(jù)x服從極值分布F(x)時(shí)，初次測(cè)定到第N個(gè)試樣中x≥a的概率為P(N)，則P(N)=[1–F(a)]F(a)，由此求得N的平均值：===(3-11)因?yàn)镕(a)<1，所以=1/[1–F(a)]≡T(a)，T(a)稱為回歸期。已知管線局部腐蝕區(qū)各點(diǎn)已腐蝕深度數(shù)據(jù)服從威布爾分布，即可認(rèn)為全部局部腐蝕區(qū)最大腐蝕深度數(shù)據(jù)在檢測(cè)樣本足夠大時(shí)服從極值分布且是真實(shí)的。圖3-2最大腐蝕深度符合圖根據(jù)油田典型油氣集輸管道腐蝕缺陷深度數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果，選取每一個(gè)管道的最大腐蝕深度,利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法及Matlab統(tǒng)計(jì)計(jì)算最大腐蝕深度的Gumbel概率。圖(3-7)為最大腐蝕深度與Gumbel概率的關(guān)系曲線。由圖(3-7)可看出數(shù)據(jù)點(diǎn)的直線擬合性很好,故可以認(rèn)為最大腐蝕深度符合極值分布,直線擬合方程為：y=0.169x+0.253(3-12)由此可計(jì)算出輸油管道腐蝕缺陷深度的最大值為4.42mm。3.5.3.4剩余壽命預(yù)測(cè)(1)臨界腐蝕深度的計(jì)算。利用計(jì)算APIRP579輸油管道臨界缺陷尺寸，取管道外徑為D=273mm，管道壁厚取較小值6mm，屈服強(qiáng)度(σ)取最小值290MPa，該管線極限壓力P為116MPa，不考慮地區(qū)類別，按照100%屈服強(qiáng)度計(jì)算，安全系數(shù)取1.1，可得最小允許壁厚：A==0.828(3-13)故臨界腐蝕深度為:ΔA=A-A=6–0.828=5.172mm(3-14)(2)腐蝕剩余壽命的預(yù)測(cè)。對(duì)輸油管道進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)必須建立最大局部腐蝕進(jìn)展深度與時(shí)間關(guān)系的公式。有研究者提出它們符合經(jīng)驗(yàn)公式x=kt+b。在許多情況下，該經(jīng)驗(yàn)式與局部腐蝕速度進(jìn)展并不符合。最近對(duì)局部腐蝕速度進(jìn)展的研究顯示它可通過以下形式表示：x=k·t(3-15)式中，t為腐蝕進(jìn)展時(shí)間；x為t時(shí)刻測(cè)到的最大已腐蝕壁厚值；k為系