天然气管道腐蚀分析与防护对策的研究.pdf

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1、摘要运输天然气所使用的管道化学腐蚀穿“洞”，不但能够导致生产企业停产，而且溢出的天然气会污染环境，更有甚者会发生爆炸事故。因此输气管道腐蚀具有非常重大的经济和社会效益。本论文针对港沧F5 2 9 输气管线外部发生很厉害的化学腐蚀穿“孔，同时经常泄露天然气的现象，认真的研究和探讨了这条管线详细的建设情况，同时使用先进的P C M技术手段评估考查外壁化学腐蚀具体情况，以及部分遗漏排查。之后，针对经过土地化学特性、外界影响因子和管线电化学腐蚀等等因素实行了详细的分析，结合我们得到的所有数据信息，用科学的分析和处理最终得到了管道化学腐蚀穿洞的影响因素：在地面下架设的管线外壁上的防腐蚀保护层存在大量的损

2、坏现象，加之周围强酸性的土壤化学特性，以及电化学腐蚀等等各种因素，造成了该管线极其恶劣的管道腐蚀穿洞以及溢出天然气情况的发生。在本篇论文之中我们给予上述导致管线严重腐蚀的因子，分别给出相应的建议和预防方法：采用填补以及插补的措施针对那些腐蚀特别厉害管线。同时，考虑到之后该管线的养护运转，给出了实施人为增加阴极性的电化学防护措施。在本文的结束部分，还针对以后天然气运输管道的建设、施工、养护给出了一些特别需要关注的地方。关键词：天然气运输管线，防化学腐蚀，P C M，电化学腐蚀A b s t r a c tP i p e l i n et r a n s p o r t a t i o no fn

3、 a t u r a lg a su s e di nc h e m i c a lc o r r o s i o nt h r o u g ht h e&q u o t；h o l e&q u o t；，n o to n l yc a l ll e a dt ot h ep r o d u c t i o nc o m p a n i e st ow o r kf o r,a n do v e r f l o wo fn a t u r a lg a sw i l lp o l l u t et h ee n v i r o n m e n t，a n ds o m ee v e ne x

4、p l o s i o n T h e r e f o r e，t h ec o r r o s i o no fg a sp i p e l i n e sh a sv e r ys i g n i f i c a n te c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s T h i st h e s i sg a sp i p e l i n ef o rH o n g K o n gT s a n gF5 2 9e x t e r n a lp i p ec o r r o s i o nO c c u r sv e r yp o w e r f

5、 u lc h e m i c a lw e a l 7,b u to f t e nt h ep h e n o m e n o no fn a t u r a lg a sl e a k s，s e r i o u ss t u d ya n de x p l o r et h ed e t a i l so ft h i sc o n s t r u c t i o no ft h ep i p e l i n e,w h i l et h eu s eo fa d v a n c e dP C Ma s s e s s m e n tt oe x a m i n et h et e c

6、 h n i c a lm e a n st op r e v e n tc h e m i c a lc o r r o s i o no ft h eo u t e rw a l lo fc o n c r e t e，a sw e l la st h em i s s i n gp a r to ft h ei n v e s t i g a t i o n L a t e r,a f t e rt h el a n df o rt h ec h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ei m p a c to fe x t e r

7、 n a lf a c t o r sa n dt h ee l e c t r o c h e m i c a lc o r r o s i o no fp i p e l i n e s，a m o n go t h e rf a c t o r si m p l e m e n t e dad e t a i l e da n a l y s i s，w eh a v ec o m b i n e da l lt h ed a t a,u s i n gs c i e n t i f i ca n a l y s i sa n dp r o c e s s i n go fc h e m

8、 i c a lp i p e l i n eh a sf i n a l l yb e e nf a c t o r sa f f e c t i n gc o r r o s i o nh o l e s：s e tu pu n d e rt h ep i p e l i n ei nt h eg r o u n do u t s i d et h ew a l l so ft h ep r o t e c t i v el a y e ro fa n t i c o m f o r tt h e r ea r eal o to fd a m a g et ot h ep h e n o

9、m e n o n，c o u p l e dw i t hs t r o n ga c i d i t yo ft h es u r r o u n d i n gs o i lc h e m i c a lp r o p e r t i e s，a n de l e c t r o c h e m i c a lc o r r o s i o n，a n dS Oav a r i e t yo ff a c t o r s，r e s u l t i n gi nav e r yb a dc h a n g ep i p e l i n ec o r r o s i o nh o l e

10、sa n do v e r f l o wp i p en a t u r a lg a s 舶mh a p p e n i n g。I nt h i sp a p e rw eg i v et h ea b o v er e s u l ti n t os e v e r ep i p e l i n ec o r r o s i o nf a c t o r,a r eg i v e na p p r o p r i a t ea d v i c ea n dp r e v e n t i v em e a s u r e s：t h em e a s u r e su s e dt of

11、 i l la n di n t e r p o l a t i o nf o rs o m et h a ta r ep a r t i c u l a r l yp o w e r f u lp i p e l i n ec o r r o s i o n M e a n w h i l e，a f t e rt a k i n gi n t oa c c o u n tt h ec o n s e r v a t i o no ft h ep i p e l i n eo p e r a t i o n，g i v e nt h ei m p l e m e n t a t i o no

12、 ft h ea r t i f i c i a li n c r e a s eo ft h ed e c t r o c h e m i c a lc a t h o l i cp r o t e c t i o nm e a s u r e s I nt h ec o n c l u d i n gp a r to ft h i sa r t i c l e，b u ta l s of o rt h ef u t u r ec o n s t r u c t i o no fg a sp i p e l i n e s，c o n s t r u c t i o n,m a i n t

13、e n a n c eg i v e ss o m ec h a r a c t e r i s t i c so fa r e a so fc o n c e r n K e yw o r d s：N a t u r a lg a st r a n s p o r t a t i o np i p e l i n e s，C h e m i c a lr e s i s t a n t，P C M，中国石油大学(华东)工程硕士学位论文第一章前言1 1 研究天然气管线防化学腐蚀的实际意义1 1 1 化学腐蚀的现状金属材料的化学腐蚀是目前当今世界上一个极其常见的现象。根据相关的数据全球每年因化学

14、腐蚀而浪费的金属材料约占全球生产金属材料总量的1 3，而全世界由于金属材料的化学腐蚀浪费多至7 0 2 0 多亿美元，大约能够是世界上的每一个国家G D P 的2 1、4 2，因为化学腐蚀造成的金属材料耗费大约是所有因为自然天灾造成的损失，比如大地震、飓风、旱灾、洪灾等，这些数据之和的6 倍还多。我国的国家腐蚀与保护协会、国家石油协会以及中国化工生产协会发布的各项报告显示，综合国家全部的行业，金属的化学腐蚀导致损失大概相当于G D P 的3 左右，尤其在一些石油冶炼以及化工等相关的领域，高达其总产值的6 2 之多 2 1。1 1 2 防护研究的意义在现在天然气运输管线埋设施工的过程之中，全面实

15、行防护研究，这样能够大大增加运输机械设备以及管线的使用年限，节省大量的原材料，缩短机器、管道的养护工作，减少架设花费，提高运输经济效益，同时有利于天然气溢出对生态环境造成的影响，实现天然气体良好的运输。1 2 运输管线预防金属腐蚀的形势分析一般而言，对于天然气的运输管道，它发生的相应的化学腐蚀一般有两类型：管内腐蚀及外壁腐蚀。外壁腐蚀大部分为管道外壁在一定土壤因素以及地表水电离腐蚀，甚至还有一些离散的电化学腐蚀以及具体的电位腐蚀等等各种情况，这种类型在以前得到很多学者的研究；管内化学腐蚀大多数是因为管道内部使用的媒介而造成的，最近些年来人们对于内壁研究的兴趣非常的浓厚【3 1。采用电池阴极防护

16、以及防腐蚀涂剂综合使用，常常作为我们针对地下管道预防腐蚀的广泛使用方法，仅仅在我国几万千米的管线上就有大量的使用，而且效益明显。根据现在电化学研究的新趋势，阴极防护以及外壁涂层联合使用，效果非常明显，经济效益显著。当今管线外壁使用的防腐蚀材料，全部注重合成新型的复合材料亦或是采用新型的复合构架材料，比如说三层架构体系、两层的涂粉架构。材料形成的防腐蚀外层必须拥有优秀的绝缘性、物质性，安全性的材料特性以及良好的适应温差的特性，满足我们防腐蚀、介电、平稳、一定结构强度等物理的特性。而对于我们较常使用的外壁涂敷研究1第一章前言趋势一般分为下面几个方面：(1)建立材料检验方法以及完备的质量管理机制，确

17、保生产的涂料加工出来产品的质量：(2)大大改善目前使用的涂料粘力、刚度、耐磨、抗潮湿以及空气的穿透性能；(3)寻找新型的耐热性能更加优秀的涂料；(4)减少管道涂敷的资源消耗和外表的处理花费；(5)形成之后的涂层有良好的适应性能；(6)研发和设计智能化的涂敷技术。1 3 论文的主要的内容以及实现方法大港油田f l l 4 以上的在用集输管线共有1 2 6 0 多公里，随服役时间的增长腐蚀问题越来越突出，导致管线泄露等事故日益增多。腐蚀造成的管道泄漏、爆破等事故不仅严重影响油田的正常生产，而且易造成人员伤亡和环境污染，给油田带来巨大经济损失。它成为困扰油田安全生产的突出问题。大港油田在役管线使用年

18、限在1 0 年以上的管道有7 1 0 多公里(f 1 1 4 以上)，占总数的一半以上，这部分管线已进入更新改造期，若全部进行更换，投入资金相当惊人。本文主要以港沧F5 2 9 输气管线为例，对其进行防腐检测，来说明埋地金属管道运行一定时间以后，及时把握管道管体腐蚀和防腐层性能等在线状况是十分必要的。不仅可以尽早排除安全隐患，避免对环境的污染，而且还能合理制定管道维护方案，减少不必要的经济损失，以利于管道安全高效运行。1 4 主要结论重视天然气管道的腐蚀问题，防止或减缓腐蚀的危害，对于天然气事业大发展有着极其重要的意义。我们不能从根本上抑制管道腐蚀的发生，但是可以设法对管道防腐蚀技术进行进一步

19、研究，使其腐蚀的速度减慢，管道运行寿命延长，为企业做出更多的贡献。2中国石油大学(华东)工程硕士学位论文第二章金属管道的化学腐蚀的过程2 1 腐蚀现象的初期一般进行的化学腐蚀大部分为电化学金属腐蚀，而导致腐蚀的因素有内外之分，内部的元素利用外界环境因素产生的变化，比如不同的材质，其含有其他的杂质物理，热加工工艺，外表状态因子，不同的架构应力变化等。例如一般碳钢，其大多数材质为铁元素，包含了很少碳化铁以及元素碳，甚至还有别的一些金属，因为这些不同材质之间发生的电池效应电极电位不同，二者之间构成了电势差，加剧了主材质铁元素的腐蚀速度，导致外面涂层破损点，这样导致了裸露部分铁元素的腐蚀更加厉害，长此

20、以来形成了穿“洞；在焊接处由于受到热处理的应力作用和自身构成了电压，这样更促进了焊缝处的化学腐蚀。一般而言，外部的因素常常有：自然因子的化学腐蚀性质，媒介中存在的氧元素、空气的碳氧化物、硫氧化物、无机盐成分、酸性或者碱性的环境，微生物、离散的电位、外界的气压、热度差、对流的空气等各个因素，加上二者渐渐形成的电位压差都是影响化学腐蚀过程的外因，因为在上述不同材料成分内因和外界因素作用，金属材料的化学腐蚀自然而然的就产生了。2 2 腐蚀的类型2 2 1 按腐蚀的原理按照金属腐蚀的原理一般可分为电化学腐蚀和化学腐蚀两类；一般的化学腐蚀主要是金属材质与非电解物质，比如纯净的有机溶剂仅仅产生的单一化学反

21、应导致材料的损坏，整个损害的过程之中没有电位差的形成；而通常所说的电化学腐蚀一般就是说金属材料直接和电解质产生电解化学反应导致材料的损坏，主要特征为：整个电化学腐蚀现象中，一定同时发生了分别位于阴极以及阳极互不影响的化学反应，伴随着电位差。一般我们所说的金属腐蚀主要指的就是金属的电化学腐蚀过程。2 2 2 按发生的地理位置可分为空气腐蚀、大海腐蚀、土地腐蚀、媒介腐蚀等等。2 2 3 腐蚀的状态信息有均匀腐蚀、部分腐蚀之分；均匀腐蚀主要是金属腐蚀速度大致一致而且同时发生在金属全部外表面。而部分腐蚀恰恰相反，一般是金属腐蚀电化学反应只是在金属的表面部分地方，别的地方基本上完好无损，或是发生腐蚀的区

22、域反应速率远远的超出别的区域的速率，部分的金属腐蚀产生的损坏很明显。一般普遍发生的而且破坏很严重的部3第二章金属管道的化学腐蚀的过程分电化学腐蚀丰要有下面几种类型：穿洞腐蚀、电极腐蚀、接缝腐蚀、应变腐蚀、晶体腐蚀、摩擦腐蚀、气泡腐蚀等等种类。2 3 电化学腐蚀埋设在地表下面的管道，因为制造金属材质自身晶体不平衡以及外表的光洁度，还有土壤中包含的电解质方面不均衡化学特性，氧气的数量，酸碱度p H 值等作用因子，导致了金属材质表面的电化学反应产生，而金属一般是位于反应阳极部分，所以不断的受到破坏。阿丰t 厂啊识一可j 十1 支一，管道电J：。也，砾4 j耕i=妙图2-1 土壤不均匀性引起的腐蚀F

23、i 9 2 一lo i li sn o tc a u s e db yt h eu n i f o r m i D o fc o r r o s i o n金属的电化学反应发生条件为下面四个，缺一不可：反应的两级区域阴极、阳极、反应的电解质以及电子回路。反应的阳极区域一般指的是表示材料表面受到破坏的区域，电子脱离金属表面流入电解质。材料流入到电解质液中的电子越多，那么金属表面的阳离子就愈多，那么电位差就越大，受到的腐蚀情况就更加的严重。而电解质一般为可以导电的液体。由于电解质可以分解成阴阳离子，所以具备导电的性质，而离子一般是带电的原子亦或是原子团，可以是正电荷、负电荷。一般而言电解质，可以是

24、任一个溶液，可以是雨水，酸性或碱性液体。所有的金属电化学腐蚀进行的过程，尽管可能具体的材质不同，但是其发生的机理和我们使用的干电池中电化学反应的过程完全一样。电池的阳极使用金属锌，阴极使用材料石墨，一旦电解质的电流通路形成，这样锌电离之后的电子源源不断的流到阴极的石墨部分，这样石墨上面的电流利用外界的通路流通到负极锌片之上，所以一个简单的手电筒电路就形成了。我们把石墨以及锌片称之为电池的正负极。电极材料可以是不同的金属材质构成，也可以是一个4中国石油大学f 华东)r 程硕上学位论文金属上面不同部分构成。而我们所说的发生电化学反应的区域就是我们阳极区域的金属。电流通路指的具体是电解液外界的金属材

25、料亦或是利用专门的导体连接起来的，小黑点表示电解液体阳极和阴极之间的电荷量，同时使用导体重新返回，形成电流通路。金属在发生电化学反应的同时，阴极、阳极、电解质溶液以及电流通路形成了干电池的反应原理，具体的电荷的流向在下图2 2 中所示。I _ _。-二：塑：雾f|l阴极图2-2 电流流动示意F i 9 2 2F o rc u r r e n tf l o w。电化学反应的阴极是在电荷流出电解液之后重新回到金属材料的外表面区域。2 3 1 阳极电化学反应的过程失去的电子可以在金属部分以及外界的所有的电子导体内流通。失去了电子的原子变成了带有正电荷的离子，比如金属材料铁发牛腐蚀的时候，铁原子变成了

26、带有两个正电荷的二价铁离子同时失去两个电子，具体的详见图2-3 所示。j?I!i 篓j、心i 二 n 一e e 芑附h 1。图2-3 铁腐蚀示意失去的电子利用铁材料亦或是外界导体返回阴极部分，反应的阴极区域由于电化学的反应消耗掉这些电子。5第二章金属管道的化学腐蚀的过程2 3 2 阴极电化学反应的过程我们想知道阳极区域进行电化学反应的时候，那么在另一端阴极部分进行了哪些具体的反应?因为阳极区域的金属正离子所失去的那些电子利用材料流到电解质溶液中阴极区域外面，这样一来，电子和电解质溶液之中离解的H+离子发生化学作用，H+结合得到的电子直接被还原成氢气释放出来，这样就保持了电解质溶液的整体平衡态。

27、详见图2 4中所示。H+Hj l、爹“H 0 H H 2H H+H：逻鞭I IH O H。H+nH 0 H 阴极图2-4 在阴极上氢离子变成氢原子F i 9 2-4I nt h ec a t h o d eo nh y d r o g e ni o n si n t oh y d r o g e na t o m s因为阴极区域H+离子持续的被还原为氢气，使得原有的氢离子H+与氢氧根离子O H 一之间失去了均衡，这样在电解液中电极周围的区域就表现出不同的P H 值变化。这一现象，我们可以使用化学试剂来证明。总而言之：电化学腐蚀反应是金属阳极外面失去电子之后流入到电解质液体，形成带正电荷的正离子

28、，这部分的金属就这样被氧化破坏了。而且，失去的电子经由导体返回到阴极区域，电介质中的正离子和在阳极区域上失去的部分电子，形成了氢气。我们知道，整个阳极区域化学反应以及阴极区域反应一定要同一时间进行而且反应速率相同。2 3 3 全部的电极反应的发生整体来看，假如我们把一铁块丢在盐酸之中，常常会各有一个阳极、阴极，在下图2 5 中，阴极区域上的氢离子不断被还原成氢气，之后形成正价铁离子，这些失去的电子就会由阳极区域流到阴极部分区域，详见下图2 5 中所示。反应的阴极区域得到这些电子结合电解液中的旦离子。一个旦离子得到一个电子，同时转换成氢原子。产生的6中国石油大学(华东)工程硕士学位论文氢气原子可

29、以钻进金属的内部，同时造成“氢脆”现象发牛，亦或是一般而言，产生的氢原子转换成气体氢，可能钻进反应的阴极区域外面，也就是这些氢气的气泡得以在阴极区域外面冒出来。持续不断的进行，阳极区域的铁块外面不断的发生腐蚀反应，同时坠离子持续的在阴极区域还原成气体。F-e F P+F e H H 2图2-5 电子的移动F i 9 2 5E l e c t r o n i cm o b i l e2 3 4 阴极区域腐蚀的速率因为旦离子被还原为氢气，恰是酸性电解液进行电化学腐蚀的主要特征。然而对于中性的电解溶液，比如氯化钠电解液，阴极区域外面的氢气生成以及气泡可以降低反应的速率，因为生成的H 离子不足，只有依

30、赖氧离子失去一个电子转换成氢氧根O H 一的负离子，与上面的盐酸电解液相比较，中性的电解质溶液电极区域反应速率减慢，当然也包括阳极区域，由于阳极区域化学反应的速率不能满足阴极区域外面耗费电子的速率。我们把这样化学速率降低的现象叫做“阴极极化”现象，相应的也有阳极“极化”现象。2 3 5 反应生成物质的过程金属腐蚀反应的生成物质常常经过电解液之后，得以结合以便继续反应，最终生成了大量的反应生成物，比如，铁块放在液体水中，阴极牛成的氢氧根O H 离子经过电解质溶液流向阳极区域外面遇到同向流动的正价铁离子。它们之间相互反应生成氢氧化亚铁F e(O H)2 这一化合物，之后随着进一步的氧化反应最终生成

31、氢氧化铁F e(O H)3 三价的铁化合物，即我们司空见惯的铁“锈”。下图2-6 中所示描述了整个铁腐蚀之后，“锈”的牛成情况。7虱甾圆眵第二章金属管道的化学腐蚀的过程图2-6 铁锈的形成F i 9 2-6T h ef o r m a t i o no fr u s t2 3 6 氧元素的意义我们接下来使用具体的实验来表示氧元素的存在意义。我们把铁块安放在充满水的两个密闭烧瓶之中，一个通入大量的氧气，另一个通入氮气排除水中的溶解氧气，持续一段时间，很明显的可以发现在通入氮气的水中，铁块依然十分的光洁，但是通入氧气的烧瓶中的铁有很明显的“锈 的痕迹。我们可知采取排除氧气的措施可以用来预防金属的腐

32、蚀反应，比如在锅炉房之中，提供的水溶液全是排气脱氧处理过的。尤其是在中性以及碱性的电解液之中电化学腐蚀，比如河水、海盐水、氯化钠溶液还有一些碱性的电解质，上述腐蚀过程的发牛，必有电解液之中溶解氧的存在。一般而言，水可以很快的包含大气中氧气，一般金属腐蚀过程中氧元素就是来自与它。裸露在湿润的空气亦或是水溶液中的铁块锈蚀最为普遍，具体的方程式为：4 F e+6 H 2 0+3 0 2-4 F e(O H)3、l 表示不溶化合物(2 1)就如同方程式2 1 中表示，铁块结合水溶液以及大气的氧气，生成了氢氧化铁不可溶的化合物，即普遍的赤褐色铁“锈”，在这些化合物脱水反应之后生成了赤褐色的氧化铁化合物锈

33、。假设锌片裸露在湿润的大气亦或是泡在水溶液之中同样也有这样的腐蚀反应，只不过生成的氧化锌这一“锈”是白色的化合物。上述的腐蚀生成的化合物比较普遍，然而不可溶腐蚀生成的化合物不是全部可以看到的，比如铝，它在潮湿的空气中生成人眼难以看得到的白色氧化膜，这种氧化膜使得内部的铝避免了大气的腐蚀反应，假设氧化膜受到损坏，又会立即和大气反应生成氧化膜，正是基于这样特性，铝材得到了普遍的使用。2 3 7 电化学腐蚀反应的必要因素(1)电势差：金属材质之间的不同，其相应的电极电势也不同，就产牛了电势差。8中国石油大学(华东)工程硕士学位论文不同金属之间的电位差决定了其在整个腐蚀过程中的“角色。电位高的得到电子

34、为阴极，受到保护；而电位低的金属材料容易失去电子，变成阳极，产生化学腐蚀。假如金属镁和铁建立连接，镁元素因为电位低于铁元素，容易失去电子，变成阳极区域，方程式为M 争一2 e-M 矿+，受到腐蚀，铁由于电位高，很难失去电子，成为阴极区域，反应的方程式为H 2 0+0 2+2 e _ 2 0 H，避免了腐蚀。上述的过程就是我们有时采用阳极防护的过程和工作的机理。(2)电解质溶液：海盐水、土地、酸碱盐等都是可以电子导电的媒介，海盐水因为含氯化钠很多，其相应的导电能力超出河水；土地的水含量一般在2 0 2 6 时电化学腐蚀反应进行的最为快速。(3)电子导体：实现金属失去电子自由的流通，失去电子的离子

35、在导体中自由的流通，实现整个电流的通路。2 3 8 电化学腐蚀反应的电位序列以及电偶现象金属材料腐蚀反应的电位列表在我们分析和讨论金属材料电化学腐蚀反应地位非常重要，具体的我们能够使用泡在电解质溶液之中的金属以及一个合理的参照电极电位差实现金属电位的排序。一般参照的电极可以为：铜硫酸铜的电极，锌电极还有铂氢的电极。其规律就是根据测量得到的反应电位数值大小进行排序，即可明显的得出我们想要的电偶序。在下表2 1 中所示的有常见的一些金属材料的电偶排序，从右到左的阳极性慢慢的减弱，阴极性增加。表2-1 金属的电偶发生的顺序表T a b l e 2 1T h em e t a le l e c t r

36、 i cd i p o l eo c c u r r e do r d e rf o r m铂 金 石墨 银 钛 镍(钝态)铜 黄铜 铸铁 软钢 铝 锌 镁合金 镁电偶现象就是两种不同金属材质在电解质中互相接通，导致其中的一个金属腐蚀反应的速度增加，另一个的腐蚀速度减弱甚至没有腐蚀发生。这一现象生活普遍可以见到，尤其是在化工行业的设备之中，造成的损失往往很大，比如铝元素和铁放在一起的话，造成铝块的腐蚀反应大大的增速。在化工行业的设备我们一般处于材料物理性能的需要使用不用的金属。所以，一旦设计的不合理，那么电偶腐蚀很容易发生，然而有一些电偶的腐蚀我们可以人为加以利用，比如干电池，我们就是利用它的

37、电偶腐蚀反应来获得电的，而镀锌的钢制管采用的就是牺牲锌来保护钢管的。9第二章金属管道的化学腐蚀的过程2 3 9 电偶腐蚀反应中的面积现象如设计不妥，把碳钢和不锈钢之间形成电偶，其腐蚀的反应更为严重。碳钢的电位是负的，担当阳极区域，发生时氧化即铁元素失去电子，F e 之e 一F e 2+，发生的腐蚀速度迅速增加，不锈钢为正，位于阴极区域，为还原的化学反应过程H 2 0+0 2+2 e-2 0 H ，避免了腐蚀反应。我们一般使用的是牺牲阳极措施，这就必须使钢管阴极涂层没有破损，大大的减少负电位的镁极耗费，假如使用不合格的涂层亦或是不涂，那么镁元素的阳极腐蚀会更快，周期很短。避免电偶反应的方法有很多

38、，有时我们可以综合应用：尽量使用同一种金属，假设实际行不通，尽量使用电偶相似的材料，不可把阳极小面积连接阴极很大的部分：假设使用异质的金属材料，把它们绝缘，断绝电接触：假设利用异质的金属材料同时必须接通，我们把阳极的原件设计成易于替换亦或是寿命很长的耐腐蚀的金属。2 4 离散电流引起的电化学腐蚀因为在铁路、矿场、码头等场地接通着不同的电气设备漏电保护，这样在地下的土层之中产生了离散的循环电流，尤其是直流电造成的管道损坏最为严重。离散的电流强度我们采用下面的公式描述：1 2=I I i离散电流进入的部分是阴极区域，出去的部分为阳极区域，造成了钢管的腐蚀较为厉害。2 5 单一化学腐蚀的作用单一化学

39、腐蚀就是指金属材料仅仅与电解质相互产生直接化学作用导致材料被消耗掉的反应过程。一般管道天然气质中带有少量的硫化氢气体、氧气、二氧化硫、氧化物、硫化物等等一些具有腐蚀化学性质的物质，通常这些物质直接与钢管发生化学反应导致了化学腐蚀的现象。埋设地下管道的单一化学腐蚀基本不可能产生，往往伴随着电化学腐蚀同时进行。一般化学腐蚀造成的都是钢管的均匀性腐蚀，那么管壁的厚度变化一般是全面的，因此，和电化学腐蚀反应造成的穿洞对比而言，这类的危害性不是很大。1 0中国石油大学(华东)-r 程硕士学位论文2 6 微生物导致的腐蚀反应通过大量细菌等涉及到的腐蚀反应分析研究，可以看出如果埋设在地下的管道区域部分土层中

40、的水分含量较高时，有利于微生物的繁殖，很容易发生细菌腐蚀的现象。然而，在水分很少的土层中，微生物则很难繁殖。加之，土层中的氧气含量又决定着厌氧微生物以及好氧微生物的繁殖，导致不一样的腐蚀反应现象的发生。细菌引起的腐蚀反应原理有下面几点内容：细菌新陈代谢影响。比如厌氧的微生物在氧气含量很少的土层中导致的腐蚀。钢管外表面部分区域产生干电池的作用。不管是好氧型微生物或者是厌氧型微生物一般产生一些位于钢管外表面的沉淀物，这些沉淀物覆盖管道和别的一些区域钢管之间形成了电势差，这样导致了电化学腐蚀反应的发生。加之一般细菌新陈代谢的排泄物为酸性环境，又加剧了钢管的腐蚀速度。在一些湿润的、通气很差、排水不好的

41、土层之中，常常存在一些厌氧硫酸盐还原微生物，这些细菌把可溶解的硫酸盐化合物转换成硫化氢腐蚀性的气体，造成了地下管道阴极区域外面H+离子数量变多，导致钢管腐蚀反应的进行。厌氧型的硫酸盐还原菌生存与繁殖和土层的p H 值密切相关。这些细菌的迅速生存繁殖环境一般为中性的土层。加上土层中可能含有一些有机化合物，亦或是在污水排放环境之下，都能大大的增加上述的厌氧型硫酸盐还原微生物的生存和繁衍。美国的学者使用一种土层检测仪能得到土层的酸碱度数值和化学反应剧烈程度都是由于细菌等微生物引起腐蚀反应的结果。在下表2 2 中所示的就是采用土层电位测定数值具体描述细菌等微生物引起的腐蚀反应的速度情况。表2 2 土层

42、内的细菌腐蚀反应度T a b l e 2-2S o i lb a c t e r i ac o r r o s i o nr e a c t i o n sd e g r e e s氧化还原电位E h(m y)腐蚀程度 4 0 0无细菌腐蚀第二章金属管道的化学腐蚀的过程2 7 天然气管道腐蚀机理由于天然气管道在铺设后所处的地质结构和自然环境不一样，相应的发生腐蚀反应的特点以及作用的因子肯定不会一样，所以，必须具体情况具体分析，采用行之有效的应对方法，来减低空气、土层及介质等对管道的腐蚀作用，延长管道的使用寿命，保证天然气的输送安全。2 7 1 空气的腐蚀机理因为空气中含有的水、氧气、酸性化合物

43、等各种不同物质的影响而造成金属的腐蚀反应，我们叫做空气腐蚀。钢管在自然空气条件下发生“锈蚀“现象，其实就是一个最普遍的空气腐蚀例子。一般我们所说的空气腐蚀，主要表示的是金属材质在常温的自然条件下湿润空气中发生的电化学腐蚀反应。(1)空气腐蚀特点通常而言，钢管裸露在自然界的空气环境之下，发生的空气腐蚀可以分为下面三类：干燥的空气腐蚀：此时空气中水蒸汽的含量非常少，是金属表面上完全没有水膜层时的大气腐蚀。在清洁的大气中，所有普通金属在室温下都可以产生不可见的氧化膜。一般情况下，如果大气湿度没有超过临界湿度的话，钢管的外表面依然光洁。湿润的空气腐蚀：表示金属材料在人眼可视水膜层的条件下产生的大气腐蚀

44、现象。此时环境条件之下钢管的腐蚀反应本质讲就是电化学腐蚀反应的过程。因为现在的空气有很多水蒸气，当水蒸气的含量达到一定的临界电时候，常常在钢管的外表面存在一层很薄的水膜，这时发生全面腐蚀。假如还存在着一些酸性气体，那么腐蚀反应的速度会更加迅速。潮湿的空气腐蚀：一般大气之中的水蒸气的相对湿度含量为9 9 左右亦或是在雨水中亦或是别的一些水中发生的腐蚀反应。这时，水蒸气已经在钢管的外表面形成了水滴，人的肉眼清晰可见。(2)空气腐蚀作用因子水分：空气条件之下，钢管所发生腐蚀反应的化合物中，水的作用最大。一般反应原理如下：a 水作为一种电解质，同时允许存在很多离子，导致了金属材料腐蚀反应。b 水能够分

45、解为H+以及O H 一离子，酸碱值不一样对于金属材料以及生成的氧化物腐蚀反应影响很大。1 2中国石油大学(华东)工程硕士学位论文二氧化硫。大气中的S 0 2 来源有两个，一是硫化氢产物在空气中的氧化；二是含硫燃料的燃烧，在工业城市中这个因素是主要的。在空气的所有污染物中，二氧化硫作用于钢材腐蚀反应的破坏最为厉害。因为石油、燃气、煤炭等燃烧排除的生成物带有很多的二氧化硫气体，钢管腐蚀反应速度与空气之中含有的二氧化硫的数量相关。2 7 2 土层腐蚀反应的机理由于天然气的特性，我们使用了钢制管道运输的方式，钢管在土层中产生的腐蚀反应非常的严重，甚至可能产生穿洞，导致天然气体的溢出、漏气，一方面带来了

46、严重的经济损失，另一方面埋下了不安全的隐患等，可能导致管线爆炸等，产生巨大的间接经济损失。因此科学的研究分析土层的腐蚀反应，以便使用科学的预防方式意义极其重大。(1)土层腐蚀的特性因为土层具备多变性以及不稳定性，同时土层里面能够透水、透气，所以土层的腐蚀特性也不尽相同，加之土层的相对确定性，这有不同于别的一些电化学腐蚀反应作用。在土层之中，土层的微孔实现氧气以及水分含量的输送，其土层的微孔架构以及含水量影响输送速率，另外不一样的土层渗透特性也不一样。在土层之中不仅会因土壤介质的宏观差别造成宏腐蚀电池，也会因多相组织不均一性形成腐蚀微电池，两种腐蚀电池对埋地管线的作用是同时存在的，但是宏腐蚀反应

47、电池机理会造成腐蚀危害更大一些。宏腐蚀反应的电池可分为下面几种：长输管线土层不同产生的宏腐蚀反应电池：这类腐蚀宏电池发生在埋设于地下的长距离金属管道上两种不同金属与土壤接触产生的宏腐蚀电池。例如，钢管的本体金属与焊缝金属成分不一样，两者电位差有的可达0 2 7 5 V，因此埋入地下后电位低的部位即遭受破坏。加上钢管的埋设情况不尽相同，土层的通透性能力，水分的含量等因素都可产生宏腐蚀反应干电池。微观腐蚀反应电池形成原因：金属化学成分不均匀：例如石油行业常用的钢材含有杂质，碳钢中的F e 3 C，铸铁中的石墨，锌中的铁等，杂质的电极电位高，因此就形成许多微阴极，与土壤接触后形成许多短路的微电池。金

48、属物理状态不均匀：金属由于变形和应力变化而产生的腐蚀，变化大即应力大的部位是阳极，被腐蚀。金属表面膜不完整：金属表面膜有孔隙，则孔隙下金属表面电位较低，是阳极，1 3第二章金属管道的化学腐蚀的过程易发生这类腐蚀。(2)土层腐蚀作用因子土层的特性。土层的微孔、水分、酸碱性还有含无机盐量均会影响到土层的电化学腐蚀性。a 微孔数量。土层中的微孔数量越多越好，越多则钢管的腐蚀情况越厉害。b 水分。含水量愈大，腐蚀反应的速率愈快，但是当水分的含量到达一定后，因为水分多，氧气的渗透性变差，而且电解质全部溶解，水分再增加，那么反应的速率就会减低。c 电阻率因素。土层的电阻率和土层的水分含量、饱含无机盐的数量

49、、微孔的数量等等因子相关，土层的电阻率愈小，金属材料的腐蚀反应速度越快。d 酸碱值的因子。国内土层基本全是中性土层，p H 值在6 到8 范围内，一般随着p H 数值的减小，金属腐蚀反应的速率变大。e 无机盐的因子。通常土层中的无机盐含量在0 0 0 8 7 7 -0 1 5，在土壤电解质中阳离子一般是钾、钠、钙、镁等离子，阴离子是碳酸根、氯和硫酸根离子。土层中含有的无机盐数量越多，则其导电性能越好，这样加剧了土层的腐蚀程度。假设其中饱含碳酸钙，金属的腐蚀反应速率随着碳酸钙的含量变大而加快。离散电流。铁路、港口等以接地为保护的电气系统、电力设备等等，这些离散电流在一定的通路内流通，就产生了离散

50、电流。离散电流一旦形成、就会造成管道腐蚀性。它又可以分成直流因子以及交流因子。离散电流对于管道的腐蚀作用，比一般的土层腐蚀要厉害的多。细菌的因子。厌氧型的硫酸盐还原菌在土层之中，它参与到电极的电化学反应，而且把溶解的无机硫酸盐转成为硫化氢气体，同时跟铁元素生成了硫化亚铁这一不可溶物。由于生成硫化氢，使土壤中的H+浓度增大，促进了整个腐蚀的过程。温差。温度作用会加快腐蚀反应速率，通常而言，温度每增加2 1，腐蚀反应速率增加一倍。1 4中国石油大学(华东)r 程硕士学位论文第三章港沧中5 2 9 输气管道腐蚀原因的研究3 1 港沧5 2 9 输气管线概况3 1 1 气源状况(1)设计规模港沧f 5