管道防腐專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

1、管道防腐專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn) 北京輸氣管理處-劉 卿,培訓(xùn)目的,理解金屬腐蝕與控制原理掌握埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法掌握三層PE防腐層結(jié)構(gòu)理解管道陰極保護(hù)原理掌握外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)掌握管道陰極保護(hù)準(zhǔn)則掌握管道電位測試方法,第一章：金屬腐蝕與控制原理第二章：管道外涂層系統(tǒng)第三章：管道外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)第四章：管道陰極保護(hù)測試

2、,第一章：金屬腐蝕與控制原理,金屬腐蝕的定義腐蝕電池金屬電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)金屬電化學(xué)腐蝕動力學(xué)金屬腐蝕的分類埋地管道的外腐蝕金屬腐蝕的控制途徑埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法管道防腐蝕保護(hù)示意圖,金屬腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生作用而被破壞的現(xiàn)象。它是一種自發(fā)進(jìn)行的過程，給人類帶來的經(jīng)濟(jì)和社會危害極大。例如：金屬構(gòu)件在大氣中生銹；化工生產(chǎn)中，金屬設(shè)備與腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)接觸，尤其在高溫、高壓和高流速的條件下，造成設(shè)備生銹、老化、變形等現(xiàn)象

3、。,金屬腐蝕,思考：大家都知道，鐵放在潮濕的空氣中一段時間會生銹，誰知道這是為什么？,鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣和水接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)生的一種化學(xué)腐蝕。4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3·H2O鐵失去電子被氧化；氧得到電子被還原。,金屬腐蝕的定義,腐蝕是金屬和周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學(xué)過程，而且大多都是電化學(xué)過程，伴隨著氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生。 金屬的化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到

4、的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。金屬的電化學(xué)腐蝕 ：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。腐蝕的本質(zhì)：金屬發(fā)生氧化-還原反應(yīng)。,腐蝕原電池—電化學(xué)腐蝕的前提,金屬回路：連接陰極和陽極的任何金屬；陰極：被保護(hù)的部分，得電子；陽極：被腐蝕的部分，自身失去電子；電解質(zhì)：導(dǎo)電介質(zhì)。,金屬電化學(xué)腐蝕熱力學(xué),金屬從礦石（金屬氧化物）中提煉出來需要很大的能量，使其處于一個高能級狀態(tài)。熱力

5、學(xué)的一個規(guī)律是：材料總是趨向于以最低能量狀態(tài)存在。因此，多數(shù)的金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有尋求低能量狀態(tài)的傾向，如形成氧化物或其他化合物。金屬轉(zhuǎn)化成低能量氧化物的過程就是腐蝕。,金屬電化學(xué)腐蝕動力學(xué),金屬在電解質(zhì)中受自身材質(zhì)、電解液種類、電解液濃度、溫度、PH值等影響其電極電位不相同。當(dāng)這些金屬在電解液中作為腐蝕電池的陰、陽極時會產(chǎn)生電位差，引起腐蝕電池中的電流流動，即腐蝕電流。腐蝕的驅(qū)動力是電極電位差,碳-鐵電池在中性土壤中

6、的腐蝕圖,金屬腐蝕的分類,按腐蝕機(jī)理分類：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕按腐蝕破壞的形貌特征分類：全面腐蝕、局部腐蝕按腐蝕環(huán)境分類：大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕以及化學(xué)介質(zhì)中的腐蝕。,埋地管道的外腐蝕,鋼在土壤中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。由于鋼管的材質(zhì)不同；土壤環(huán)境中的透氣性、含水量、酸度、含鹽量、電阻率、氧氣濃度等不同，使得管道在土壤中的電位不同，從而在管道表面形成陰、陽極，驅(qū)動腐蝕的發(fā)生。管道是金屬回路、土壤是電解質(zhì)。,鋼鐵表面的

7、微小原電池示意圖,陽極（Fe）：Fe - 2e = Fe2+ 陰極（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH-4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（鐵銹）,金屬腐蝕的控制途徑,正確選用耐腐蝕材料合理的防腐設(shè)計（結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計）電化學(xué)保護(hù)（陰極保護(hù)、陽極保護(hù)）介質(zhì)處理（脫硫、脫水、添加緩蝕劑）金屬表面覆蓋層（金屬與腐蝕性介質(zhì)隔離）,埋地管道外腐蝕防護(hù)的方法,采用外涂層和施加陰極保護(hù)是管道外腐蝕防護(hù)的主要

8、手段盡管管道的絕大多數(shù)表面都被涂層有效地保護(hù)著，但是在漏點(diǎn)處或是剝離區(qū)中將會產(chǎn)生較高的腐蝕速率，很可能導(dǎo)致穿孔或開裂。所以埋地管線的涂層系統(tǒng)少有不與陰極保護(hù)共同使用的。陰極保護(hù)分類：犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。目前陜京管道常采用外加電流陰極保護(hù)的方式。,管道防腐蝕保護(hù)示意圖,,金屬 + 土壤 腐蝕,,,,金屬 + 土壤 腐蝕,,,涂層將金屬與土壤隔離開,整流器將交流電流轉(zhuǎn)變成脈動直流電流,通過涂層以及陰極保護(hù)

9、系統(tǒng)，最終形成一個完整的管道保護(hù)系統(tǒng)。,第二章：管道外涂層系統(tǒng),涂層常用外涂層種類三層PE防腐層,涂層,涂層的用意是要在金屬表面上形成一層絕緣材料的連續(xù)覆蓋層，將金屬與其直接接觸的電解質(zhì)之間進(jìn)行絕緣（防止電解質(zhì)直接接觸到金屬），即設(shè)置一個高電阻使得電化學(xué)反應(yīng)無法正常發(fā)生。現(xiàn)實中，所有的涂層，不論總體質(zhì)量如何都存在空洞（通常稱為不連續(xù)點(diǎn)）被稱做漏點(diǎn)，這些漏點(diǎn)一般是在涂敷、運(yùn)輸或者安裝過程中產(chǎn)生的；使用過程中，涂層漏點(diǎn)一般是由于涂層老

10、化、土壤應(yīng)力或是管道在土壤中移動而產(chǎn)生的，有時也可能來自未被及時發(fā)現(xiàn)的第三方破壞。,管道常用外涂層種類,三層PE防腐層,陜京管道埋地干線防腐采用三層PE防腐涂層，其結(jié)構(gòu)為： 底層：熔結(jié)環(huán)氧底層,厚度≥100μm； 中間層：共聚物熱熔膠厚度170～250μm； 外層（背層）：聚乙烯防腐層,厚度≥3.0或≥3.7mm。 根據(jù)德國調(diào)研數(shù)據(jù),三層PE涂層的使用壽命在30年以上，是一種性能優(yōu)異的外防腐涂層。從強(qiáng)度方面考慮，三層

11、PE分為普通型和加強(qiáng)型（穿跨越段），普通型涂層總厚度為3.0mm左右，加強(qiáng)型涂層總厚度超過3.7mm。,三層PE結(jié)構(gòu)示意圖,外加電流陰極保護(hù)原理外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成陰極保護(hù)準(zhǔn)則,第三章：外加電流陰極保護(hù),外加電流陰極保護(hù)原理,對被保護(hù)金屬施加負(fù)電流，通過陰極極化使所有陰極點(diǎn)的電位都達(dá)到了最活潑陽極點(diǎn)的開路電位時，結(jié)構(gòu)物上的腐蝕就停止了。,外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖,直流電源的正極連接輔助陽極，負(fù)極連

12、接需要保護(hù)的構(gòu)件（管道）。電流從輔助陽極流出，經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)管道表面（破損處），再流回電源的負(fù)極。,外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成,電源：外加電流陰極保護(hù)電源分為：整流器和恒電位儀兩種。整流器：是一種將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷难b置。由變壓器、整流元件、濾波器、控制單元等組成，它機(jī)構(gòu)簡單、易于安裝、操作維護(hù)簡便，工作穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)。恒電位儀：廣義地說，恒電位儀也是一種整流器。它是一種能自動地控制管道電位恒定的電子儀器。它有一個控制電位和一個保

13、護(hù)電位，恒電位儀的作用就是控制輸出使保護(hù)電位和控制電位達(dá)到一致。若保護(hù)電位偏正則增加輸出，若保護(hù)電位偏負(fù)則減小輸出。,PC-1A型恒電位儀,陰極保護(hù)整流器,外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成,輔助陽極（也稱惰性陽極）一般由高硅鑄鐵、鉑鈦或貴金屬氧化物和填埋料（通常為焦碳）組成；陽極壽命應(yīng)盡可能長，選擇合適的數(shù)量并埋在土壤電阻率低的位置以降低陽極接地電阻。 輔助陽極地床是陰極保護(hù)站重要的輔助設(shè)施，通常陽極地床型式可分為深井和水平連續(xù)淺埋兩

14、種形式，陽極材料采用貴金屬氧化物或加鉻高硅鑄鐵等。陰極（即管道）,外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成,連接電纜：功能是將上述各部分組件，按照技術(shù)要求連接成完整的保護(hù)系統(tǒng)。 電纜類型：－ 陽極電纜－ 陰極電纜－ 零位接陰電纜 － 參比電纜－ 接地電纜,陰極保護(hù)正常運(yùn)行的其它必要設(shè)施,參比電極 ：是測量被保護(hù)結(jié)構(gòu)物電位的半電池（大家都知道結(jié)構(gòu)物的電位值無法測量，只能通過與某個標(biāo)準(zhǔn)比較才能得出相對電位，參比電極就是這個標(biāo)準(zhǔn)）。管道上最常

15、用的參比電極是銅/硫酸銅參比電極。結(jié)構(gòu)為一根較粗的銅棒用做電極體，浸入飽和硫酸銅溶液。它分為便攜和長效兩種。長效參比一般埋設(shè)在通電點(diǎn)和測試樁附近用于測量管道電位。,陰極保護(hù)正常運(yùn)行的其它必要設(shè)施,測試樁：為了確認(rèn)已經(jīng)按照適用準(zhǔn)則建立起符合要求的陰極保護(hù)，以及陰極保護(hù)系統(tǒng)的所有部分都正常運(yùn)行，進(jìn)行電性能測量和檢測是十分必要的。測試樁是用來測定埋地管線的陰極保護(hù)狀況以及進(jìn)行腐蝕控制相關(guān)的其他測試工作的最好途徑。測試樁根據(jù)其功能，其類型為

16、電位測試樁、電流測試樁、絕緣接頭測試樁、犧牲陽極測試樁和穿路套管測試樁等。,陰極保護(hù)正常運(yùn)行的其它必要設(shè)施,絕緣件：在長輸管線中，絕緣接頭用來斷開被保護(hù)管道和與之相連的某些裝置、設(shè)備、支路的電連接，避免陰級保護(hù)電流散失到不需要保護(hù)的相連部件上，以保證陰極保護(hù)技術(shù)的成功。是管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中不可缺少的重要管件。在分輸站的進(jìn)出站、閥室放空管、閥室內(nèi)接地處均設(shè)有絕緣接頭。,電位變送器：電位傳送器可將埋地金屬管道的管地電位信號(-3～0V)隔離

17、變換成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號（4～20mA）輸出，便于站控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。在大部分的閥室內(nèi)均有電位傳送器，用于傳送管道電位。,陰極保護(hù)準(zhǔn)則,我們?nèi)绾沃缆竦亟Y(jié)構(gòu)獲得了充分保護(hù)？最常用的準(zhǔn)則是電位準(zhǔn)則，也就是測量管道與地之間的電位。1、在施加陰極保護(hù)時，測得的管道相對飽和硫酸銅參比電極（簡稱CSE）電位達(dá)到-850mV或更負(fù)，2、陰極保護(hù)狀態(tài)下管道的極限保護(hù)電位不能比-1200mV（CSE）更負(fù)。3、以上測量電位時應(yīng)消除IR降的影響

18、。IR降：根據(jù)歐姆定律，由于電流的流動在參比電極與金屬管道之間的電解質(zhì)（土壤）內(nèi)產(chǎn)生的電壓降。 防腐工程師需要定期進(jìn)行測量和檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)管道陰極保護(hù)狀況的變化。,第四章：管道陰極保護(hù)測試,管道電位測試交流干擾電壓測試工器具的維護(hù)和保養(yǎng)安全,管道電位測試,測量時應(yīng)將測試樁接線口銹蝕除掉，露出金屬本色。將飽和Cu-CuSO4參比電極直立放置管道頂部地面土壤中，若土壤干燥需澆適量水。萬用表負(fù)極（黑表筆）接參比電極，正極（紅

19、表筆）接測試點(diǎn)，數(shù)字萬用表選擇直流2V檔。測量時應(yīng)保持半分鐘以上，待萬用表示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；如不能穩(wěn)定則讀其平均數(shù)，讀數(shù)取小數(shù)點(diǎn)后面兩位。用長效參比電極測量保護(hù)電位與上述方法基本相同，只是萬用表負(fù)極（黑表筆）接長效參比電極測試點(diǎn)即可。測得電位值比-850mV更負(fù)為合格。,,交流干擾電壓測試,測量時應(yīng)將測試點(diǎn)銹蝕除掉，露出金屬本色；將鋼棒電極直立打入垂直距離管道10米的土壤中，若土壤干燥需澆適量水；萬用表負(fù)極（黑表筆）接鋼棒電極

20、，正極（紅表筆）接測試點(diǎn)，數(shù)字萬用表選擇交流20V檔，讀數(shù)取整數(shù)；測量時應(yīng)保持半分鐘以上，待萬用表示數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)；如不能穩(wěn)定則讀其平均數(shù)；測得電壓值，一般15V以下為合格。,工器具的維護(hù)和保養(yǎng),萬用表：萬用表長期不用需將電池取出，避免電池漏液。每年需要利用電位差計對萬用表進(jìn)行一次校準(zhǔn)。參比電極：由于參比電極的滲透膜較脆弱，因此在使用過程中一定要避免摔碰。硫酸銅溶液一定要飽和。（溶液中始終有未溶解的硫酸銅晶體）。配制硫酸

21、銅溶液時一定要用蒸餾水。長期不用參比電極應(yīng)把硫酸銅溶液倒掉，等用時再重新配制。,安全,陰保機(jī)操作：操作前檢測陰保機(jī)外殼是否存在危險電壓（小于36V） 。不要接觸暴露的接線端子。電位測試：對于可能存在交流電壓的管道，應(yīng)首先測量交流電壓（應(yīng)低于15V）。測量接線應(yīng)采用絕緣線夾，以避免與未知高壓電接觸。測量操作中應(yīng)首先接好儀表回路，然后再連接被側(cè)體，測量結(jié)束時，按相反的順序操作，并執(zhí)行單手操作法。雨天嚴(yán)謹(jǐn)進(jìn)行各項陰保測試工作。