埋地管道防腐施工设计(共6页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上埋地管道防腐施工设计-埋地金属管道防腐与施工兰连海摘要：腐蚀的发生是悄悄地进行的,一刻也不会停止,即使灾害即将发生往往也毫无征兆。材料在环境介质作用下，发生化学变化、电化学变化或物理溶解从而破坏材料的性质。防腐是调节金属材料与环境之间的相互作用，使设备、结构或零件保持其强度和功能，不因腐蚀而损坏，以实现长期安全运行。关键词：防腐 腐蚀 防腐工程 埋地管道引言:其实腐蚀并不单纯地指金属的锈蚀，埋地金属管道, 由于受到土壤中酸、碱、盐以及地下水的作用, 可发生化学腐蚀; 在地下电位差的作用下, 也将受到电化学腐蚀。一般情况下, 水中含氧越多, pH 值越低,含盐量越高,

2、腐蚀会加剧。因此, 腐蚀实际上是氧化反应和电解反应的结果。根据这一腐蚀原理, 防腐设计采用了阻止金属与电解质接触, 或使金属表面不出现电位差的方法。由这一机理, 在防腐处理上就采用了绝缘防腐和电化学保护的防腐设计工艺。1 埋地管线腐蚀环境土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙为空气和水所充满，水中含有一定的盐使土壤具有离子导电性；土壤物理化学性质的不均匀性和金属材质的电化学不均匀性，构成了埋地管道的电化学腐蚀条件，从而产生土壤腐蚀1。土壤复杂环境破坏金属表面的保护膜，微生物侵蚀及植物根系对涂层的穿透。腐蚀产生的沉淀物进一步加速金属腐蚀的速度。金属自身杂质成分而形成微电池腐蚀

3、。腐蚀过程相互交融，或随着环境和生物的不同单独或同时对管道破坏2。在一些缺氧的土壤中有细菌（硫酸盐还原菌）参加了腐蚀过程，细菌的作用是参加电极反应将可溶硫酸盐转化为硫化氢与铁作用，产生细菌腐蚀。此种反应因需具备缺氧条件，在低水位、强盐碱的滨海地区，细菌腐蚀不占主导地位3。2 腐蚀的机理钢管出现腐蚀现象，必须要有三个条件同时满足时才会发生。这三个条件是：能够被腐蚀的物质，通路和电子转移。钢管在这样三个条件的具备下，就产生了腐蚀。腐蚀无所不至，损失极大，要引起注意，应当采取措施去防治。还有就是与土壤接触的钢管，土壤溶液中的Cl- 及SO 2-会对钢管腐蚀产生影响，也是要引起注意的。2.1 化学腐蚀

4、化学腐蚀是指金属表面与非电介质直接发生纯化学作用而引起的破坏。通常金属在常温和干燥的空气里并不腐蚀，但在高温下就容易被氧化，生成一层氧化膜（由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成），同时还会发生脱碳现象。此外，在油品中含有多种形式的有机硫化物，环烷酸它们对金属输油管道也会产生化学腐蚀3。在实际生产中，单纯化学反应的例子很少见。2.2 电化学腐蚀金属在电解质溶液中发生的腐蚀称为电化学腐蚀。金属在电解质溶液中发生的电化学腐蚀通常可以简单地看作是一个氧化还原反应过程。电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀，电化学腐蚀中，电流流出的部位叫阳极，电流流进的部位叫阴极22.2.1 原电池腐蚀是利用两个电极之间金属

5、性的不同，产生电势差，从而使电子的流动，产生电流。又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力，与蓄电池相对。2.2.2 电解腐蚀由于外加电源使得电极电位高的氧化性离子在阴极放电还原,而阳极区电极电位低的较活泼(相对阳极区的元素)金属失电子被氧化,成为阳离子脱离材料表面,形成阳极的腐蚀，造成阴极处氧气被还原。 2.2.3 细菌腐蚀腐蚀是当在含有的土壤中腐蚀时，阴极反应的氢将硫酸盐还原为，硫酸盐还原菌利用反应的能量进行从而加速金属的现象。3 防腐的方法对于钢管的腐蚀防腐，一般情况下，我们要在输水钢管设计选材阶段就进行把关。即要正确地

6、选择防腐蚀性好的钢管，如选择耐腐蚀高性能钢管并且含杂质少粗糙度小的钢管，选择先进的加工工艺进行管道的加工连接，如采用特殊的焊接工艺连接钢管。当然在设计管道时，要使得管道结构尽量的简单。3.1 金属防腐的保护层法3.1.1 绝缘防腐设计及施工绝缘防腐由防腐层及绝缘层两部分构成。其中绝缘层主要组成是涂层和保护层, 材料要求不透水, 具有耐久性。常用方式是除锈、刷油、卷材裹扎、喷涂。常用材料有冷底子油、沥青、油毡、玻璃布等。一般的防腐设计是除锈, 先刷冷底子油,再涂沥青, 然后用浸透了沥青漆的玻璃布包扎或是采用二布三油的方法。3.1.2 掺加填充材料, 改变沥青的配方常用材料有石棉、石灰石粉等, 防

7、腐层中沥青常用30#沥青, 配比大约85% 的沥青掺15% 的填充材料, 在180e 左右加入填料, 搅拌均匀即可使用。43.1.3 选用新的防腐材料埋地金属管道的绝缘防腐, 一般在管道入沟前进行, 基本上采用手工的施工方法。要求防腐层与管道紧贴结实, 全面覆盖、厚度均匀。在地下管道安装过程中, 避免破坏防腐层。其防腐质量检测除外观检查外, 还可使用测厚仪或高压电击枪电火花检测。局部的防腐未处理好反而会造成氧化加剧, 因此, 施工要注意防腐的全面整体质量。3.2 金属防腐的电化学保护法3.2.1 电化学保护当pH为7时，铁处于活化腐蚀状态，使其电位上升(阳极保护)或下降(阴极保护)，都可实现保

8、护的目的。使其电位上升或下降来实现的保护、防止或减轻金属腐蚀的技术，就是电化学保护。电化学保护分为阳极保护和阴极保护。23.2.2 阳极保护阳极保护是使被保护金属处于稳定的钝性状态的一种防护方法，可通过外加电源进行极化或添加氧化剂的方法达到防护目的。现埋地管道上基本不采用此方法，故在此不讨论。3.2.3 阴极保护相关文献得出结论连续的1的直流电1年可损失10千克的钢材。在钢管上用绝缘层可使流过管道的腐蚀电流减到最少。防护层的主要作用是使发生电化学活性材料相互隔离。防护层总是有缺陷，尤其难解决的的是防护层上存在的小孔可以导致快速腐蚀。因此，需要再使用阴极保护(CP)。5由电化学腐蚀原理可知，腐蚀

9、电池的阴极不发生腐蚀，只有阳极才发生腐蚀,因此，只要把需要保护的金属变成阴极，就可以防止金属腐蚀的发生这种防腐蚀方法就叫阴极保护。阴极保护是防止地下管线及金属结构发生电化学腐蚀的有效方法，是在金属表面通过足够的阴极电流，使金属表面阴极极化，成为电化学腐蚀电池中电位均一的阴极，从而防止管道腐蚀。可以用以下两种方法来实现：一种为牺牲阳极的阴极保护，一种为外加电流的阴极保护。3.2.3.1 牺牲阳极法选择一种其电极电位比被保护金属更负的活泼金属(合金)，把它与共同置于电解质环境中的被保护金属从外部实现电连接，这种负电位的活泼金属在所构成的电化学电池中作为阳极而优先腐蚀溶解，故被称为牺牲阳极。2在阴极

10、发生的是溶液中氧化性介质D接受电子的还原过程D+neD ne这种氧化性介质在溶液中通常是氢和氧2H+2eH，O+2HO +4e4OH。在土壤环境中，镁合金阳极开路电位高，适合在土壤电阻率高的地区工作。锌合金阳极自腐蚀小，电流效率高，寿命长，适合在土壤电阻率低的环境中使用；铝阳极虽然单位发电量高于镁和锌，但在土壤环境中性能难以稳定，阳极效率低，因而很少使用。现在可以依据牺牲阳极法保护原理，参照已有的案例经验及牺牲阳极法阴极保护相关的计算公式，借助VisualBasic1NET语言强大的功能，对埋地钢管的牺牲阳极保护进行计算机辅助设计。53.2.3.2 外加电流法将被保护管道与外加的直流电源的负极

11、相连，把另一辅助阳极接到电源的正极，外加电流在管道和辅助阳极间建立较大的电位差。适用于长输管道以及当杂散电流产生的管地电位变化超过牺牲阳极的保护能力时，在许多场合下两种方法配合使用。外加电流阳极可选用石墨、高硅铸铁、铸铁、碳钢、磁性氧化铁、铅银合金或废钢材。3.2.4 杂散电流排流保护 当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道阴极保护，这时杂散电流就成了阴极保护的电流源。但排流保护是受到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直接排流、极性排流、强制排流、接地排流四种形式，排流保护类型的选择，主要依据排流保护调查测定的结果、管地电位、管轨电位的大小和分布、管道与铁路的相关状态，结合四种排流法的性能

12、、适用范围和优缺点，综合确定。3.3 金属防腐的结构改变法金属防腐的常见办法之一是改变金属的结构。金属的种类很多，但其化学活性低，不易受到其他物质的腐蚀，也有部分金属与其他金属配合使用能有效提高防腐能力，例如在普通钢铁中加入铬、镍等材料制成不锈钢，就能获得较好的防腐效果。4 管线的在线检侧与评估6对管道安全管理应引起高度重视，具有以下几方面的内容：建立管道的原始资料；定期检测管道的运行情况(阴极保护情况，检测管道防腐层的情况，金属管道及其配件腐蚀情况，管道堵、漏情况)；及时维修，并将检测与维修情况储存，建立管道档案，进行实时监控。而其中最重要的环节为如何准确有效地对管道腐蚀状况作出检测。埋地管

13、道的检测对预防事故的发生，防止污染环境，节约开挖费用，具有重要意义。4.1 管线的在线检侧7埋地管道腐蚀情况的检测方法有很多，但各有其优缺点，如何选择较为合理的方法使检测的精确度高、定位准确、劣化状态判定精确、所花费的人力物力最少是检测较为关键的问题。管道在线检测对管系的正常使用非常重要，归纳国内外的检测方法大致可分为管内与管外检测两类。管内检测装置分为有索型和无索型两种，有索型由带检测器的管内移动部份、管外操作控制装置、电源设备、数据记寻处理装置、电缆供给部分及对管内移动部份供电、控制、通讯用电缆构成。无索型由检测器、电源、数据处理记录器组成。管内检测的发展趋势为管道检测移动机器人，它可携带

14、多种传感器及操作装置，如CCD摄象机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器、管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等。管外检测主要为管道防护层漏点定位及定量检测，通过向管线供入直流或交流信号，沿管线检测电位、电流或磁场强度的变化来实现检测目的。4.2 管道失效评估国内对压力管道的安全评定还处于起步阶段，华东理工大学的李培宁等提出了局部减薄缺陷管道在弯曲与内压载荷下的塑性失效评定方法及周向面型缺陷管道在拉、弯、扭、内压联合作用下的失效评定曲线族评定法及U因子评定法。5 结论实际工程的防腐设计, 需根据不同土层的化学特性、管道工艺要求以及地下水位情况等作出科学

15、、经济、简便的设计方案。 1.腐蚀在生活中的输水管道中随处可见，主要腐蚀类型是电化学腐蚀（腐蚀电池）。 2.输水管道的腐蚀机理是形成阳极，阴极和电介质通路，三者同时成立时腐蚀发生。 3.进行钢管防腐措施，必须合理选材和采用先进的加工工艺，同时也可以进行电化学防腐或涂层防腐，比如通直流电流和涂上防腐材料等等。参考文献1 王继忠.埋地钢管环氧煤沥青防腐蚀涂料.石油化工腐蚀与防护，2001，18(4)2 张志宇,段林峰.化工腐蚀与防护.北京:化学工业出版社,2005,23 单国忠,肖桂兰.论输油管道的腐蚀及其防护.大众科技,2005,(4)4 北京科技大学 何业东，气慧滨编；材料腐蚀与防护概论；机械工业出版社；2005,25 李岩.埋地钢管牺牲阳极保护计算机辅助设计与实现.腐蚀科学与防护技术,20056 李俊霞.埋地钢管腐蚀及防腐.河北化工.2006,127 张慧敏,潘家祯.现有埋地管道腐蚀检测方法比较.上海应用技术学院学报.2004，4专心-专注-专业