地下金属管道腐蚀与防护优秀课件.ppt

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1、地下金属管道腐蚀与防护1第1页，本讲稿共34页 研究金属腐蚀的主要目的在于弄清研究金属腐蚀的主要目的在于弄清金属腐蚀的原因、机理和影响因素，以金属腐蚀的原因、机理和影响因素，以便控制和防止金属腐蚀。便控制和防止金属腐蚀。为了控制或防为了控制或防止金属腐蚀而采取的各种方法，称为防止金属腐蚀而采取的各种方法，称为防腐蚀技术。腐蚀技术。2第2页，本讲稿共34页3.13.1从微观腐蚀体系有分析从微观腐蚀体系有分析防腐蚀的四种基本方法防腐蚀的四种基本方法3.1.1 耐蚀材料耐蚀材料 3第3页，本讲稿共34页3.1.2 防蚀涂层（表面保护技术）防蚀涂层（表面保护技术）4第4页，本讲稿共34页3.1.3缓蚀

2、剂（环境介质处理）缓蚀剂（环境介质处理）5第5页，本讲稿共34页3.2 3.2 耐腐蚀材料耐腐蚀材料3.2.1金属材料（指合金材料）金属材料（指合金材料）利用耐腐蚀合金是提高设备寿命的最可靠方法利用耐腐蚀合金是提高设备寿命的最可靠方法1 1、提高热力学稳定性、提高热力学稳定性抑制阳极过程和抑制阳极过程抑制阳极过程和抑制阳极过程（提高合金耐腐蚀性的发展方向）（提高合金耐腐蚀性的发展方向）金属的热力学都是不稳定性（它们的标准电极电金属的热力学都是不稳定性（它们的标准电极电位为反应）位为反应）6第6页，本讲稿共34页2、抑制阴极过程、抑制阴极过程基本原理：当腐蚀为阴极控制，抑制阴极过程决定基本原理：

3、当腐蚀为阴极控制，抑制阴极过程决定于阴极去极化剂还原过程的动力学。于阴极去极化剂还原过程的动力学。可能方法：减少合金阴极区面积可能方法：减少合金阴极区面积合金中提高阴极过程过电位合金中提高阴极过程过电位3、抑制阳极过程（提高合金的钝性）、抑制阳极过程（提高合金的钝性）实现方法：合金时加入可提高阳极钝化度的元素。实现方法：合金时加入可提高阳极钝化度的元素。7第7页，本讲稿共34页3.2.2耐腐蚀非金属材料耐腐蚀非金属材料 其腐蚀与金属腐蚀的本质区别其腐蚀与金属腐蚀的本质区别 8第8页，本讲稿共34页3.3 3.3 金属表面覆盖层金属表面覆盖层 基本原理：金属表面采用覆盖屋，尽量避免金属和腐蚀介基

4、本原理：金属表面采用覆盖屋，尽量避免金属和腐蚀介质直接接触是金属材料的主要防护技术质直接接触是金属材料的主要防护技术保护性覆盖层的基本要求是：保护性覆盖层的基本要求是：结构致密，完整无孔，不透过介质；结构致密，完整无孔，不透过介质；与基本金属有良好的结合力，不易脱落；与基本金属有良好的结合力，不易脱落；具有高的硬度和耐磨性；具有高的硬度和耐磨性；在整个被保护表面上均匀分布。在整个被保护表面上均匀分布。保护性覆盖层分为保护性覆盖层分为金属覆盖层和非金属覆盖层金属覆盖层和非金属覆盖层两大类。它们可用两大类。它们可用化学法、电化学法或物理方法实现。化学法、电化学法或物理方法实现。9第9页，本讲稿共3

5、4页3.3.1覆盖层的分类覆盖层的分类 10第10页，本讲稿共34页3.3.2金属表面预处理金属表面预处理 1、必要性、必要性表面处理的好坏直接关系到防腐层与钢管或钢质储罐的粘结表面处理的好坏直接关系到防腐层与钢管或钢质储罐的粘结性。防腐层在施工中引起的起泡、翘起、返锈等现象，主要原性。防腐层在施工中引起的起泡、翘起、返锈等现象，主要原因是表面处理未达标准。表面处理要达到规定的除锈标准，同因是表面处理未达标准。表面处理要达到规定的除锈标准，同时金属表面要求有一定的粗糙度（亦称锚纹深度），这是两个时金属表面要求有一定的粗糙度（亦称锚纹深度），这是两个关键因素。钢材表面处理后应立即采取保护措施，其

6、效果如何关键因素。钢材表面处理后应立即采取保护措施，其效果如何与施工环境温度和相对湿度有着直接关系。与施工环境温度和相对湿度有着直接关系。2、常用方法、常用方法金属表面处理常用于手工或动力工具除锈、喷射或抛射除锈、金属表面处理常用于手工或动力工具除锈、喷射或抛射除锈、火焰除锈及化学除锈等。火焰除锈及化学除锈等。11第11页，本讲稿共34页12第12页，本讲稿共34页13第13页，本讲稿共34页3.4电化学保护电化学保护 基本方法基本方法阴阴极极保保护护：在在金金属属表表面面上上通通入入足足够够的的阴阴极极电电流流，使使阳阳极极溶溶解解速速度度减减小小，从从而而防防止止腐腐蚀蚀，该该法法又又称称

7、为为牺牺牲牲阳阳极极保保护护和和外外加电流阴极保护（具本应用设计过程放在管线腐蚀中）。加电流阴极保护（具本应用设计过程放在管线腐蚀中）。阳阳极极保保护护：在在金金属属表表面面上上能能入入足足够够的的阳阳极极电电流流，使使金金属属电电位位达到并保持在钝化区内从而防止腐蚀。达到并保持在钝化区内从而防止腐蚀。14第14页，本讲稿共34页3.4.1阳极保护原理阳极保护原理原理：原理：使金属的电位处于稳定的钝化区的防腐蚀方法使金属的电位处于稳定的钝化区的防腐蚀方法方方法法：用用外外电电源源进进行行阳阳极极极极化化在在溶溶液液中中加加入入氧氧化化剂剂，使使金金属属钝钝化化；合金的阴极改性处理，使合金电位正

8、移到钝化区合金的阴极改性处理，使合金电位正移到钝化区。3.4.2电解保护原理电解保护原理原理：原理：变离导电为电子导电起到防腐作用变离导电为电子导电起到防腐作用方方法法：增增加加回回路路电电阻阻、增增大大距距离离以以减减小小电电流流响响和和把把电电流流引引走。走。15第15页，本讲稿共34页3.5 3.5 缓蚀剂缓蚀剂 3.5.1概述概述是一些用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂。是一些用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂。缓缓蚀蚀剂剂是是一一些些少少量量加加入入腐腐蚀蚀介介质质中中就就能能显显著著减减缓缓或或阻阻止止金金属属腐腐蚀蚀的的物物质质，也也叫叫腐腐蚀蚀抑抑制制剂剂（CorrosionI

9、nhibitor）。缓缓蚀蚀剂剂防防护护金金属属的的优优点点在在于于用用量量少少、见见效效注注、成成本本较较低低、使使用用方方便便。目目前前已已广广泛泛应应用用于于机机械械、化化工工、电电子子、能能源源等等许许多多部部门门。例例如如酸酸洗洗过过程程中中硫硫酸酸和和盐盐酸酸除除去去钢钢铁铁表表面面氧氧化化皮皮的的同同时时，也也会会使使金金属属本本身身溶溶解解；若若加加入入适适当当的的缓缓蚀蚀剂剂，则则可可抑抑制制金金属属本身过分的腐蚀。本身过分的腐蚀。16第16页，本讲稿共34页 缓蚀剂保护的缓蚀剂保护的缺点缺点是：它只适用于腐蚀介质的是：它只适用于腐蚀介质的体积量有限的情况下，例如电镀和喷漆前

10、金属的酸体积量有限的情况下，例如电镀和喷漆前金属的酸洗除锈、锅炉内壁的化学清洗、油气井的酸化、内洗除锈、锅炉内壁的化学清洗、油气井的酸化、内燃机及工业冷却水的防腐蚀处理和金属产品的工序燃机及工业冷却水的防腐蚀处理和金属产品的工序间防锈和产品包装等；但对于钻井平台、码头、桥间防锈和产品包装等；但对于钻井平台、码头、桥梁等敞开体系，则不适用。梁等敞开体系，则不适用。17第17页，本讲稿共34页原理：原理：缓蚀物质在金属与溶液介面上产生了某种作缓蚀物质在金属与溶液介面上产生了某种作用，阻滞了腐蚀过程，而并非使腐蚀体系的本质用，阻滞了腐蚀过程，而并非使腐蚀体系的本质发生改变。加入量：发生改变。加入量：

11、0.1%1%。缓蚀剂保护有强烈地选择性。缓蚀剂保护有强烈地选择性。18第18页，本讲稿共34页3.5.2缓蚀剂的分类缓蚀剂的分类19第19页，本讲稿共34页20第20页，本讲稿共34页21第21页，本讲稿共34页3.5.3缓蚀效率计算缓蚀效率计算介质中加缓蚀剂后的腐蚀速度介质中加缓蚀剂后的腐蚀速度加缓蚀剂时金属腐蚀速度加缓蚀剂时金属腐蚀速度介质中未加缓蚀剂时金属腐蚀电流介质中未加缓蚀剂时金属腐蚀电流 缓蚀效率能达到缓蚀效率能达到90以上的为良好的缓蚀剂；以上的为良好的缓蚀剂；若达到若达到100，则意味着达到了完全保护。，则意味着达到了完全保护。22第22页，本讲稿共34页3.5.4缓蚀剂选用原

12、则及评价方法缓蚀剂选用原则及评价方法1、选用原则、选用原则应应根根据据所所要要防防护护的的金金属属及及其其所所处处的的腐腐蚀蚀性性介介质质性性质质来来选选取不同的缓蚀剂。取不同的缓蚀剂。该该缓缓蚀蚀剂剂应应与与腐腐蚀蚀介介质质具具有有较较好好的的相相溶溶性性，且且在在介介质质中中具具有有一一定定的的分分散散能能力力，才才能能有有效效到到达达金金属属表表面面，发发挥挥缓缓蚀蚀功功能能。为为做做到到这这点点，常常在在缓缓蚀蚀剂剂中中添添加加少少量量表表面面活活性性剂，或在缓蚀剂分子上联接亲水性的极性基团。剂，或在缓蚀剂分子上联接亲水性的极性基团。23第23页，本讲稿共34页缓蚀剂的用量要少，缓蚀效

13、果要好，才能使缓蚀防蚀缓蚀剂的用量要少，缓蚀效果要好，才能使缓蚀防蚀具有经济性。为提高缓蚀效果，往往采取多种缓蚀剂具有经济性。为提高缓蚀效果，往往采取多种缓蚀剂复配，这就是协同效应。复配，这就是协同效应。缓蚀剂除缓蚀功能外，还应考虑到工业体系的总体效缓蚀剂除缓蚀功能外，还应考虑到工业体系的总体效果，例如环保、阻垢、灭菌等。果，例如环保、阻垢、灭菌等。24第24页，本讲稿共34页2、评价方法、评价方法缓缓蚀蚀剂剂的的缓缓蚀蚀效效果果的的评评价价、缓缓蚀蚀剂剂的的筛筛选选和和复复配配等等均均可可采采用用经经典典的的失失重法、电化学方法及其他更先进的光谱法、表面谱法来评估。重法、电化学方法及其他更先

14、进的光谱法、表面谱法来评估。（1）失重法）失重法失失重重法法是是最最常常用用的的、最最简简单单的的测测定定缓缓蚀蚀剂剂缓缓蚀蚀效效果果的的方方法法。它它可可通通过过试试验验室室模模拟拟缓缓蚀蚀介介质质环环境境和和现现场场试试验验来来进进行行。分分别别测测取取金金属属在在空空白白条条件件下下（未未加加缓缓蚀蚀剂剂）和和加加人人缓缓蚀蚀剂剂后后的的腐腐蚀蚀介介质质中中的的腐腐蚀蚀失失重重，从从而而确确定定其其腐腐蚀蚀速速率率，再再比比较较缓缓蚀蚀剂剂的的缓缓蚀蚀效效果果。也也可可进进行行缓缓蚀蚀剂剂配配方方的的筛筛选选，缓缓蚀蚀剂剂浓浓度度的的选选用用，用用量量、失失效效期期的的测测定定及及复复配

15、配物的选择。物的选择。25第25页，本讲稿共34页（2）电化学法）电化学法采采用用电电化化学学方方法法，可可在在实实验验室室条条件件下下，快快速速便便捷捷地地测测定定金金属属的的腐腐蚀速率。因此也可用电化学方法来评估、筛选缓蚀剂。蚀速率。因此也可用电化学方法来评估、筛选缓蚀剂。电电化化学学方方法法采采用用电电化化学学极极化化手手段段，利利用用电电化化学学动动力力学学理理论论和和测测试试手手段段，通通过过对对缓缓蚀蚀剂剂加加人人前前后后在在腐腐蚀蚀介介质质中中金金属属表表面面的的极极化化特特征征的的研研究究，以以及及利利用用Tafel曲曲线线外外推推法法和和极极化化电电阻阻法法对对金金属腐蚀速率

16、的测定，来评价金属在缓蚀剂中的缓蚀性的优劣。属腐蚀速率的测定，来评价金属在缓蚀剂中的缓蚀性的优劣。26第26页，本讲稿共34页（3）光谱法和表面谱法）光谱法和表面谱法随着近年来物质结构测试仪器的普及，采用光随着近年来物质结构测试仪器的普及，采用光谱法和表面谱法对添加缓蚀剂后金属表面膜结构谱法和表面谱法对添加缓蚀剂后金属表面膜结构的作用和研究，已成为评价缓蚀剂的现代化手段的作用和研究，已成为评价缓蚀剂的现代化手段和技术。例如利用吸收光谱、拉曼散射光膜、和技术。例如利用吸收光谱、拉曼散射光膜、X线线光电子能谱和俄歇电子能谱等技术。光电子能谱和俄歇电子能谱等技术。27第27页，本讲稿共34页3.5.

17、5缓蚀剂的研究现状及其应用缓蚀剂的研究现状及其应用 理论，测试和计算方法的研究及进展理论，测试和计算方法的研究及进展中中国国腐腐蚀蚀与与防防护护学学会会缓缓蚀蚀剂剂专专业业委委员员会会于于1981年年在在武武汉汉成成立立，挂靠华中科技大学挂靠华中科技大学1、缓蚀剂研究的新方法新技术、缓蚀剂研究的新方法新技术恒电位恒电位恒电流（恒电流（PG）瞬态响应测量技术）瞬态响应测量技术光电化学方法研究缓蚀剂光电化学方法研究缓蚀剂谐被分析法研究缓蚀剂谐被分析法研究缓蚀剂载波器法研究油溶性缓蚀剂载波器法研究油溶性缓蚀剂穆斯尔谱方法研究缓蚀剂穆斯尔谱方法研究缓蚀剂MottSchottkyltulu图方法研究缓蚀

18、剂的电化学测试技术图方法研究缓蚀剂的电化学测试技术28第28页，本讲稿共34页2、常用、常用缓蚀剂介绍缓蚀剂介绍酸性介质缓蚀剂酸性介质缓蚀剂石石油油工工业业常常遇遇到到酸酸性性腐腐蚀蚀环环境境，如如井井下下油油管管表表面面酸酸化化处处理理，锅锅炉炉的的清清洗洗除除垢垢，集集输输管管道道中中的的油油气气由由于于含含有有H2S、H2O或或CO2等等物物质质。这这些些成成分分构构成成的的酸酸性性介介质质环环境境均均可可对对管管道道设设备备等等造造成成极极大大的的威威胁胁，采采用用缓缓蚀蚀剂剂防防护护是是切切实实可可行行的的防防护护方法。方法。29第29页，本讲稿共34页中性介质缓蚀剂中性介质缓蚀剂

19、冷却水、锅炉水、污水及中性盐类水溶液（如冷却水、锅炉水、污水及中性盐类水溶液（如海水等），均属中性介质，有机溶液也属中性介质。海水等），均属中性介质，有机溶液也属中性介质。在中性介质水溶液中的腐蚀，大部分都是由溶解氧在中性介质水溶液中的腐蚀，大部分都是由溶解氧引起的腐蚀，常采用氧化膜型引起的腐蚀，常采用氧化膜型和沉淀膜型缓蚀剂。和沉淀膜型缓蚀剂。常用的有铬酸盐类、聚磷酸盐、硅酸盐、锌盐、有常用的有铬酸盐类、聚磷酸盐、硅酸盐、锌盐、有机磷酸盐、有机磷酸脂类等。机磷酸盐、有机磷酸脂类等。30第30页，本讲稿共34页3、缓蚀剂在油气管道中的应用、缓蚀剂在油气管道中的应用 缓缓蚀蚀剂剂在在石石油油系系

20、统统应应用用范范围围十十分分广广泛泛，如如油油田田集集输输系系统统。注注水水系系统统、油油气气处处理理装装置置、工工业业循循环环水水冷冷却却系系统统等等。由由于于天天然然气气中中含含有有H2S、CO2、H2O等等有有害害成成分分，对对管管道道内内壁壁造造成成了了严严重重的的内内腐腐蚀蚀。我我国国输输气气干干线线曾曾多多次次发发生生管管道道的的爆爆炸炸、泄泄漏漏事事故故，造造成成巨巨大大经经济济损损失失。因因此此四四川川石石油油管管理理局局十十分分重重视视在在输输气气管管道道内内部部使使用用的的缓缓蚀蚀剂剂的的开开发发与与应应用用研研究究，并并成成功功地地应应用用于于输输气气管道的防护。管道的防

21、护。31第31页，本讲稿共34页输气管道应用的缓蚀剂输气管道应用的缓蚀剂CT2-2缓蚀剂缓蚀剂CT2-2型缓蚀剂属阴极成膜型有机缓蚀剂，棕褐色粘稠状液型缓蚀剂属阴极成膜型有机缓蚀剂，棕褐色粘稠状液体，有微胺味，溶于烃类，并能分散于水和盐水中。经过现场试体，有微胺味，溶于烃类，并能分散于水和盐水中。经过现场试验表明，验表明，CT2-2的缓蚀率在的缓蚀率在90以上，管道内壁的缓蚀速率由以上，管道内壁的缓蚀速率由0.78mma降到降到0.069mma以下。以下。CT2-2不仅适用于输气于线，还适用于天然气井、压气站等；不仅适用于输气于线，还适用于天然气井、压气站等；对对H2S、CO2等酸性气体腐蚀有

22、显著缓蚀功能。等酸性气体腐蚀有显著缓蚀功能。32第32页，本讲稿共34页GP-1缓蚀剂缓蚀剂GP-1型缓蚀剂是用于输气管道的酷胺型缓蚀剂，是一型缓蚀剂是用于输气管道的酷胺型缓蚀剂，是一种同时阻滞阳极、阴极过程的混合型缓蚀剂。挂片失重和种同时阻滞阳极、阴极过程的混合型缓蚀剂。挂片失重和线性极化法试验均证明了线性极化法试验均证明了GP-l型缓蚀剂在型缓蚀剂在NaCl-H2S-H2O介介质中对管道钢材具有较高的缓蚀功能，其缓蚀率可达质中对管道钢材具有较高的缓蚀功能，其缓蚀率可达90以上。同时现场试验证明其对点蚀和氢渗透的抑制能以上。同时现场试验证明其对点蚀和氢渗透的抑制能力较强，广泛适用于含硫油气井

23、及合硫天然气集输管线力较强，广泛适用于含硫油气井及合硫天然气集输管线。33第33页，本讲稿共34页输油管道应用的缓蚀剂输油管道应用的缓蚀剂当输油管道中存在当输油管道中存在H2S、CO2、Cl-及水等腐蚀性及水等腐蚀性介质时，采用缓蚀剂防蚀也是十分必要的。例如我介质时，采用缓蚀剂防蚀也是十分必要的。例如我国南海西部石油公司一条海洋集输油管线，内壁的国南海西部石油公司一条海洋集输油管线，内壁的腐蚀介质中含有腐蚀介质中含有H2S1700mg/L；CO22.5；Cl-16600mgL；操作条件为操作条件为60，1.31.5MPa。为。为抑制内腐蚀，抑制内腐蚀，CT2-4缓蚀剂经试验证明只需缓蚀剂经试验证明只需25mgL以上即可达到保护。以上即可达到保护。34第34页，本讲稿共34页