天然气集输系统腐蚀原因及防护措施.ppt
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1、天然气集输系统腐蚀原因及预防措施,第一部分:腐蚀概述第二部分:集输管网的腐蚀与阴极保护第三部分:集输管网的日常管理与维护第四部分:气井油管腐蚀与建议措施,1 腐蚀现象及危害,2 腐蚀的定义和分类,3 腐蚀科学的任务和内容,腐蚀概述,腐蚀现象及危害腐蚀现象人们对腐蚀的认识:最早是从腐蚀产物感性地认识到腐蚀的存在。从棕黄色的“铁锈”Fe2O3nH2O及“铜绿”Cu2(OH)2CO3,碱式碳酸铜 分别认识了铁与铜的腐蚀。,码头上浮船及锚链的腐蚀,水中打捞的摩托车的锈蚀状况,某居民楼水管腐蚀状况,管道内的腐蚀状况,管道内壁腐蚀,下水道局部腐蚀状况,酸雨腐蚀的文物雕像表面,硫酸车翻倒,300米路面遭到腐
2、蚀,使用5年的燃气灶火嘴,放在南极已差不多90年食品罐头,腐蚀危害(简单的说一下)一些局部腐蚀,如孔蚀、应力腐蚀、破裂等,常常是突发性的,可能引起事故,造成意外的危险。腐蚀还对环境产生很大的影响:设备和管道因腐蚀而泄漏,有毒有害物料进入大气、土壤和水源,既污染了环境又造成生产原料浪费。为了减轻腐蚀,保护设备,使用某些涂料和缓蚀剂(如水处理中的铬酸盐、聚磷酸盐),这对环境有害。当腐蚀导致失火、爆炸、桥梁坍塌、飞机坠毁、核反应堆泄漏等重大事故,其后果更是灾难性的。,警示:,重庆晚报 2004年4月16日,70万吨废铁锈透龙水镇,报道:大足县龙水镇号称全国最大的废旧金属交易中心,全国各地的生锈废铁源
3、源不断涌到这里,年交易量达70多万吨,相关交易额14亿元。生锈废铁在创造巨大经济效益的同时,也给龙水发展环境带来巨大难题老百姓不愿在镇里购房安家,投资者不愿在此投资。走进龙水镇废旧金属交易市场,记者首先感到铁锈的无孔不入。各种各样的锈蚀废铁杂乱堆在一个个门面前,有的弯曲如麻花,有的像稻草。地上淌着铁锈染黄的脏水,空气中弥漫着浓烈的锈腥味道,经营者衣服上,也沾满铁锈痕迹。更多的铁锈没有飘在空中,而是侵入到地下。10多名经营户因为担心铁锈污染了自来水,自己花钱打了井,然后用水泥把井口封死,只留一个抽水的洞口。但,从这些井里抽上来的水依然有一股淡淡的腥味。环保专家为此担心,井水重金属超标。,阻碍新技
4、术的发展一项新技术、新产品的产生过程,往往会遇到需要克服的腐蚀问题,只有解决了这些问题,新技术、新产品、新工业才得以发展。比如,不锈钢的发明和应用大大促进了硝酸和合成氨工业的发展。,自然资源的巨大消耗 地球上只有一层薄薄的外壳储藏着可用的矿藏,金属矿的贮量是有限的,腐蚀使金属变成了无用的、无法回收的散碎的氧化物等。例如,每年花费大量资源和能源生产的钢铁,有40%左右被腐蚀,而腐蚀后完全变成铁锈不能再利用的约为10%。按次计算,我国每年腐蚀掉的不能回收利用的钢铁达1000多万吨,大致相当于宝山钢铁厂一年的产量。因而会加速自然资源的损耗,这是不可逆转的。,腐蚀的定义:材料腐蚀是材料受环境介质的化学
5、作用而破坏的现象。或者:材料腐蚀是材料受环境介质的化学或电化学作用而破坏的现象。,一 腐蚀类型1.依据环境介质划分(1)自然环境腐蚀(2)工业环境腐蚀 两者还可以根据具体介质特性在细分,比如,自然环境腐蚀可分为大气、土壤、海水腐蚀三种。,2.依据受腐蚀材料的类型划分(1)金属腐蚀(2)非金属材料腐蚀3.依据腐蚀机理划分(1)化学腐蚀(2)电化学腐蚀(常见的:析氢腐蚀和吸氧腐蚀),1.按腐蚀形态分类(1)全面腐蚀,腐蚀分布在整个金属表面上,可以是均匀的,也可以是不均匀的。如碳钢在强酸中发生的腐蚀即属此例。均匀腐蚀的危害性相对较小,因为若知道了腐蚀的速度,即可推知材料的使用寿命,并在设计时将此因素
6、考虑进去。,(2)局部腐蚀(LocalizedCorrosion)腐蚀主要集中在金属表面某一区域,而表面的其他部分几乎未被破坏。常见的几种局部腐蚀如图1所示:,常见的局部腐蚀有几种:小孔腐蚀,电偶腐蚀,氢脆,应力腐蚀破裂 晶间腐蚀等,碳钢在氯离子存在的情况下发生的点蚀是比较典型的局部腐蚀。,附:,由于腐蚀电位不同,造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀,就是电偶腐蚀(galvanic corrosion),亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。氢脆:在高温、高压下分子氢部分分解成原子氢,或者在湿酸性腐蚀环境中经过电化学反应生成氢原子,这些氢原子渗透到钢内部后,使钢晶粒间原子结合力降低,表现为钢材的延伸率、
7、断面收缩率降低,强度也发生变化,这种现象叫氢脆。氢脆也可以算是腐蚀的一种。氢在常温常压下不会对钢产生明显的腐蚀,但当温度超过300和压力高于30MPa时,会产生氢脆这种腐蚀缺陷,尤其是在高温条件下。,重点,金属腐蚀1、化学腐蚀 2、电化学腐蚀(形成原电池):析氢腐蚀和吸氧腐蚀 一般情况下,金属的电化学腐蚀更为普遍,A、金属的化学腐蚀:金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。,特点:反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。,B、电化学腐蚀:不纯的金属或合金与电解质溶液接触,会发生原电池反应,比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。,原电池:将化学能直接转变成电能的装置。即:是利用两个电极之间
8、金属性质的不同,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。,电解质与非电解质,1、电解质:定义:溶于水或融化状态下能导电的化合物。物质种类:酸、碱和大多数的盐 能否导电:能 例如:硫酸、氢氧化钠、氯化钠、盐酸、2、非电解质:溶于水或融化状态下不能导电的化合物。种类:大多数有机化合物。能否导电:不能例如:酒精、蔗糖 二氧化碳,氨 等。,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示意图,4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较,Fe2O3 nH2O,(铁锈),通常两种腐蚀同时存在,但以后者更普遍。,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈酸性
9、。,水膜呈中性或酸性很弱。,电极反应,负极Fe(-),Fe-2e=Fe2+,2Fe-4e=2Fe2+,正极C(+),2H2O+2e=H2+2OH,O2+2H2O+4e=4OH-,总反应:,Fe+2 H2O=Fe(OH)2+H2,2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,联系,原理:,形成原电池反应时,让被保护金属做正极,不反应,起到保护作用;而活泼金属反应受到腐蚀。,1、牺牲阳极保护法,二、金属的电化学保护,相互关系:往往同时发生,电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。,所谓牺牲阳极,就是用电位更负的金属(如锌、铁、铝等)作为辅助阳极,与被保护的地
10、下管路连接,形成一个新的腐蚀电池,使原来存在于管路上的腐蚀电池的电流方向改变。由于管路上原来的阴极和阳极的电位相对于外加的辅助阳极来说更正一些,所以整条管路(或部分管段)变为阴极,辅助阳极成为新阳极,电流从新阳极流出,经土壤流入地下管路,再经导线流向辅助阳极,这样,后者代替了管路受腐蚀,因此,称其为牺牲阳极。,牺牲阳极的阴极保护法示意图,牺牲阳极保护的优点,1)构造简单,施工、管理简单方便,保护作用可靠。2)不需要外加电源。3)对管路附近未受到保护的地下金属构筑物的影响小。牺牲阳极保护的缺点1)保护距离短,由于电位差的限制,最大保护距离只有几公里,当土壤电阻率较高时,保护距离更短。2)阳极消耗
11、量大,有色金属消耗大。因此,牺牲阳极保护使用于管路附近没有电源、土壤腐蚀性强、电阻率低、不变维护管理、要求保护作用必须十分可靠及附近地下金属构筑物很多的个别地段。,2、外加电流法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极,使被保护的金属作为阴极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。,即:将被保护金属作为电解池的阴极,另一导电物质作为阳极,在外加直流电的作用下使阴极得到保护。,管路的外加电流阴极保护就是在金属管路上通以电流,使之阴极化,电位向负移。这样,在管路上的原腐蚀电池的阴极和阳极之间的电位差就逐渐减小,腐蚀速度下降。如果把金属管路极化到与
12、原腐蚀电池的初始电位相等,则管路就得到了完全保护。,外加电流阴极保护的优点,能供给较大的保护电流,保护距离长,保护的电压和电流可以大幅度调节,适用范围广。对于苛求的腐蚀条件、高电阻率的土壤环境、较大管径的管道等,均可先用外加电流进行防腐。外加电流阴极保护的缺点 1)需要外加电源。2)建设费用和维护费用比较高。3)对邻近的地下金属构筑物有干扰。,在化学、电化学腐蚀中,根据介质的不同可分为:,在上述五种介质中,还会有其它因素影响到腐蚀的发生,形成如下五种其他因素作用下的腐蚀类型:,在气体、液体、土壤等五种介质中,在外部电流、应力、生物作用等因素影响下的腐蚀:,一、管网的腐蚀机理:在油气田的开发生产
13、中,地面集输系统及各种工艺设备都会遭受严重的腐蚀,造成巨大的经济损失,中原油田在1993年做过统计,生产系统的平均腐蚀速率高达1.5-3mm/a,点蚀速率高达5-15mm/a。生产系统、管线、容器腐蚀穿孔8345次,更换管道590多公里,直接经济损失7000多万元,间接经济损失近2亿元。就天然气集输管网而言,主要是因为防腐层的破损、老化失效等原因造成管道与腐蚀介质接触,发生电化学反应而产生腐蚀,第二部分:集输管网的腐蚀与阴极保护,腐蚀过程:主要是以析氢反应和吸氧反应为主 2H+2eH2 O2+2H2O+4e4OH-Fe 3e Fe3+,一、管道防腐方法1.1外壁腐蚀方法及材料:(1)选用耐腐蚀
14、材料制管(抗腐蚀钢材)(2)金属防腐层(镀锌、喷铝)(3)涂层油漆、有机化合物(沥青、塑料、树脂等)、无机化合物(水泥、石棉、法琅等)(4)改善环境(埋地改成架空)(5)电法保护阴极保护(外加电流、牺牲阳极)电蚀防止法(排流保护等),1.2 外壁腐蚀方法:A、防腐绝缘层:将防腐涂料均匀致密地涂在除了锈的金属管道表面,使其与各种腐蚀介质隔绝,切断电化学腐蚀电路,从而达到防腐的目的。常用的十大材料:沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯、环氧树脂、焦油环氧、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯和丁基橡胶。,B、防腐蚀涂层 用无机或有机胶体混合物溶液或粉末,通过涂敷或其他方法覆盖在设备及管线的表面,经过固化,在设备及管线表面形
15、成一层保护薄膜,使金属设备及管线表面免受外界环境的腐蚀。一般选用红丹防绣底漆、磷化底漆、面漆用磁漆调和漆等C、阴极保护(牺牲阳极和外加电流),2、内壁腐蚀方法及材料:(1)选用耐腐蚀材料制管(塑料衬里 等)(2)涂层(塑料、树脂等)(3)缓蚀剂(4)脱出介质中的有害物2.2内壁防腐方法:A、内涂层防腐(材料:聚乙烯、环氧树脂、烧结酚醛、烧结聚乙烯、环氧酚醛)B、缓蚀剂防腐C、脱出输送介质中的有害物。,二、金属的保护方法 常用的防止金属腐蚀的方法有:1、正确的选择金属材料。如大气腐蚀严重的地区选择低合金钢,酸性环境严重地区选择经过特殊处理的碳素钢、低合金钢,奥氏体不锈钢等 2、合理的使用覆盖层:
16、如对管道进行沥青防腐,工艺设备涂刷防腐涂料、设备进行内衬处理、采用三层PE防腐等。3、对腐蚀介质进行处理:脱除水中的氧气、天然气的脱硫装置等 4、添加缓蚀剂:如现在我们厂使用的气井环蚀剂 5、阴极保护:可分为牺牲阳极阴极保护,或外加电流阴极保护,三、阴极保护,阴极保护是目前国内外公认的经济有效的防腐蚀措施。分为牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护,在研究和实验中发现,当两中电位不同的金属连接在一起的时候,放置于同种介质中,电位较低的金属发生的腐蚀速度加快,而电位较高的金属得到了保护。在钢制管道或设备上常用的牺牲阳极有:镁阳极、铝阳极、锌阳极等。由于牺牲阳极在反应中逐渐被消耗,金属离子不断的溶解在周
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