埋地钢质管道的腐蚀控制.ppt

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1、1,埋地钢质管道的腐蚀控制,河南省防腐工程有限公司2012年8月23日,2,埋地钢质管道在土壤中的腐蚀过程是典型的电化学腐蚀机制。由于金属材料、介质和环境条件差异，在管道金属表面不同部位形成了高低不同的电位、据此在金属表面产生了由分离的阳极区和阴极区组成的电化学原典电池。每一种腐蚀控制措施都有其适用范围和条件，对某一种腐蚀体系有效的措施，对另一种体系就不一定有效；在某一种条件下有效的措施，在另一种条件下可能是无效的，有时甚至可能是有害的。一般情况下，同时采用两种或多种服饰控制措施进行联合保护，其防腐蚀效果远比采用单一措施为佳。现在埋地钢质管道采用的腐蚀控制措施，一般就是采用防腐层和阴极保护的联

2、合技术。实践证明，这种联合保护技术是十分有效和成功的。,前 言,3,管道的腐蚀情况：过桥管,4,管道的腐蚀情况：机械损伤,5,管道的腐蚀情况：三通,6,管道的腐蚀情况：拐点,7,管道的腐蚀情况：入户立管,8,管道的腐蚀情况：异径管,9,一、什么是腐蚀,1、腐蚀的定义 金属与环境介质间的物理-化学相互作用，其结果使金属的性能发生变化，并常可导致金属、环境或由它们组成的作为部分技术体系的功能受到的损伤。材料在环境作用下引起的破坏与变质。金属与周围介质发生化学或电化学反应而导致的无谓消耗或破坏。从本质上讲：“冶金的逆过程”。,10,2、腐蚀的分类a、按腐蚀形貌分类 腐蚀：全面腐蚀（均匀腐蚀）和局部腐

3、蚀。局部腐蚀又可分为：点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀等。点蚀：发生在金属表面极为局部的区域内，造成洞穴或坑点，并向内部扩展甚至穿孔。若坑口直径小于点穴深度时称点蚀，反之称为坑蚀。,11,全面腐蚀（均匀腐蚀）,12,局部腐蚀：坑蚀,13,局部腐蚀：点蚀,14,2、腐蚀的分类b、按腐蚀机理分类 腐蚀分为：化学腐蚀和电化学腐蚀。电化学腐蚀又可分为：点偶腐蚀、缝隙腐蚀、浓差腐蚀、晶间腐蚀（选择性脱成分腐蚀）、应力腐蚀、磨损腐蚀-空泡腐蚀（氧蚀）、细菌腐蚀。杂散电流腐蚀。,15,空泡腐蚀,16,空泡腐蚀,17,杂散电流引起的腐蚀,18,A：不同土壤引起的腐蚀,19,B：地形起伏,20,C：新旧钢管

4、连接，新钢管腐蚀,21,D-1：浓差腐蚀（穿越公路）,22,D-2：浓差腐蚀（管道底部）,23,D-3：浓差腐蚀（穿越河流）,24,D-4：浓差腐蚀（土壤裂缝）,25,3、腐蚀的特点必要条件：1、存在不同电极电位的阳极区和阴极区。2、处在同一种电解质中。3、阳极、阴极区是电连接的。过程：阳极反应 MeMe2+2e 阴极反应 O2+2H2O+4e=4(OH)-次生反应 Me2+2(OH)-=Me(OH)2 特点：阴极反应和阳极反应不直接起反应，地点不同。阴、阳极反应通过电子传递建立物质平衡、电平衡。,26,4、金属腐蚀速度的表示方法 通常用失重法表示 V=(W0 W1)/S0t g/h V失重时

5、的腐蚀速度，g/h W0金属的初始重量，g W1除去腐蚀产物后金属的重量，g S0 金属的表面积,t腐蚀的时间，h,27,二、钢质管道的腐蚀控制措施,CJJ95-2003城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程中规定：3.0.1 城镇燃气埋地钢质管道必须采用防腐层进行外保护。3.0.2 新建的高压、次高压、公称直径大于或等于100mm的中压管道和公称直径大于或等于200mm的低压管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制系统。管道运行期间阴极保护不应间断。3.0.3 仅有防腐层保护的高压、次高压和公称直径大于或等于150mm的中压在役管道应逐步追加阴极保护系统。6.1.6 新建管道的阴极保护设计、施

6、工应与管道的设计、施工同时进行，并同时投入使用。,28,1、防腐层保护 定义：防腐层保护就是采用物理的、化学的和机械的方法在金属表面覆盖一层致密无孔、均匀完整、与基体结合牢固的耐蚀材料，以达到或减缓腐蚀、保护基体金属的目的。管道防腐层应符合国家现行标准的规定，应具备下列性能：1）有效的电绝缘性能：新建埋地管道防腐层的绝缘电阻率一般不应小于10000。2）有良好的防潮、防水性。3）有较强的机械强度：有一定的抗冲击强度和硬度；有良好的耐弯曲性；有较好的耐磨性。4）防腐层对钢铁表面有良好的粘结性。5）防腐层的材料和施工工艺对母材的性能不应产生不利影响。6）有良好的抗阴极剥离性能。7）应有良好的耐化学

7、性和抗老化性。8）防腐层损伤后易于修补。9）应易于修复。,29,防腐管下沟前必须对防腐层进行外观检查;下沟时必须进行防护，发现缺陷后应进行修复；修复和补口应使用与原材料相容的材料。防腐管下沟后的回填应符合标准城镇燃气输配工程施工及验收规范。,30,2、阴极保护,1)、阴极保护的含义 阴极保护：通过降低腐蚀电位，使管道腐蚀速率显著减小而实现电化学保护的一种方法。满足条件：阴极保护技术是通过改变体系中电化学电池的组成结构、调整氧化反应和还原反应在阴极和阳极上的分布，来实现对被保护金属（阴极）实施阴极保护目的。因此，就要求腐蚀介质必须是电介质体系，以便建立起一个完整的电流回路；要求被保护金属表层尽可

8、能施涂优质、绝缘的防腐层，以最大程度地降低阴极保护需要量；要求采用电绝缘装置，以使被保护结构物与非保护结构物严格电绝缘，防止有效保护电流的流失；还要求被保护结构物，尤其是管道，具有良好的整体电连续性。,31,2）、阴极保护原理a、腐蚀的过程 腐蚀电池：阳极区在原电池电动势驱动下发生了金属的氧化反应，金属原子转变为金属离子进入环境土壤溶液中，阴极区则发生了氧化剂的还原反应：Fe Fe2+2e 2H+2eH2（酸性溶液中）O2+4H+4e2H2O（酸性溶液中）O2+2H2O+4e4OH（中、碱性溶液中）当阳极与阴极实现了电荷平衡，金属就达到了某种稳定状态，表现为有一个稳定的电极电位和金属氧化反应速

9、度，即腐蚀速度。,32,b、极化过程：腐蚀电流的产生将导致金属表面原来的起始状态下的电极电位产生了偏移，这就是极化。也就是说，在腐蚀电池中的两种导体金属和电介质，通过其接触面的电极反应（氧化和还原反应），构成了一个闭合的电流回路。很显然，在这一回路中电子的迂移速度，要远大于电极反应的速度。因此，腐蚀原电池的阳极和阴极表面的电荷分布状况，肯定会发生变化。这都会偏离原来起始状态下的平衡值，即极化是必然要产生的。极化的结果，使腐蚀原电池阳极的电位向正的方向偏移，而阴极的电位向负的方向偏移，从而使腐蚀原电池的起始电位差变小，腐蚀电流降低。,33,由于金属本身的电化学不均匀性,或由于外界环境的不均匀性,

10、都会形成微观或宏观的腐蚀原电池.当采用外加电流极化时,原来腐蚀着的微电池就会由于外加的电流作用,电极电位发生变化,此时腐蚀电流减小。,34,阴极保护可用E-pH图来说明：,35,金属继续极化到更负的电位后，此时的外加电流使原来的腐蚀电池的微电池作用完全受到抑制。消除了被保护金属体表面的电化学不均匀性，阴极极化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护金属体表面只发生得电子的还原反应，金属不再发生氧化丢电子的反应，腐蚀也不再发生。从上图可知，通过外加电流的阴极极化，将铁的电位降低、移至免蚀区。从而铁得到保护。,36,阴极保护技术根据提供直流电的方法分为：牺牲阳极法和外加电流法。牺牲阳极法在电解质中用

11、一种电极电位比较负的金属或合金与被保 护结构连在一起，依靠他不断腐蚀产生 的电流来保护该金属结构的技术。外加电流法利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止金属腐蚀的技术。,3）阴极保护实现方法,37,4）阴极保护实现方法优缺点比较,38,强制电流法,强制电流法保护也称之为外加电流法，即通过施加外部电源，对管道进行阴极极化而实施的电化学方法。施加的外部电源类型：a、整流器；b、可控恒电位仪、c、其他形式的能源（直流发电机组、硅太阳能电池、风力发电机、热电发生器等）。辅助阳极类型：a、废钢材、铸铁阳极；b、高硅铸铁阳极；c、石墨阳极；d、磁性氧化铁阳极等。,39,深井阳极施工现场（）,40,深井阳极

12、施工现场（）,41,深井阳极,42,牺牲阳极法,（1）定义：牺牲阳极：与被保护管道偶接而形成的电化学电池，并在其中呈低电位的阳极，通过阳极溶解释放负电流以对管道实现阴极保护的金属组元。（2）作为牺牲阳极材料的金属：Mg、Al、Zn等。（3）牺牲阳极的选用,43,44,牺牲阳极的安装现场,45,带状阳极的安装现场,46,（3）保护准则 GB/T21447-2008钢质管道外腐蚀控制规范以及GB/T21447-2008埋地钢质管道阴极保护技术规范中均明确规定了燃气管道在阴极保护情况下的保护准则。如前者规定如下：a、在施加阴极保护时，管道阴极保护电位（即管/地界面极化电位）应为-850mV（CSE）

13、或更负。测量电位时应考虑消除IR降的影响。b、在阴极保护极化形成或衰减时，测得被保护管道表面与土壤接触、稳定的参比电极之间的阴极极化电位差值不应小于100mV。c、在厌氧菌等其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为-950mV或更负。,47,4）阴极保护的主要装置a、测试桩：用来测量管道阴极保护参数的永久性装置，也称为监测站或检查头。主要有桩体、测试接线板、测试导线和铭牌组成。常见的测试桩又分为电位测试桩、电流测试桩或兼具电位电流测试功能的测试桩。桩体的材料有钢管桩、水泥桩、塑料桩和其他材料等。测试桩位置常埋设参比电极。测试桩的位置应根据燃气管道的分布和不同的阴极保护装置，应能保证取得足够的

14、阴极保护数据。,48,水泥桩 钢管桩,49,不锈钢桩 塑料桩,50,长效参比电极,51,b、检查片 检查片可用来对管道阴极保护效果的测试。检查片是为了定量测量阴极保护效果而在管道沿线典型地段埋设的与被保护管道相同材质的钢质试片。检查片一般成对埋设，一组与施加了阴极保护的管道相连，另一组不与管道相连且未实施阴极保护。经过一定的时间间隔后，经开挖、清洗、称重后采用失重法计算出管道实施阴极保护后的保护度。检查试片的规格、大小及称重的精度和地下埋设的间距应遵守相关规范进行，不应随便加大埋设量。,52,c、绝缘装置及接地电池 电绝缘和电连续性都是阴极保护体系必不可少的先决条件。管道应与保护电池以外的任何

15、金属结构实现电绝缘。电绝缘的含义：为使管道具有经济的保护电流密度，管道外表面应具有呈良好电绝缘性能的防腐绝缘层，为了使管道内的阴极保护电流不向系统外流失，要在管道与其他金属构筑物、低电阻接地体保持电绝缘，也就是不能产生短路。这是因为所有连接可能使保护电流通过这些装置或设备流失到土壤或水中，那么管道的阴极保护就会受到削弱或失效。所以在阴极保护领域常常有这样的说法：“没有绝缘就没有保护。”因此要在管道上设立绝缘法兰、绝缘接头、绝缘垫块。,53,三、埋地管道阴极保护系统的运行和管理 阴极保护工程应与被保护管道同时设计、同时施工、同时投产。一旦投入使用，就应该加强系统的运行管理，以确保阴极保护系统持续

16、有效，及时发现和处理系统工作过程中的各种异常现象并排除故障。检测周期 牺牲阳极阴极保护系统检测每年不少于2次;电绝缘装置检测每年不少于1次;检测内容阳极开路电位阳极闭路电位管道开路电位管道保护电位单支阳极输出电流组合阳极联合输出电流单支阳极接地电阻组合阳极接地电阻埋设点的土壤电阻率,54,时间间隔要求投产测试应在埋地10天以后进行；管理测试应每年进行2次；日常管理，应在每月进行一次保护电位测试，并对地面设施进行观察和维护。阴极保护失效区域应进行重点检测，出现下列故障时应及时排除。管道与其他金属构筑物搭接；绝缘失效；阳极地床故障；管道防腐层漏点；套管绝缘失效。阴极保护系统投入运行的第一年应进行保

17、护度考核，此后应每三年进行一次。,55,56,1、阳极开路电位、阳极闭路电位、管道开路电位测量,测试方法：采用近参比法或地表法测量，测量工具：万用表，硫酸铜参比电极。,57,（1）、阳极未与端子连接之前测量端子1和6以及4和6，得出阳极开路电位；测量端子5和6，得出管道开路电位。（2）、阳极连接后测量1或4或5和6，得出阳极闭路电位。注意：阳极连接头不一定在端子1、4，管道连接头也不一定在端子5，具体要看接线情况。（下同）,58,2、保护电位测量,采用近参比法或地表法测量，测量工具：万用表，硫酸铜参比电极。,59,3、单支组合阳极输出电流,方法：采用直测法。测量工具：万用表。,60,（1）、采

18、用万用表直流档测量。将端子1、4、5之间的连接片断开，分别测量端子1和5，4和5，得出阳极输出电流。（2）、采用万用表直流档测量。将端子4、5之间的连接片断开，测量端子1和5或4和5，得出组合阳极输出电流。,61,4、单支阳极接地电阻，组合阳极接地电阻,阳极接地电阻采用接地电阻测量仪测试。测量牺牲阳极接地电阻之前，必须将牺牲阳极与管道断开。按下图测量：,62,按上图所示的接线沿垂直于管道的一条直线布置电极，d13约40m，d12约20m左右。,63,5、埋设点土壤电阻率测量,采用等距法测量。测量仪器：Zc-8测量仪。,64,从地表至深度为a的平均电阻率，采用四极法。按上步骤测量后得出电阻值，按=2aR计算可得。,65,6、埋设接地电池处参数测量,主要测量电位值，测量工具：万用表，参比电极。（1）、电位值：连接情况下采用测量电位方法分别测量绝缘接头两端的电位值。若有不同，可知绝缘接头绝缘性能良好。（2）、断开连接片，可分别测量锌接地电池的开路电位。注意：锌开路电位值与镁阳极电位值有所不同。,66,适用标准：GB/T21448-2008埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T21447-2008钢质管道外腐蚀控制规范 GB/T21246-2007埋地钢质量管道阴极保护参数测试方法 CJJ95-2003城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程,