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1、管道防腐专业基础知识培训 北京输气管理处-刘 卿,培训目的,理解金属腐蚀与控制原理 掌握埋地管道外腐蚀防护的方法 掌握三层PE防腐层结构 理解管道阴极保护原理 掌握外加电流阴极保护系统结构 掌握管道阴极保护准则 掌握管道电位测试方法,第一章：金属腐蚀与控制原理 第二章：管道外涂层系统 第三章：管道外加电流阴极保护系统 第四章：管道阴极保护测试,第一章：金属腐蚀与控制原理,金属腐蚀的定义 腐蚀电池 金属电化学腐蚀热力学 金属电化学腐蚀动力学 金属腐蚀的分类 埋地管道的外腐蚀 金属腐蚀的控制途径 埋地管道外腐蚀防护的方法 管道防腐蚀保护示意图,金属腐蚀是金属和周围环境发生作用而被破坏的现象。它是一
2、种自发进行的过程，给人类带来的经济和社会危害极大。例如：金属构件在大气中生锈；化工生产中，金属设备与腐蚀性强的介质接触，尤其在高温、高压和高流速的条件下，造成设备生锈、老化、变形等现象。,金属腐蚀,思考：大家都知道，铁放在潮湿的空气中一段时间会生锈，谁知道这是为什么？,铁生锈是铁与空气中的氧气和水接触，发生化学反应，而产生的一种化学腐蚀。 4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3H2O 铁失去电子被氧化；氧得到电子被还原。,金属腐蚀的定义,腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。腐蚀是一种化学过程，而且大多都是电化学过程，伴随着氧化-还原反应的发生。 金属的化学腐蚀：金属跟
3、接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。 金属的电化学腐蚀 ：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。 腐蚀的本质：金属发生氧化-还原反应。,腐蚀原电池电化学腐蚀的前提,金属回路：连接阴极和阳极的任何金属； 阴极：被保护的部分，得电子； 阳极：被腐蚀的部分，自身失去电子； 电解质：导电介质。,金属电化学腐蚀热力学,金属从矿石（金属氧化物）中提炼出来需要很大的能量，使其处于一个高能级状态。 热力学的一个规律是：材料总是趋向于以最低能量状态存在。 因此，多数的金属处于热力学不稳定状态，具有寻求低能量状态的倾向，如形成氧化物或其他化合物。 金属转化成低
4、能量氧化物的过程就是腐蚀。,金属电化学腐蚀动力学,金属在电解质中受自身材质、电解液种类、电解液浓度、温度、PH值等影响其电极电位不相同。 当这些金属在电解液中作为腐蚀电池的阴、阳极时会产生电位差，引起腐蚀电池中的电流流动，即腐蚀电流。 腐蚀的驱动力是电极电位差,碳-铁电池在中性土壤中的腐蚀图,金属腐蚀的分类,按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀 按腐蚀破坏的形貌特征分类：全面腐蚀、局部腐蚀 按腐蚀环境分类：大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀以及化学介质中的腐蚀。,埋地管道的外腐蚀,钢在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。 由于钢管的材质不同；土壤环境中的透气性、含水量、酸度、含盐量、电阻率、氧气浓
5、度等不同，使得管道在土壤中的电位不同，从而在管道表面形成阴、阳极，驱动腐蚀的发生。管道是金属回路、土壤是电解质。,钢铁表面的微小原电池示意图,阳极（Fe）：Fe - 2e = Fe2+ 阴极（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH- 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（铁锈）,金属腐蚀的控制途径,正确选用耐腐蚀材料 合理的防腐设计（结构设计、工艺设计） 电化学保护（阴极保护、阳极保护） 介质处理（脱硫、脱水、添加缓蚀剂） 金属表面覆盖层（金属与腐蚀性介质隔离）,埋地管道外腐蚀防护的方法,采用外涂层和施加阴极保护是管道外腐蚀防护的主要手段 尽管管道的绝大多数表面都被涂层有
6、效地保护着，但是在漏点处或是剥离区中将会产生较高的腐蚀速率，很可能导致穿孔或开裂。所以埋地管线的涂层系统少有不与阴极保护共同使用的。 阴极保护分类：牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。 目前陕京管道常采用外加电流阴极保护的方式。,管道防腐蚀保护示意图,金属 + 土壤 腐蚀,金属 + 土壤 腐蚀,涂层 将金属与土壤隔离开,整流器 将交流电流转变成 脉动直流电流,通过涂层以及阴极保护系统，最终形成一个完整的管道保护系统。,第二章：管道外涂层系统,涂层 常用外涂层种类 三层PE防腐层,涂层,涂层的用意是要在金属表面上形成一层绝缘材料的连续覆盖层，将金属与其直接接触的电解质之间进行绝缘（防止电解质直接
7、接触到金属），即设置一个高电阻使得电化学反应无法正常发生。 现实中，所有的涂层，不论总体质量如何都存在空洞（通常称为不连续点）被称做漏点，这些漏点一般是在涂敷、运输或者安装过程中产生的；使用过程中，涂层漏点一般是由于涂层老化、土壤应力或是管道在土壤中移动而产生的，有时也可能来自未被及时发现的第三方破坏。,管道常用外涂层种类,三层PE防腐层,陕京管道埋地干线防腐采用三层PE防腐涂层，其结构为： 底层：熔结环氧底层,厚度100m； 中间层：共聚物热熔胶厚度170250m； 外层（背层）：聚乙烯防腐层,厚度3.0或3.7mm。 根据德国调研数据,三层PE涂层的使用寿命在30年以上，是一种性能优异的外
8、防腐涂层。从强度方面考虑，三层PE分为普通型和加强型（穿跨越段），普通型涂层总厚度为3.0mm左右，加强型涂层总厚度超过3.7mm。,三层PE结构示意图,外加电流阴极保护原理 外加电流阴极保护系统示意图 外加电流阴极保护系统的构成 阴极保护准则,第三章：外加电流阴极保护,外加电流阴极保护原理,对被保护金属施加负电流，通过阴极极化使所有阴极点的电位都达到了最活泼阳极点的开路电位时，结构物上的腐蚀就停止了。,外加电流阴极保护系统示意图,直流电源的正极连接辅助阳极，负极连接需要保护的构件（管道）。 电流从辅助阳极流出，经电解质到达管道表面（破损处），再流回电源的负极。,外加电流阴极保护系统的构成,电
9、源：外加电流阴极保护电源分为：整流器和恒电位仪两种。 整流器：是一种将交流电转变为直流电的装置。由变压器、整流元件、滤波器、控制单元等组成，它机构简单、易于安装、操作维护简便，工作稳定、适应性强。 恒电位仪：广义地说，恒电位仪也是一种整流器。它是一种能自动地控制管道电位恒定的电子仪器。它有一个控制电位和一个保护电位，恒电位仪的作用就是控制输出使保护电位和控制电位达到一致。若保护电位偏正则增加输出，若保护电位偏负则减小输出。,PC-1A型恒电位仪,阴极保护整流器,外加电流阴极保护系统的构成,辅助阳极（也称惰性阳极）一般由高硅铸铁、铂钛或贵金属氧化物和填埋料（通常为焦碳）组成；阳极寿命应尽可能长，
10、选择合适的数量并埋在土壤电阻率低的位置以降低阳极接地电阻。 辅助阳极地床是阴极保护站重要的辅助设施，通常阳极地床型式可分为深井和水平连续浅埋两种形式，阳极材料采用贵金属氧化物或加铬高硅铸铁等。 阴极（即管道）,外加电流阴极保护系统的构成,连接电缆：功能是将上述各部分组件，按照技术要求连接成完整的保护系统。 电缆类型： 阳极电缆 阴极电缆 零位接阴电缆 参比电缆 接地电缆,阴极保护正常运行的其它必要设施,参比电极 ：是测量被保护结构物电位的半电池（大家都知道结构物的电位值无法测量，只能通过与某个标准比较才能得出相对电位，参比电极就是这个标准）。管道上最常用的参比电极是铜/硫酸铜参比电极。结构为一
11、根较粗的铜棒用做电极体，浸入饱和硫酸铜溶液。它分为便携和长效两种。长效参比一般埋设在通电点和测试桩附近用于测量管道电位。,阴极保护正常运行的其它必要设施,测试桩： 为了确认已经按照适用准则建立起符合要求的阴极保护，以及阴极保护系统的所有部分都正常运行，进行电性能测量和检测是十分必要的。测试桩是用来测定埋地管线的阴极保护状况以及进行腐蚀控制相关的其他测试工作的最好途径。 测试桩根据其功能，其类型为电位测试桩、电流测试桩、绝缘接头测试桩、牺牲阳极测试桩和穿路套管测试桩等。,阴极保护正常运行的其它必要设施,绝缘件：在长输管线中，绝缘接头用来断开被保护管道和与之相连的某些装置、设备、支路的电连接，避免
12、阴级保护电流散失到不需要保护的相连部件上，以保证阴极保护技术的成功。是管道阴极保护系统中不可缺少的重要管件。在分输站的进出站、阀室放空管、阀室内接地处均设有绝缘接头。,电位变送器：电位传送器可将埋地金属管道的管地电位信号(-30V)隔离变换成标准工业信号（420mA）输出，便于站控系统进行数据采集和处理。在大部分的阀室内均有电位传送器，用于传送管道电位。,阴极保护准则,我们如何知道埋地结构获得了充分保护？ 最常用的准则是电位准则，也就是测量管道与地之间的电位。 1、在施加阴极保护时，测得的管道相对饱和硫酸铜参比电极（简称CSE）电位达到-850mV或更负， 2、阴极保护状态下管道的极限保护电位
13、不能比-1200mV（CSE）更负。 3、以上测量电位时应消除IR降的影响。 IR降：根据欧姆定律，由于电流的流动在参比电极与金属管道之间的电解质（土壤）内产生的电压降。 防腐工程师需要定期进行测量和检测，以便及时发现管道阴极保护状况的变化。,第四章：管道阴极保护测试,管道电位测试 交流干扰电压测试 工器具的维护和保养 安全,管道电位测试,测量时应将测试桩接线口锈蚀除掉，露出金属本色。 将饱和Cu-CuSO4参比电极直立放置管道顶部地面土壤中，若土壤干燥需浇适量水。 万用表负极（黑表笔）接参比电极，正极（红表笔）接测试点，数字万用表选择直流2V档。 测量时应保持半分钟以上，待万用表示数稳定后再
14、读数；如不能稳定则读其平均数，读数取小数点后面两位。 用长效参比电极测量保护电位与上述方法基本相同，只是万用表负极（黑表笔）接长效参比电极测试点即可。 测得电位值比-850mV更负为合格。,交流干扰电压测试,测量时应将测试点锈蚀除掉，露出金属本色； 将钢棒电极直立打入垂直距离管道10米的土壤中，若土壤干燥需浇适量水； 万用表负极（黑表笔）接钢棒电极，正极（红表笔）接测试点，数字万用表选择交流20V档，读数取整数； 测量时应保持半分钟以上，待万用表示数稳定后再读数；如不能稳定则读其平均数； 测得电压值，一般15V以下为合格。,工器具的维护和保养,万用表： 万用表长期不用需将电池取出，避免电池漏液
15、。 每年需要利用电位差计对万用表进行一次校准。 参比电极： 由于参比电极的渗透膜较脆弱，因此在使用过程中一定要避免摔碰。 硫酸铜溶液一定要饱和。（溶液中始终有未溶解的硫酸铜晶体）。 配制硫酸铜溶液时一定要用蒸馏水。 长期不用参比电极应把硫酸铜溶液倒掉，等用时再重新配制。,安全,阴保机操作： 操作前检测阴保机外壳是否存在危险电压（小于36V） 。 不要接触暴露的接线端子。 电位测试： 对于可能存在交流电压的管道，应首先测量交流电压（应低于15V）。 测量接线应采用绝缘线夹，以避免与未知高压电接触。 测量操作中应首先接好仪表回路，然后再连接被侧体，测量结束时，按相反的顺序操作，并执行单手操作法。 雨天严谨进行各项阴保测试工作。,本次培训回顾,金属腐蚀的本质是什么？ 管道腐蚀的防护措施有哪些？ 阴极保护的电位准则是多少？ 阴极保护系统的主要组成有哪些？,培训结束，谢谢大家！,