防腐技术讲解.pptx
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1、油田注水管线的碳酸钙油田注水管线的碳酸钙/碳酸镁垢碳酸镁垢(当流速偏高时,垢分布不均匀)(当流速偏高时,垢分布不均匀)第1页/共53页1.1.材料与腐蚀材料与腐蚀 2.2.金属电化学腐蚀与控制原理金属电化学腐蚀与控制原理3.3.防腐层应用防腐层应用4.4.阴极保护技术阴极保护技术5.5.腐蚀监检测技术腐蚀监检测技术 6.6.腐蚀控制技术的发展腐蚀控制技术的发展第2页/共53页一、一、材材 料料 与与 腐腐 蚀蚀 1.腐蚀的定义腐蚀的定义腐腐蚀蚀是是指指材材料料与与其其所所处处环环境境介介质质之之间间发发生生作作用而引起材料变质、破坏和性能恶化的现象。用而引起材料变质、破坏和性能恶化的现象。材料
2、是指具有满足指定工作条件下使用要求的材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质,是组成生产工具的物质基形态和物理性状的物质,是组成生产工具的物质基础。础。腐蚀腐蚀定义包含所有的自然存在的和人造的材料。定义包含所有的自然存在的和人造的材料。第3页/共53页2.材料与腐蚀分类材料与腐蚀分类无机非金属材料无机非金属材料金属材料金属材料有机高分子材料有机高分子材料复合材料复合材料有色金属(铝、铜等非铁基材料)黑色金属(钢、铸铁)陶瓷 塑料、橡胶、纤维等水泥耐火材料 玻璃(传统硅酸盐材料)钢筋混凝土、玻璃钢、钢塑复合管等化学腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀(酸、碱)化学腐蚀(紫外线、温度、湿气、
3、臭氧、射线辐射)物理腐蚀(溶解、溶胀、渗透、环境应力开裂)具有可设计性:通过基体和增强材料的选择、匹配、复合工艺等手段进行设计和控制,以最大限度满足使用性能要求和环境条件要求。(庞大的材料体系)第4页/共53页1.1.金属电化学腐蚀热力学条件金属电化学腐蚀热力学条件热力学稳定态热力学稳定态自然界矿石自然界矿石 金属金属 冶炼过程、吸收能量释放能量、腐蚀过程热力学介稳态热力学介稳态体系自由能减少过程(G0)自发过程金属转化成为低能量氧金属转化成为低能量氧化物及其衍生物的过程化物及其衍生物的过程即为腐蚀即为腐蚀 热力学的原理:热力学的原理:物质总是寻求最低的能量状态。物质总是寻求最低的能量状态。如
4、果反应体系的始状态转变为终态,自由能是如果反应体系的始状态转变为终态,自由能是 降低的,反应就能自发进行。降低的,反应就能自发进行。氧化物单质二、二、金属电化学腐蚀与控制原理金属电化学腐蚀与控制原理金属电化学腐蚀与控制原理金属电化学腐蚀与控制原理第5页/共53页部分金属在含氧的大气中发生反应的自由能变部分金属在含氧的大气中发生反应的自由能变第6页/共53页金金属属的的电电化化学学腐腐蚀蚀的的产产生生,是是由由于于金金属属与与电电解解质质溶溶液液接接触触时时所所形形成成的的腐腐蚀蚀原原电电池池的的电电极极反反应应的的结结果果。当当金金属属与与电电解解质质接接触触时时,表面上电极电位不相同的两个区
5、域分别形成阴极区和阳极区:表面上电极电位不相同的两个区域分别形成阴极区和阳极区:阳极阳极部分将部分将失去电子失去电子而发生而发生溶解溶解 阴极阴极部分只起部分只起传递电子传递电子的作用而并的作用而并不腐蚀不腐蚀 2eFe2+Feee2H+2eH2Fe2+eH+O2H2OH2OH阳极区阴极区溶溶 液液金金 属属 (PH7)O2+2H2O+4e4OH一个腐蚀电池必须包括一个腐蚀电池必须包括:阴极、阳极、电解质溶液和电路四个不可分割的部分。腐蚀电池工作的三个环节:腐蚀电池工作的三个环节:阴极过程,阳极过程和电子、离子的移动。2.电化学腐蚀机理电化学腐蚀机理-腐蚀电池的作用腐蚀电池的作用第7页/共53
6、页 金金属属的的电电化化学学腐腐蚀蚀绝绝大大多多数数是是金金属属同同水水溶溶液液相相接接触触时时发发生生的的腐腐蚀蚀过过程程。水水溶溶液液中中除除了了其其它它离离子子外外,总总是是存存在在H H+和和OHOH-离离子子。这这两两种种离离子子含含量量的的多多少少由由溶溶液液的的pHpH值值表表示示。金金属属在在水水溶溶液液中中的的稳稳定定性性不不但但与与它它的的电电极极电电位位有有关关,还还与与水水溶溶液液的的pHpH值有关。值有关。将将金金属属的的腐腐蚀蚀体体系系的的电电极极电电位位与与溶溶液液的的pHpH值值的的关关系系绘绘成成图图,称称为为电电位位pHpH图图,人人们们利利用用该该图图来来
7、研研究究金金属属的的腐腐蚀蚀与与防防护问题。护问题。3.电位电位pHpH图图 第8页/共53页氢平衡线氧平衡线腐蚀区钝 化 区腐蚀区电位(v)pH不 腐 蚀区AB 稳定区(又称非腐蚀区):电位和pH值的变化将不会引起金属的腐蚀,也即是说在热力学上金属处于稳定状态。腐蚀区:稳定态的是可溶性的Fe2+,Fe3+,FeO42-,HFeO2-,金属可随时被腐蚀。钝化区:生成稳定的固态氧化物、氢氧化物或盐。金属是否遭受腐蚀,取决于所生成的固态膜是否具有保护性。通过电位VpH图可以从理论上预测金属的腐蚀倾向、腐蚀类型,并提供腐蚀控制的途径。如果我们想将Fe从A点移出腐蚀区,从VpH图上来看,可以采用三种措
8、施:a把Fe的电极电位降低至非腐蚀区(稳定区),这就要对铁实行阴极保护。b把Fe的电极电位升高,使它进入钝化区,这可以使用阳极保护或在溶液中添加阳极型缓蚀剂来实现。c调整溶液的至913之间,使铁进入钝化区。第9页/共53页5.腐蚀控制的方法腐蚀控制的方法(1 1)合理选材)合理选材提高金属本身的热力学稳定性,采用耐蚀合金、易钝化的金属、金属渗镀层;(2 2)改改变变环环境境介介质质的的腐腐蚀蚀性性,如从系统腐蚀介质中除去H、溶解O2等去极化剂;(3 3)采采用用防防腐腐层层,如涂料、塑料、橡胶等有机材料覆盖层或玻璃、陶瓷等无机材料,隔绝金属与腐蚀介质的接触;(4 4)缓蚀剂;)缓蚀剂;(5 5
9、)电化学保护)电化学保护,包括阴极保护和阳极保护;(6 6)工工艺艺控控制制,包括除砂除杂、调节温度、压力、流速、流动状态、金属结构尺寸、增大腐蚀余量等措施。第10页/共53页三、三、防腐层应用防腐层应用防腐层应用防腐层应用 在在各各种种防防腐腐技技术术中中 ,涂涂料料防防腐腐蚀蚀技技术术应应用用最最广广泛泛 ,因因为为它它具具有有许许多多独独特特的的优优越越性性。只只要要涂涂料料品品种种配配套套体体系系选选择择恰恰当当 ,涂涂料料防防腐腐仍仍然然是是一一种种最最简简便便、最最有有效效、最最经经济济的的防防腐腐蚀蚀措措施施。据据日日本本腐腐蚀蚀和和防防腐腐蚀蚀协协会会调调查查表表明明 ,在在涂
10、涂料料、金金属属表表面面处处理理、耐耐腐腐蚀蚀材材料料、防防锈锈油油、缓缓蚀蚀剂剂、电电化化学学保保护护、腐腐蚀蚀研研究究等等七七大大防防腐腐技技术术投投资资中中,涂涂料料防防腐腐蚀蚀投投资资的的经经费费占占60%60%。我我国国的的防防蚀蚀费费用用有有76%76%用用在在涂涂装装上上,由由此此可可见见涂料防腐的重要地位和研究开发的活跃程度。涂料防腐的重要地位和研究开发的活跃程度。第11页/共53页1.1管道防腐材料的发展进程管道防腐材料的发展进程埋地管道采用防腐层保护已约有近百年的历史,从管道防腐埋地管道采用防腐层保护已约有近百年的历史,从管道防腐材料也经历了品种从少到多,性能不断提高的发展
11、进程材料也经历了品种从少到多,性能不断提高的发展进程。1.1.管道外防腐层管道外防腐层 第12页/共53页1.2 1.2 管道防腐材料的选择管道防腐材料的选择 管道防腐层的设计选择应根据工程规模、环境状况、耐腐蚀、管道防腐层的设计选择应根据工程规模、环境状况、耐腐蚀、施工方法、环保及经济等要求综合比选确定。施工方法、环保及经济等要求综合比选确定。通过多年试验研究,对选择防腐层提出了以下参考建议:通过多年试验研究,对选择防腐层提出了以下参考建议:在多石段或河流穿越地段选用在多石段或河流穿越地段选用 机机械械强强度度较较高高的的熔熔结结环环氧氧树树脂脂、挤挤出出聚聚乙乙烯烯或或多多层层复复合合防防
12、腐腐覆覆盖盖层;层;在氯化物盐渍土壤地段选用在氯化物盐渍土壤地段选用 熔熔结结环环氧氧树树脂脂、挤挤出出聚聚乙乙烯烯、煤煤焦焦油油瓷瓷漆漆等等耐耐氯氯离离子子腐腐蚀蚀的的防防腐腐层;层;在沼泽地段选用在沼泽地段选用 能长期耐水、耐化学腐蚀的挤出聚乙烯、煤焦油瓷漆防腐层;能长期耐水、耐化学腐蚀的挤出聚乙烯、煤焦油瓷漆防腐层;在碳酸盐型土壤中选用在碳酸盐型土壤中选用 耐碳酸根离子腐蚀的石油沥青和聚乙烯胶带;耐碳酸根离子腐蚀的石油沥青和聚乙烯胶带;在输送介质温度高的情况下优先选用在输送介质温度高的情况下优先选用 熔结环氧树脂或改性聚丙烯等材料熔结环氧树脂或改性聚丙烯等材料第13页/共53页1.3 1
13、.3 涂敷工艺涂敷工艺 据据统统计计,涂涂层层腐腐蚀蚀破破坏坏,属属基基体体处处理理不不当当者者占占总总数数的的 75%,75%,因因此此加加强强施工质量管理和研究开发新材料同等重要。施工质量管理和研究开发新材料同等重要。目前管道外防腐涂层施工,基本上都是要求工厂作业线预制。目前管道外防腐涂层施工,基本上都是要求工厂作业线预制。第14页/共53页1.4 1.4 补口补口 80 80年代中期以后,补口年代中期以后,补口材料趋向于多样化。目前除材料趋向于多样化。目前除了传统的沥青、热烤缠带、了传统的沥青、热烤缠带、涂料外,国内外常用的管道涂料外,国内外常用的管道防腐涂层补口有聚乙烯胶带、防腐涂层补
14、口有聚乙烯胶带、环氧粉末、热烤沥青缠带、环氧粉末、热烤沥青缠带、聚乙烯电热熔套、聚乙烯热聚乙烯电热熔套、聚乙烯热收缩套、不加热收缩套和复收缩套、不加热收缩套和复合结构补口等而热收缩套合结构补口等而热收缩套(带)补口占有率占了绝对(带)补口占有率占了绝对主导地位。主导地位。,1993199319981998年管道补口材料统计年管道补口材料统计第15页/共53页2.2.管道内防腐层管道内防腐层 管道内涂敷层主要有两个功能,一是防腐,二是减阻。管道内涂敷层主要有两个功能,一是防腐,二是减阻。一一主主要要用用于于油油田田腐腐蚀蚀严严重重的的集集输输管管道道、污污水水处处理理及及回回注注管管道道上上,以
15、以延延长长管管道道 的的寿寿命命,为为石石油油开开发发和和生生产产提提供供了了保保障障,通通常常口口径径较较小小、距距离离较短。较短。以以减减阻阻、节节能能为为目目的的的的内内涂涂敷敷技技术术,在在我我国国西西气气东东输输管管道道工工程程中中首首次次应应用用。天天然然气气管管道道的的减减阻阻内内涂涂技技术术是是一一项项经经济济效效益益显显著著的的高高新新技技术术,虽虽然然各各国国的的参参数数取取值值不不尽尽相相同同,但但结结论论却却是是一一致致的的,认认为为初初期期投投入入的的成成本本将会有几倍的收益,管径越大、线路越长、输气量越大,收益就越高。将会有几倍的收益,管径越大、线路越长、输气量越大
16、,收益就越高。第16页/共53页2.1 2.1 防腐涂料防腐涂料 管管道道内内防防腐腐涂涂料料多多达达几几十十种种,常常用用的的有有液液体体环环氧氧涂涂料料(H87H87、HT515HT515、环环氧氧玻玻璃璃鳞鳞片片、环环氧氧陶陶瓷瓷等等)、熔熔结结环环氧氧粉粉末末、诸诸如如水水泥泥砂砂浆浆衬衬里里和和酚酚醛醛树树脂脂涂涂料料等等其其它它材材料料。国国外外多多年年实实践践证证明明,最最成成熟熟、最最经经济济的的涂涂料料当当属属环环氧氧树树脂脂型型涂涂料料。美美国国气气体体协协会会(AGAAGA)对对2525种种涂涂料料进进行行了了研研究究和和筛筛选选,认认为为环环氧氧树树脂脂型型涂涂料料最最
17、适适用用于于输输气气管管道道的的内内涂涂层层。美美国国石石油油学会(学会(APIAPI)规范一般推荐采用胺固化的环氧涂料。规范一般推荐采用胺固化的环氧涂料。试试验验和和实实践践证证明明,环环氧氧型型及及环环氧氧聚聚氨氨酯酯型型防防腐腐涂涂料料的的耐耐油油、耐耐温温、耐油田污水性能较好,如果施工质量可靠,能达耐油田污水性能较好,如果施工质量可靠,能达1010年以上的保护。年以上的保护。第17页/共53页2.2 2.2 涂敷工艺涂敷工艺 近近几几年年,国国内内各各油油田田先先后后对对管管道道内内涂涂层层技技术术进进行行了了深深入入研研究究,取取得得了了许许多多成成果果,并并已已形形成成了了标标准准
18、。如如钢钢质质管管道道熔熔结结环环氧氧粉粉末末内内涂涂层层技技术术标标准准、钢钢质质管管道道内内涂涂层层液液体体涂涂料料补补口口工工艺艺、钢钢质质管管道道液液体体涂涂料料内内涂涂层层风风送送挤挤涂涂工工艺艺、液液体体环环氧氧涂涂料料内内防防腐腐涂涂层层钢钢管管技技术术条条件件等等。特特别别是是最最近近几几年年,大大庆庆和和胜胜利利油油田田从从国国外外引引进进了了整整套套液液体体环环氧氧内内涂涂层层涂涂敷敷作作业业线线,可可完成完成6092060920mmmm管径的内涂敷作业。管径的内涂敷作业。第18页/共53页 2000 2000年从美国引进了主要的工艺设备,部分国内配套、年从美国引进了主要的
19、工艺设备,部分国内配套、建成的钢管道内防腐大型配套系列化作业线。建成的钢管道内防腐大型配套系列化作业线。A.液体涂料内涂层B.熔结环氧粉末内涂层 a.60426mm钢管b.各种规格的油管c.各种规格的钻杆第19页/共53页熔结环氧粉末内涂层工艺熔结环氧粉末内涂层工艺钢管预处理及检查热清洗内除锈吹扫中频感应加热恒温喷涂环氧粉末固化冷却涂层检验底漆喷涂液体涂料内涂层工艺液体涂料内涂层工艺钢管预处理及检查热清洗内除锈液体涂料内喷涂涂层检验吹扫涂层固化第20页/共53页2.3 2.3 内补口内补口 管管道道补补口口是是管管道道防防腐腐层层应应用用技技术术中中的的关关键键和和难难点点,尤尤其其对对小小口
20、口径径管管线线的的内内补补口口来来说说更更是是如如此此,由由于于补补口口不不当当造造成成焊焊缝缝处处涂涂层层过过早早破破坏坏、管管道道腐腐蚀蚀穿穿孔孔的的事事故故屡屡见见不不鲜鲜,因因此此补补口口技技术术的的好好坏坏直直接接影影响响到到整整个个防防护护层层的的保保护护效效果果和和使使用用寿寿命命。随随着着国国内内外外管管道道内内防防腐腐技技术术的的不不断断发发展展,内内补补口口技技术术研研究究也也越越来来越越受受到到重重视视和和加加强强,涌涌现现出出了了一一些些新新型型的的补口材料、机具和工艺。补口材料、机具和工艺。目目前前国国内内外外比比较较成成熟熟的的管管道道内内防防腐腐补补口口技技术术主
21、主要要有有补补口口机机法法、无无焊焊管管道道压压接接法法、记记忆忆合合金金法法、焊焊接接式式内内衬衬接接头头法法等等,这这些些补补口口方方法法各各有优点和不足。有优点和不足。第21页/共53页管道焊接玻璃钢内衬接头补口工艺管道焊接玻璃钢内衬接头补口工艺 将将将将要要要要连连连连接接接接的的的的管管管管端端端端在在在在预预预预制制制制厂厂厂厂加加加加工工工工成成成成喇喇喇喇叭叭叭叭口口口口形形形形状状状状并并并并进进进进行行行行管管管管道道道道内内内内防防防防腐腐腐腐,再再再再把把把把防防防防腐腐腐腐好好好好的的的的内内内内衬衬衬衬短短短短管管管管节节节节插插插插入入入入两两两两个个个个呈呈呈呈
22、喇喇喇喇叭叭叭叭口口口口形形形形状状状状的的的的管管管管端端端端之之之之间间间间,然然然然后后后后进进进进行行行行两两两两端端端端口口口口的的的的焊焊焊焊接接接接,从从从从而而而而使使使使整整整整条条条条管管管管线线线线形形形形成成成成一一一一个个个个完完完完整整整整的的的的内内内内涂涂涂涂层层层层,该该该该技技技技术术术术补补补补口口口口质质质质量量量量可靠。可靠。可靠。可靠。不锈钢接头!第22页/共53页管道焊口喷焊内防腐技术管道焊口喷焊内防腐技术 放弃了涂料内补口的传统工艺,用综合冶金治理的方法解决焊放弃了涂料内补口的传统工艺,用综合冶金治理的方法解决焊口部位的焊后腐蚀问题。在管端内壁预
23、先喷焊一层耐蚀金属材料,口部位的焊后腐蚀问题。在管端内壁预先喷焊一层耐蚀金属材料,再涂敷普通防腐涂层;然后用与喷焊层匹配的再涂敷普通防腐涂层;然后用与喷焊层匹配的耐蚀焊条耐蚀焊条完成管接头完成管接头打底焊缝。这样管接头内表面就由耐蚀喷焊层和与其匹配的耐蚀打打底焊缝。这样管接头内表面就由耐蚀喷焊层和与其匹配的耐蚀打底焊缝组成一层可靠、稳定的内防腐层,现场管子焊后无需再进行底焊缝组成一层可靠、稳定的内防腐层,现场管子焊后无需再进行涂料内补口。涂料内补口。管道焊口喷焊内防腐工艺示意图 管道焊口喷焊内防管道焊口喷焊内防腐工艺思路新颖、技术腐工艺思路新颖、技术先进。先进。第23页/共53页钢钢质质储储罐
24、罐因因储储存存油油品品、运运行行环环境境条条件件、储储罐罐的的结结构构类类型型的的不不同同,不不同同的的油油罐罐及及其其不不同同的的部部位位,它它们们的的腐腐蚀蚀状状况况和和程程度度也也各各不不相相同同。宏宏观观上上看看,油油罐罐内内外外腐腐蚀蚀都都存存在在,通通常常油油品品中中含含有有一一定定比比例例的的水水,以以及及 H H2 2S S、COCO2 2、O O2 2、ClCl、砂砂等等腐腐蚀蚀性性介介质质,这这是是引引起起储储罐罐腐腐蚀蚀破破坏坏(内内腐腐蚀蚀)的的主主要要原原因因,温温度度越越高高,腐腐蚀蚀也也随随之之加加剧剧,钢钢板板多多表表现现为为局局部部腐腐蚀蚀,其其中中点点蚀蚀最
25、最为为明明显显,油油罐罐点点蚀蚀速速率率可可高高达达1-21-2mm/amm/a,胜胜利利某某污污水水处处理理设设备备点点蚀蚀速速率率高高达达1414mm/amm/a。而而在在土土壤壤电电阻阻率率低低的的盐盐碱碱地地等等强强腐腐蚀蚀区区,由由于于土土壤壤外外腐腐蚀蚀导导致致的的罐罐底底板板投投产产几几个个月月穿穿孔孔、2-32-3年年就就报报废废更更换换的的情况也时有发生。情况也时有发生。3.3.储罐防腐层储罐防腐层 第24页/共53页金金属属储储罐罐的的防防腐腐涂涂层层结结构构设设计计,主主要要依依据据所所储储存存介介质质的的腐腐蚀蚀性性,运运行行温温度度、储储罐罐结结构构、所所处处的的环环
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