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管道防腐工程

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产品摘要:

管道防腐由于大多数输送油、气的管道处于复杂的土壤环境中,所输送的介质也多有腐蚀性,因此管道的内壁和外壁都可能遭到腐蚀


产品描述

管道防腐简介:

管道防腐由于大多数输送油、气的管道处于复杂的土壤环境中,所输送的介质也多有腐蚀性,因此管道的内壁和外壁都可能遭到腐蚀。一旦管道被腐蚀穿孔,即造成油、气漏失,不仅仅使运输中断,而且还会污染环境,甚至可能引起火灾,造成危害。根据美国管道工业的统计资料;1975年由于而腐蚀造成的直接损失达6亿美元。因此可见,防止管道腐蚀的管道腐蚀是管道工程施工中的一项重要内容。

 

管道腐蚀简介:

腐蚀金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏现象。按管道被腐蚀部位,可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀;按管道腐蚀形态,可分为全面腐蚀和局部腐蚀;按管道腐蚀机理,可分为化学腐蚀和电化学腐蚀等。

管道内壁腐蚀金属管道内壁因输送介质的作用而产生的腐蚀。主要有水腐蚀和介质腐蚀。水腐蚀指输送介质中的游离水,在管壁上生成亲水膜,由此形成原电池条件而产生的电化学腐蚀。介质腐蚀指游离水以外的其他有害杂质(如二氧化碳、硫化氢等)直接与管道金属作用产生的化学腐蚀。

长输管道内壁一般同时存在着上述两种腐蚀过程。特别是在管道弯头、低洼积水处和气液交界面,由于电化学腐蚀异常强烈,管壁大面积减薄或形成一系列腐蚀深坑。这些深坑是管道易于内腐蚀穿孔的地方。

 

管道腐蚀原因:

管道外壁腐蚀视管道所处环境而异。架空管道易受大气腐蚀;土壤或水环境中的管道,则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。​

①大气腐蚀:大气中含有水蒸气会在金属表面冷凝形成水膜,这种水膜由于溶解了空气中的气体及其他杂质,可起到电解液的作用,使金属表面发生电化学腐蚀。影响大气腐蚀的自然因素除污染物外,还有气候条件。在非潮湿环境中,很多污染物几乎没有腐蚀效应。如果相对湿度超过80%,腐蚀速度会迅速上升。因此,敷设在地沟中的管道或潮湿环境的架空管道表面极易锈蚀。

②土壤腐蚀:土壤颗粒间充满空气、水和各种盐类,使它具有电解质的特征。管道金属在土壤电解质溶液中构成多种腐蚀电池。一类是由于钢管表面状态的差异形成的微腐蚀电池,钢管表面条件效应产生的腐蚀如图1所示。另一类是由于土壤腐蚀介质的差异形成的宏腐蚀电池,不同土壤条件引起的腐蚀如图2所示。如果管道各段落所处土壤透气性不同,土壤中氧的浓度也就不同,从而使腐蚀电池发育,腐蚀电池两极间的距离可达数公里。土壤腐蚀性常用土壤电阻率来表示,电阻率越小的土壤腐蚀性越强。

③细菌腐蚀:也称微生物腐蚀。参与管道土壤腐蚀过程的细菌通常有硫酸盐还原菌、氧化菌、铁细菌、硝酸盐还原菌等。其中厌氧性硫酸盐还原菌最具代表性。它在pH6~8、碱性和透气性差的土壤中繁殖,广泛地分布在海、河、湖泊、水田、沼泽的淤泥中。它利用自身的生息,将硫酸盐离子还原,同时促进阴极反应,生成硫化铁等腐蚀产物,覆于管道表面,形成二次的局部腐蚀(孔蚀)。在硫酸盐还原菌腐蚀的现场,土壤颜色发黑,有硫化氢臭味。

④杂散电流腐蚀:流散于大地中的电流对管道产生的腐蚀,又名干扰腐蚀,是一种外界因素引起的电化学腐蚀。管道腐蚀部位由外部电流的极性和大小决定,其作用类似电解。杂散电流从管道防腐层破损处流入,在另一破损处流出,在流出处形成阳极区而产生腐蚀。杂散电流源有电气化铁路、阴极保护设施、高压输电系统等。直流杂散电流引起的腐蚀更严重,如中国抚顺市的原油管道受电气化铁路的杂散电流腐蚀,在建成后约4个月即遭电流腐蚀穿孔。交流电引起的腐蚀是在管道沿高压输电线敷设时,因电磁耦合在管道上感应的交流电所造成的,对人体和设备均有危害。

 

​管道防腐施工:

防腐为了保证管道长期安全输送和防止管道泄漏油、气,各国政府和管道企业都制定有管道防腐规程,作为管道防腐必须遵循的准则。管道防腐方法和所用防腐材料简明分类如下图:

管道防腐

通用的管道防腐方法是内壁涂层加外壁涂层(或包扎层)加阴极保护。若严格施行这些措施,实践证明管道可安全运行50年。

 

涂层防腐用涂料均匀致密地涂敷在经除锈的金属管道表面上,使其与各种腐蚀性介质隔绝,是管道防腐最基本的方法之一。70年代以来,在极地、海洋等严酷环境中敷设管道,以及油品加热输送而使管道温度升高等,对涂层性能提出了更多的要求。因此,管道防腐涂层越来越多地采用复合材料或复合结构。这些材料和结构要具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应范围等。

 

①外壁防腐涂层:管道外壁涂层材料种类和使用条件如下图:管道防腐

 

②内壁防腐涂层:为了防止管内腐蚀、降低摩擦阻力、提高输量而涂于管子内壁的薄膜。常用的涂料有胺固化环氧树脂和聚酰胺环氧树脂,涂层厚度为 0.038~0.2毫米。为保证涂层与管壁粘结牢固,必须对管内壁进行表面处理。70年代以来趋向于管内、外壁涂层选用相同的材料,以便管内、外壁的涂敷同时进行。

③防腐保温涂层:在中、小口径的热输原油或燃料油的管道上,为了减少管道向土壤散热,在管道外部加上保温和防腐的复合层。常用的保温材料是硬质聚氨脂泡沫塑料,适用温度为-185~95℃。这种材料质地松软,为提高其强度,在隔热层外面加敷一层高密度聚乙烯层,形成复合材料结构,以防止地下水渗入保温层内。

 

电法保护 改变金属相对于周围介质的电极电位,使金属免受腐蚀的方法。长输管道电法保护仅指阴极保护和电蚀防止法。

①阴极保护:将被保护金属极化成阴极来防止金属腐蚀的方法。这种方法用于船舶防腐已有 150多年的历史;1928年第一次用于管道,是将金属腐蚀电池中阴极不受腐蚀而阳极受腐蚀的原理应用于金属防腐技术上。利用外施电流迫使电解液中被保护金属表面全部阴极极化,则腐蚀就不会发生。判断管道是否达到阴极保护的指标有两项。一是最小保护电位,它是金属在电解液中阴极极化到腐蚀过程停止时的电位;其值与环境等因素有关,常用的数值为- 850毫伏(相对于铜-硫酸铜参比电极测定,下同)。二是最大保护电位,即被保护金属表面容许达到的最高电位值。当阴极极化过强,管道表面与涂层间会析出氢气,而使涂层产生阴极剥离,所以必须控制汇流点电位在容许范围内,以使涂层免遭破坏。此值与涂层性质有关,一般取-1.20至-2.0伏间。实现地下管道阴极保护有外加电流法和牺牲阳极法两种。

外加电流法是利用直流电源,负极接于被保护管道上,正极接于阳极地床。电路连通后,管道被阴极极化。当管道对地电位达到最小保护电位时,即获得完全的阴极保护。其接线如下图:

管道防腐

常用的直流电源均可使用,其中尤以整流器居多。直流输出一般在60伏、30安以下。新型的直流电源有温差发电器、太阳能电池等,多用于缺电地区。阳极地床是与直流电源正极相连的,与大地构成良好电气接触的导电体,或称为阳极接地装置;常用材料有碳钢、高硅铁、石墨、磁性氧化铁等。阳极地床设置在土壤电阻率低、保护电流易于分布、又不干扰邻近地下构筑物的地方。阳极与管道埋设位置相对应,有浅埋远距离阳极和深阳极两种。为测定阴极保护参数,鉴定管道阴极保护效果,沿管道需设置检测点和检查片。配套使用的检测仪表有高阻伏特计、安培计、硫酸铜电极等。70年代以来,开始采用与管道航空巡线相结合的阴极保护参数遥测系统,配以电子计算机,对所测数据进行处理。外加电流阴极保护单站保护距离一般可达几十公里,长输管道阴极保护多用此法。

牺牲阳极法是采用比被保护金属电极电位更负的金属与被保护金属连接,两者在电解液中形成原电池。电位较负的金属(如镁、锌、铝及其合金)成为阳极,在输出电流的过程中逐渐损耗掉,被保护的管道金属成为阴极而免遭腐蚀,所以称电位较负的金属为牺牲阳极。其接线如下图:

管道防腐

地下管道采用牺牲阳极保护,其决定要素是阳极发生电流、阳极数量和保护长度等。当阳极种类确定后,影响上述参数的是阳极接地电阻和与该阳极保护管段区间的漏泄电阻。前者取决于土壤电阻率,后者取决于管道涂层电阻和涂层的施工质量。牺牲阳极使用寿命与重量有关,视需要可用几年至几十年。牺牲阳极具有投资省、管理简便、不需要外电源、防止干扰腐蚀效果好等优点,所以在地下金属管道防腐中得到普遍应用。

②电蚀防止法:一是在杂散电流源有关设施上采取措施,使漏泄电流减小到最低限度;二是在敷设管道时尽量避开杂散电流地区,或提高被干扰管段绝缘防腐层质量,采用屏蔽、加装绝缘法兰等措施;三是对干扰管道作排流保护,即将杂散电流从被干扰管道排回产生漏泄电流的电网中,以消除杂散电流对管道的腐蚀。根据应用范围和排流设备的不同性能,分直接排流、极性排流、强制排流三种。对交流干扰电压的防护,不少国家都制定有技术规定,主要是采用安全距离和管道泄流两类方法使管道免遭损害。

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