2024年5月21日发(作者:问飞航)
浅谈钢质管道的腐蚀控制
口 陈胜男
(天然气分公司济南天然气管道管理处 山东・济南 250101)
摘要:钢质管道的腐蚀涉及到很多领域,特别是输送石油、天然气、煤气等易燃易爆流体的管道,尽管在此类
工业管道设计初期就考虑了腐蚀的因素,增加安全余量。但管道的腐蚀对日常的生产运行仍然存在较大威胁。
据统计,地下管线平均腐蚀速度为1.5mm/a,较为的严重的情况是投产1-2年管道就腐蚀穿孔,导致输送介质的
泄露,除造成环境的污染外,还会引起爆炸和火灾,甚至造成人员的伤亡。钢质管道的腐蚀危害到不仅是企业的
经济利益,也是一个严重的社会问题,因此必需对管道的腐蚀加以控制。文章简单介绍了管道腐蚀控制常用的
方法。
关键词:钢质管道腐蚀危害腐蚀控制
中图分类号:TQI53 文献标识码:A 文章编号:1007・3973(2010)07-025-02
1管道腐蚀的定义及分类 因电荷转移而引起的电化学过程,必须包括电子和离子在界面
广义的腐蚀定义:材料在环境作用下引起的功能失效。 上的转移;界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的氧化
目前广泛接受的材料腐蚀的定义:材料腐蚀是材料受环 和还原过程,金属/电解质界面上伴随电荷转移发生的化学反应
境介质的化学、电化学或物理作用的破坏现象。 称为电极反应;电化学腐蚀过程伴随电子流动,即电流发生。
所谓腐蚀,就是物质在周围介质的作用下,生成其它物质 阳极反应:Fe—Fe +2e
而损失掉的过程。从能量的角度来看,腐蚀是能量转换过程。 阴极反应:2H +2e—H:
管道的腐蚀按照腐蚀机理分为两类,一种是指金属表面 总反应:Fe-卜2H 一Fe +Hz
与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏叫做化学腐蚀。 2管道腐蚀的控制
腐蚀的过程是一种纯氧化还原过程,即腐蚀介质(氧化剂)直 腐蚀控制的目的是降低电解质对金属的电化学腐蚀。防
接同金属表面(还原剂)相互作用形成腐蚀产物,金属被氧化、 止电化学腐蚀的最有效的办法,.是使金属和电解质隔绝。目
腐蚀,介质被还原。化学腐蚀又可以分为气体腐蚀和在非电 前管道的腐蚀防护采用了双重措施,即防腐覆盖层与阴极保
解质溶液中的腐蚀。 护(外加电流或牺牲阳极、排流)。从根源上解决电化学腐蚀危
另一种是依靠腐蚀原电池的作用而进行的腐蚀过程叫做 害,外防腐绝缘涂层就是用来隔绝电解质对金属的危害。但
电化学腐蚀。它是金属腐蚀中最为普通的一种形式。电化学反 是埋地钢质管道外防腐绝缘涂层投入使用后,不可能百分之
应特点:介质为离子导电的电解质:金属/电解质界面反应过程 百的完整,对于涂层缺陷处,辅之阴极保护,使钢铁接触电解
……………………………一・……………………………………………・ …
产品的能效标准,规定了能效限定值和节能评价值。能效标
ISO14024环境标志国际标准已经纳入了国家技术标准体系,
准在制订过程中,要满足国家节能的需要。现在家电用的能效 首批推荐ll6个配套技术标准涉及了多项家用电器产品。如
标准,主要还是针对终端产品冰箱、空调等少数产品。能效标
洗衣机环境标志技术标准(HJ/1r 308—2006)适用于额定洗涤容
准是作为节能环保的一个工具,把节能环保作为一个阶段性来
量在13kg及lkg以上的洗衣机,包括脱水机。节能、低噪音房
实现,定制一个时间段目标,从而抓好节能环保。目前,中国已
间空气调节器环境标志技术标准(HJ/T304-2006)适用于采用
经建立了包括家用电器能源效率标准和实验室测试方法在内
空气冷却冷凝器、全封闭型电动机.压缩机、制冷量在1.4kw以
的一套比较完整的最低能效标准体系。已对50余家企业的
下、以创造室内舒适环境为目的的家用和类似用途的房间空气
600余种产品颁发了节能产品认证证书。目前造成能效标准 调节器。随着我国家电产品标准化体系的逐步完善,2010年
和能效标识差异的原因是多方面的,各国地理环境有差异,造 又将有一批新的标准将被制定。
成能效测试条件不同,采用的能效测试方法不一样。许多国家
4结束语
积极支持ISO工作,等效或非等效采用ISO5151标准或在IS0 绿色环保是家电制造业的发展趋势,企业应该在当前实际
的基础上,进行部分调整,这为测试方法的一致化打下了基础。
工作中就认真考虑和关注国家对节能环保方面的政策规定以
文化背景不同,各国对建立强制性或自愿性标准标识的态度不
及产品标准涉及的各种因素。企业应朝着新的环保要求去研
一
样。电力和燃料价格不一样,有些地区不太愿意去制定能效 发生产,并和检测机构应共同推进家电产品在环保、能耗等方
标准。
面的检测和标准的制订工作。
关于环保领域的标准,目前国家尚未出台专门的环保型产
品标准,但已在一些产品性能标准中规定了环保的相关要求。
参考文献:
国家标准化主管部门正在积极推进在这些领域内制定国家的 【1】张莹.绿色设计引领创新[J】.中国制造业信息化,2009,(24):57.
统一标准。国家标准规定的节能产品认证评价指标是参考产
【2】方园,赵新,胡嘉琦,何丽娇,王玲.废旧冰箱聚氨酯材料的回
品能耗的普遍水平及国际相关标准确定的,可分为不同级别。
收利用技术研究【J】.日用电器,2008,(11).
环保产品必须首先符合国家基本的安全要求(如:EMC、
【3】杨永.浅析我国面对的绿色壁垒及应对措施【J】.中国乡镇企
电器安全、有害物质限量等),同时应符合国家的环保要求。
业会计,2010,(01):6-7.
——
斟协论坛・2010年第7期(下)——
质部位阴极极化到F PH曲线图中的不腐蚀区,就能有效地
电由接地阳极经土壤流入被保护的管道,再从管道经导线流回
减缓腐蚀,延长钢管的使用寿命。
负极。这样使整个受到保护的管道成为阴极,而与接地阳极成
2.1管道外防腐层 为腐蚀电池,使接地阳极的废旧钢材不断受到腐蚀。一个阴极
目前世界各国埋地钢质管道所使用的防腐覆盖层主要有
保护站的保护半径约为15.20Km,两个保护站之间的保护距离
石油沥青、煤焦油瓷漆、挤塑聚乙烯、PE胶带、熔结环氧树指 约为40.60Km。外加电流阴极保护广泛用于埋地钢质管道和
(FBE)及复合覆盖层(含三层PE)。
储罐外底板以及舰船、码头、钢桩的阴极保护。
石油沥青是使用历史最长的防腐涂料,如果腐蚀环境无 为了提高阴极保护的效率,使阴极保护电流都用于被保
微生物、无深根植物,那么仍不失为一种经济适用的防腐覆盖
护对象的防腐层破损点和不致于产生阴极保护屏蔽,在下列
层,当然它的流淌性不适合高温环境。煤焦油瓷漆也是历史
地方必须采取电隔离措施:
悠久的防腐涂料,它克服了石油沥青的缺陷,但是在较低温度
●工艺场站的进、出口;
环境下的冷脆却限制了它的使用范围,而且它抗外界机械力 ●管道与管道所有权分界处;
破坏强度不高,石方山区不宜使用。熔结环氧树脂是所有防
●支管道与主管道的分支处;
腐涂料中与钢管粘结力最强、抗各种环境腐蚀最好、抗机械冲 ●有接地和无接地管道、设备连接处;
击最高的防腐涂料,因而在加拿大管道应力腐蚀开裂调查中 ●有阴极保护与无阴极保护管道分界处;
无腐蚀开裂案例,但由于涂敷层薄(不到lmm),抗尖锐物体的 ●不同阴极保护方法管道分界处;
冲击较差,在石方地段要慎用。为克服上述缺点,开发了三层 ●异种金属连接处:
PE结构,这是一种将环氧树脂的抗阴极剥离粘结性与聚乙烯 ●工作管与钢套管之间:
的抗冲击强度相结合的复合结构。然而聚乙烯的耐老化性能 ●工作管与基墩、桥架之间。
与耐环境应力开裂尚未经长期使用的检验,一旦聚乙烯外覆 牺牲阳极保护是利用不同的金属在同一电解质中电极电
盖层老化或开裂失效,内层薄薄的环氧树脂就很难达到等效
位不同,采用比钢电极电位更负,价格比较便宜的有色金属及
的防腐作用,再加上价格较高,因此它只适合在特殊地质条件
其合金,在同一电解质溶解过程中向钢铁提供阴极极化电流,
下采用。
保护钢铁不致于被电解质腐蚀。牺牲阳极法主要用于储罐内
对于管道外防腐材料,要具有一定的基本性能:
壁和具有优良防腐涂层的短小管道。
●有效的电绝缘性;
●有效的阻水屏蔽性;
●涂层缺陷最少;
●与管道表面有良好的附着力;
●能够阻止缺陷随时间的增加;
●维持涂层电阻不随时间变化:
●耐剥离性;
●涂敷方法不会对管道的性能产生不利影响;
●能经受正常搬运、储存和安装能力;
●易于修补:
图2牺牲阳极阴极保护原理
2.3牺牲阳极保护的应用
●对环境无毒害作用。
(1)埋地钢制管道阴极保护按德国规范DIN30676规定,仅
2.2管道的阴极保护
用于阴极保护电流密度<lO A,长度仅几公里的埋地管道;埋
根据电化学腐蚀的原理,在腐蚀电池中阳极受腐蚀而损坏,
设点土壤电阻率≥l5Q.m时,原则上采用镁、镁合金牺牲阳极,
而阴极则保持完好。利用外加的直流电源,通常是阴极保护站
埋设点土壤电阻率<15f2.m时,可以采用锌和锌合金牺牲阳极,
产生的直流电源,使钢管对土壤造成负电位的保护方法,称为
土壤中氯离子含量高的地区也应使用锌和锌合金牺牲阳极。
阴极保护。钢铁处于电解质中的阴极保护有两种方式,即外
(2)临时阴极保护长输油气管道建设期内,外加电流阴
加电流法和牺牲阳极法。
极保护投产之前,土壤电阻率<2011。m地段的管道下沟回填
之后应采用带状牺牲阳极实施临时阴极保护,为保证阴极保
护不会出现过保护,宜选用带状锌阳极。
(3)降低交直流干扰当埋地钢质管道通过直流杂散电流
干扰区,或与≥110KV时交流输电线平行接近敷设时,管道上
可能出现不能允许的直流或交流干扰电压,此时可以采用带
状锌阳极来降低干扰。
钢质管道腐蚀的控制直接关系到管道的安全运行和使用寿
图l外加电流阴极保护的原理
命。做好管道防腐可以减少企业的经济损失,降低资源和能源
外加电流阴极保护是使用外电源使被保护阴极极化到非
的消耗,在一定层度上推动新技术新工艺的开发和应用。钢质
腐蚀区抑制腐蚀,为了保护电流馈入点(通电点)管地电位的
管道防腐是全球性的技术难题之一,是科学技术与工程设计广
稳定,抵抗交流干扰对阴极保护电流输出量的影响,埋地管道
泛关注的热点,钢质管道防腐的研究具有很大的技术经济意义。
阴极保护外加电流源,在交流市电比较可靠的地方优先选用
恒电位仪,建立阴极保护站。阴极保护站直流电源的正极与
参考文献:
接地阳极(常用的阳极材料为废旧钢材)连接,负极与被保护的
【1】关宝印.钢质管道的腐蚀控制技术【J】.管道技术与设务1994(1).
管道连接。外加电流从电源正极通过导线流向接地阳极,直流 【2】GB/T23256--2009钢质管道内腐蚀控制规范【S】.
——
斛协论坛・2010年第7期f下)——
2024年5月21日发(作者:问飞航)
浅谈钢质管道的腐蚀控制
口 陈胜男
(天然气分公司济南天然气管道管理处 山东・济南 250101)
摘要:钢质管道的腐蚀涉及到很多领域,特别是输送石油、天然气、煤气等易燃易爆流体的管道,尽管在此类
工业管道设计初期就考虑了腐蚀的因素,增加安全余量。但管道的腐蚀对日常的生产运行仍然存在较大威胁。
据统计,地下管线平均腐蚀速度为1.5mm/a,较为的严重的情况是投产1-2年管道就腐蚀穿孔,导致输送介质的
泄露,除造成环境的污染外,还会引起爆炸和火灾,甚至造成人员的伤亡。钢质管道的腐蚀危害到不仅是企业的
经济利益,也是一个严重的社会问题,因此必需对管道的腐蚀加以控制。文章简单介绍了管道腐蚀控制常用的
方法。
关键词:钢质管道腐蚀危害腐蚀控制
中图分类号:TQI53 文献标识码:A 文章编号:1007・3973(2010)07-025-02
1管道腐蚀的定义及分类 因电荷转移而引起的电化学过程,必须包括电子和离子在界面
广义的腐蚀定义:材料在环境作用下引起的功能失效。 上的转移;界面上的电化学过程可以分为两个相互独立的氧化
目前广泛接受的材料腐蚀的定义:材料腐蚀是材料受环 和还原过程,金属/电解质界面上伴随电荷转移发生的化学反应
境介质的化学、电化学或物理作用的破坏现象。 称为电极反应;电化学腐蚀过程伴随电子流动,即电流发生。
所谓腐蚀,就是物质在周围介质的作用下,生成其它物质 阳极反应:Fe—Fe +2e
而损失掉的过程。从能量的角度来看,腐蚀是能量转换过程。 阴极反应:2H +2e—H:
管道的腐蚀按照腐蚀机理分为两类,一种是指金属表面 总反应:Fe-卜2H 一Fe +Hz
与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏叫做化学腐蚀。 2管道腐蚀的控制
腐蚀的过程是一种纯氧化还原过程,即腐蚀介质(氧化剂)直 腐蚀控制的目的是降低电解质对金属的电化学腐蚀。防
接同金属表面(还原剂)相互作用形成腐蚀产物,金属被氧化、 止电化学腐蚀的最有效的办法,.是使金属和电解质隔绝。目
腐蚀,介质被还原。化学腐蚀又可以分为气体腐蚀和在非电 前管道的腐蚀防护采用了双重措施,即防腐覆盖层与阴极保
解质溶液中的腐蚀。 护(外加电流或牺牲阳极、排流)。从根源上解决电化学腐蚀危
另一种是依靠腐蚀原电池的作用而进行的腐蚀过程叫做 害,外防腐绝缘涂层就是用来隔绝电解质对金属的危害。但
电化学腐蚀。它是金属腐蚀中最为普通的一种形式。电化学反 是埋地钢质管道外防腐绝缘涂层投入使用后,不可能百分之
应特点:介质为离子导电的电解质:金属/电解质界面反应过程 百的完整,对于涂层缺陷处,辅之阴极保护,使钢铁接触电解
……………………………一・……………………………………………・ …
产品的能效标准,规定了能效限定值和节能评价值。能效标
ISO14024环境标志国际标准已经纳入了国家技术标准体系,
准在制订过程中,要满足国家节能的需要。现在家电用的能效 首批推荐ll6个配套技术标准涉及了多项家用电器产品。如
标准,主要还是针对终端产品冰箱、空调等少数产品。能效标
洗衣机环境标志技术标准(HJ/1r 308—2006)适用于额定洗涤容
准是作为节能环保的一个工具,把节能环保作为一个阶段性来
量在13kg及lkg以上的洗衣机,包括脱水机。节能、低噪音房
实现,定制一个时间段目标,从而抓好节能环保。目前,中国已
间空气调节器环境标志技术标准(HJ/T304-2006)适用于采用
经建立了包括家用电器能源效率标准和实验室测试方法在内
空气冷却冷凝器、全封闭型电动机.压缩机、制冷量在1.4kw以
的一套比较完整的最低能效标准体系。已对50余家企业的
下、以创造室内舒适环境为目的的家用和类似用途的房间空气
600余种产品颁发了节能产品认证证书。目前造成能效标准 调节器。随着我国家电产品标准化体系的逐步完善,2010年
和能效标识差异的原因是多方面的,各国地理环境有差异,造 又将有一批新的标准将被制定。
成能效测试条件不同,采用的能效测试方法不一样。许多国家
4结束语
积极支持ISO工作,等效或非等效采用ISO5151标准或在IS0 绿色环保是家电制造业的发展趋势,企业应该在当前实际
的基础上,进行部分调整,这为测试方法的一致化打下了基础。
工作中就认真考虑和关注国家对节能环保方面的政策规定以
文化背景不同,各国对建立强制性或自愿性标准标识的态度不
及产品标准涉及的各种因素。企业应朝着新的环保要求去研
一
样。电力和燃料价格不一样,有些地区不太愿意去制定能效 发生产,并和检测机构应共同推进家电产品在环保、能耗等方
标准。
面的检测和标准的制订工作。
关于环保领域的标准,目前国家尚未出台专门的环保型产
品标准,但已在一些产品性能标准中规定了环保的相关要求。
参考文献:
国家标准化主管部门正在积极推进在这些领域内制定国家的 【1】张莹.绿色设计引领创新[J】.中国制造业信息化,2009,(24):57.
统一标准。国家标准规定的节能产品认证评价指标是参考产
【2】方园,赵新,胡嘉琦,何丽娇,王玲.废旧冰箱聚氨酯材料的回
品能耗的普遍水平及国际相关标准确定的,可分为不同级别。
收利用技术研究【J】.日用电器,2008,(11).
环保产品必须首先符合国家基本的安全要求(如:EMC、
【3】杨永.浅析我国面对的绿色壁垒及应对措施【J】.中国乡镇企
电器安全、有害物质限量等),同时应符合国家的环保要求。
业会计,2010,(01):6-7.
——
斟协论坛・2010年第7期(下)——
质部位阴极极化到F PH曲线图中的不腐蚀区,就能有效地
电由接地阳极经土壤流入被保护的管道,再从管道经导线流回
减缓腐蚀,延长钢管的使用寿命。
负极。这样使整个受到保护的管道成为阴极,而与接地阳极成
2.1管道外防腐层 为腐蚀电池,使接地阳极的废旧钢材不断受到腐蚀。一个阴极
目前世界各国埋地钢质管道所使用的防腐覆盖层主要有
保护站的保护半径约为15.20Km,两个保护站之间的保护距离
石油沥青、煤焦油瓷漆、挤塑聚乙烯、PE胶带、熔结环氧树指 约为40.60Km。外加电流阴极保护广泛用于埋地钢质管道和
(FBE)及复合覆盖层(含三层PE)。
储罐外底板以及舰船、码头、钢桩的阴极保护。
石油沥青是使用历史最长的防腐涂料,如果腐蚀环境无 为了提高阴极保护的效率,使阴极保护电流都用于被保
微生物、无深根植物,那么仍不失为一种经济适用的防腐覆盖
护对象的防腐层破损点和不致于产生阴极保护屏蔽,在下列
层,当然它的流淌性不适合高温环境。煤焦油瓷漆也是历史
地方必须采取电隔离措施:
悠久的防腐涂料,它克服了石油沥青的缺陷,但是在较低温度
●工艺场站的进、出口;
环境下的冷脆却限制了它的使用范围,而且它抗外界机械力 ●管道与管道所有权分界处;
破坏强度不高,石方山区不宜使用。熔结环氧树脂是所有防
●支管道与主管道的分支处;
腐涂料中与钢管粘结力最强、抗各种环境腐蚀最好、抗机械冲 ●有接地和无接地管道、设备连接处;
击最高的防腐涂料,因而在加拿大管道应力腐蚀开裂调查中 ●有阴极保护与无阴极保护管道分界处;
无腐蚀开裂案例,但由于涂敷层薄(不到lmm),抗尖锐物体的 ●不同阴极保护方法管道分界处;
冲击较差,在石方地段要慎用。为克服上述缺点,开发了三层 ●异种金属连接处:
PE结构,这是一种将环氧树脂的抗阴极剥离粘结性与聚乙烯 ●工作管与钢套管之间:
的抗冲击强度相结合的复合结构。然而聚乙烯的耐老化性能 ●工作管与基墩、桥架之间。
与耐环境应力开裂尚未经长期使用的检验,一旦聚乙烯外覆 牺牲阳极保护是利用不同的金属在同一电解质中电极电
盖层老化或开裂失效,内层薄薄的环氧树脂就很难达到等效
位不同,采用比钢电极电位更负,价格比较便宜的有色金属及
的防腐作用,再加上价格较高,因此它只适合在特殊地质条件
其合金,在同一电解质溶解过程中向钢铁提供阴极极化电流,
下采用。
保护钢铁不致于被电解质腐蚀。牺牲阳极法主要用于储罐内
对于管道外防腐材料,要具有一定的基本性能:
壁和具有优良防腐涂层的短小管道。
●有效的电绝缘性;
●有效的阻水屏蔽性;
●涂层缺陷最少;
●与管道表面有良好的附着力;
●能够阻止缺陷随时间的增加;
●维持涂层电阻不随时间变化:
●耐剥离性;
●涂敷方法不会对管道的性能产生不利影响;
●能经受正常搬运、储存和安装能力;
●易于修补:
图2牺牲阳极阴极保护原理
2.3牺牲阳极保护的应用
●对环境无毒害作用。
(1)埋地钢制管道阴极保护按德国规范DIN30676规定,仅
2.2管道的阴极保护
用于阴极保护电流密度<lO A,长度仅几公里的埋地管道;埋
根据电化学腐蚀的原理,在腐蚀电池中阳极受腐蚀而损坏,
设点土壤电阻率≥l5Q.m时,原则上采用镁、镁合金牺牲阳极,
而阴极则保持完好。利用外加的直流电源,通常是阴极保护站
埋设点土壤电阻率<15f2.m时,可以采用锌和锌合金牺牲阳极,
产生的直流电源,使钢管对土壤造成负电位的保护方法,称为
土壤中氯离子含量高的地区也应使用锌和锌合金牺牲阳极。
阴极保护。钢铁处于电解质中的阴极保护有两种方式,即外
(2)临时阴极保护长输油气管道建设期内,外加电流阴
加电流法和牺牲阳极法。
极保护投产之前,土壤电阻率<2011。m地段的管道下沟回填
之后应采用带状牺牲阳极实施临时阴极保护,为保证阴极保
护不会出现过保护,宜选用带状锌阳极。
(3)降低交直流干扰当埋地钢质管道通过直流杂散电流
干扰区,或与≥110KV时交流输电线平行接近敷设时,管道上
可能出现不能允许的直流或交流干扰电压,此时可以采用带
状锌阳极来降低干扰。
钢质管道腐蚀的控制直接关系到管道的安全运行和使用寿
图l外加电流阴极保护的原理
命。做好管道防腐可以减少企业的经济损失,降低资源和能源
外加电流阴极保护是使用外电源使被保护阴极极化到非
的消耗,在一定层度上推动新技术新工艺的开发和应用。钢质
腐蚀区抑制腐蚀,为了保护电流馈入点(通电点)管地电位的
管道防腐是全球性的技术难题之一,是科学技术与工程设计广
稳定,抵抗交流干扰对阴极保护电流输出量的影响,埋地管道
泛关注的热点,钢质管道防腐的研究具有很大的技术经济意义。
阴极保护外加电流源,在交流市电比较可靠的地方优先选用
恒电位仪,建立阴极保护站。阴极保护站直流电源的正极与
参考文献:
接地阳极(常用的阳极材料为废旧钢材)连接,负极与被保护的
【1】关宝印.钢质管道的腐蚀控制技术【J】.管道技术与设务1994(1).
管道连接。外加电流从电源正极通过导线流向接地阳极,直流 【2】GB/T23256--2009钢质管道内腐蚀控制规范【S】.
——
斛协论坛・2010年第7期f下)——