英语原文共 19 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

管道腐蚀

腐蚀基本知识:

自然界的金属通常以最低能态存在——通常为金属氧化物、硫化物、氯化物等。金属通过锻造和精炼，可以形成合金材料(如生产有用碳和低合金钢用于油气输送管道),大量的能源消耗和“存储”用在减少金属结构中。大自然中钢铁管道的腐蚀代表了能量向低能量状态变化的倾向(通常为氧化物、碳酸盐或硫化物)。

正常管道中，钢铁发生电化学的腐蚀温度相对较低(低于华200度)。在这个变化过程中,需要阳极和阴极区域在管道上面具有合适的相对位置,阳极和阴极需要在同一个导电水环境中。对于埋地管道,外部腐蚀环境通常会包括潮湿土壤,土壤电导率相对较高。如果存在水和可以积累点线较低将发生管道的内部腐蚀。严重的内部腐蚀通常也需要一个特定的二氧化碳分压和氧气含量的环境。

钢管的腐蚀通过发生在金属管道阳极氧化表面。阳极的腐蚀过程可以为方程表示:

Fe Fe^ 2e^ (1)

阴极部分可能发生的一些电化学腐蚀反应,还要取决于环境的条件:

O2 2H2O 4e^4OH^ (2)

O2 ^4e^ 2H2O (3)

2H2O 2e^ 2OH^ H2 ^ (4)

2H^ 2e^H2 (5)

方程式(1)中铁离子的最终存在方式也取决于环境条件。铁可能留在溶液离子或者形成Fe(OH)2或FeCO3沉淀。对于在潮湿土壤中的外部腐蚀,最终腐蚀产品通常是Fe(OH)2,而涉及二氧化碳的内部腐蚀往往产物为FeCO3。

电化学的动力学过程可以用图1所示。当地的阴极和阳极的开路电位Fc和Fa,如上所示图,大量的电流是由当地的电极发生阴极和阳极的极化路径造成的。综合(平均)腐蚀电位的表面覆盖着小,邻近地方的阳极和阴极(在一个解决方案与中度到高导电性)因此发生的极化曲线电极的方法,如图1所示。

如图2所示,可以用来说明的腐蚀预防使用阴极极化的基本特征。图2显示目前在自由腐蚀样品表面，发生越来越多的极化反应 (c - e - f)。

考虑情况点e。在这一点上,总的电流提供表面,即由当前从当地提供阳极,Ib,当前从外部电压源提供,Ie - Ib。

随着样品表面的阴极极化强度的增加点f,表面阳极电流停滞而且发生在管道表面的腐蚀电流将不断流入。

应该注意的是,在e点样品表面是经历只有部分保护电流,Ie - Ib,被迫到它的表面上。一些腐蚀(如所示阳极电流,Ib)仍然是发生在样品的表面。样品完全保护后的极化电势FA和阳极对总样本的保护作用已经失效。

不过,还应该注意,继续样品表面的极化,电位比FA 低,在防止腐蚀上没有额外的好处,相反,由于涂料和氢致剥离造成困难引起的开裂的钢铁管道。

腐蚀预防:

外部腐蚀：

据了解，目前涂料和阴极保护(CP)是用来防止外部腐蚀管道的主要方法。然而最近管道的安装却把涂料和CP通常被当作最有效的保护手段,因为高质量的涂料大大降低CP，当前需求和应程序功能的CP系统允许一些放松要求100%的“假日”(缺陷)自由涂料。

涂料:

NACE标准RP0169 - 96[1]列表最可取的特征的管道涂层。这些包括以下几点:

1 涂料应具有较高的电阻,绝缘强度高。

2 涂层应该是一个有效的防潮层。

3 所示。涂层应该相当容易应用和应用过程不应该改变管的属性。

4 所示。涂料应具有良好的附着力管道。

5 涂层应耐化学和物理伤害/退化中安装和服务。

6 涂层应该相当容易修复。

7 涂料的使用应该不存在任何环境或健康风险。

管道涂层已经使用和发展了70多年。目前正在应用的涂层系统包括以下:

1 包含嵌入式玻璃纤维垫煤焦油瓷釉。

2 Mill-applied磁带系统。

3 挤压聚乙烯和聚丙烯涂料。

4 融合——保税环氧涂料(领域)。

5 多层,领域在挤压聚乙烯或聚丙烯。

据报道，上面列出的最后三涂层系统在目前市场上都是比较受欢迎的涂层材料。

阴极保护:

上方腐蚀的基本部分已经简要提及过，电化学阴极保护系统 (参见图2)。目前用于阴极极化的示例，利用一个“外加电流系统使”来实现阴极保护。另外,保护电流可以来自一个阳极或一组“电”阳极电化学反应来实现。电镀阳极通常位于10到20英尺。

如下图3中所示的阴极保护系统,示意图表示是一个典型的外加电流保护法。阳极地床通常由石墨或高合金铸铁棒组成。作为电源的整流器，极化电流可能有10-100伏电压范围,一个可用的特区电流范围5-200安培。

动力学过程使用的牺牲阳极阴极保护,如图4所示的ganvanic阳极。牺牲或电镀阳极通常选用纯锌、镁或这些活性相对较强的金属合金。典型的极化电位锌阳极大约是-1.1伏特(衡量使用饱和铜-硫酸铜参比电极- CSE)。一个典型的镁合金阳极的极化余量,另一方面,大约-1.50到-1.55伏和CSE。可用的驱动势牺牲阳极的极化钢结构,因此,相对有限,管的长度,可以使用牺牲阳极保护是相对较小。

目前使用的三个主要的检验标准来评估如果适当的水平的阴极保护(CP)被提供给保护管道由CP系统也中描述NACE标准rp0169 - 96。这些标准是:

1.管道-850 mV的余量与CSE,在CP系统的测量与操作中。

2.极化管道潜在-850 mV与CSE,大约1/2内来衡量1秒后(同时)关掉所有的直流源的管道。

3.100 mV的极化对管道的腐蚀电位。极化电位本评价标准中使用“即时”极化相同标准2。

使用标准# 1,它是公认的NACE,IR降误差的余量测量必须是在运用这一标准估计和评价。尽管在那里没有严格的规定,然而,估计和评价的执行还得依靠这个系统来完成。

然而，上面涉及到的测量标准# 2和# 3,IR降误差引起的流特区的电流保护结构消除了通过测量极化的余量结构或管道后半秒内同时关闭所有特区电流源的结构或管道。当然,有可能是相当大的困难,在寻找并安排同时中断的直流电流管道并未能消除这些来源的电流会导致测量中的错误。

在使用标准# 3,测量或估计的“本地”腐蚀电位现有的管道或结构可能还存在一些困难。新管道没有以前保护CP系统,只需要测量最初的“本地”腐蚀电位,然后打开和等待CP系统管道的余量降至一个稳定值。在这一点上,关掉所有特区电流允许的来源“即时”极化电位的测量管和潜在的转变对原始的原生的余量。

对于现有的大部分管道,在目前CP系统的保护下,关闭所有的特区电流的测量将允许“即时”管道极化电位。一个相当大的等待期(和出现一些重大错误)的机会,另一方面,在获得估计遇到的“本地”在这种情况下腐蚀电位。不幸的是,之前使用管道系统的影响下, 一些广泛的时期，一个通常的CP系统对特定的CP系统评估的将不够准确。

必须注意的是，在安装期间，调整CP电压太低或太高都会影响系统腐蚀的发生。应用电压太低,当然,导致一些腐蚀管道。同时,有证据表明,pH值高,有时出现在应力腐蚀开裂外部表面的管道发生在较低的范围(从极化势大约-0.50和-0.85伏和CSE)。

此外,众所周知,管温度的升高促进腐蚀的管道。为管道或管道领域操作温度远远高于周围的环境温度,操作CP应该考虑-0.95伏以上的余量。的土壤中存在的细菌也可以促进微生物的存在腐蚀管道的外表面(MIC)。在麦克风疑似或地区确认,-0.95伏特的CP潜在或更多的应该考虑。另一方面,CP的电压大于大约-1.05到-1.10伏认为引起一些管线钢氢致开裂(尤其是年长的钢含有较高的硫和磷)。这个氢诱发裂纹出现最高的地方是在硬点产生的管在制造和热影响区焊接的地方小,局部地区可能出现。

最后,CP电压升高可能导致致损伤涂层。它通常是建议CP电压大于大约-1.10伏特是为了避免减少涂层损坏的可能性,由于氢的进化。

内腐蚀:

在管道内部腐蚀需要管道内部的液态水的存在。在输送含有气体的管道中(管道内部腐蚀,将在本文档中讨论),内部腐蚀也通常受二氧化碳分压或硫化氢含量的影响，含量越高，发生腐蚀越强烈。但也知道,在重量百分比或重量分数的基础上, 普通钢腐溶解氧腐蚀比二氧化碳和硫化氢更容易发生。少量水和氧气的存在将极大的改变二氧化碳和硫化物含量对管道内部服饰速率的影响，在有水和氧的环境下，会加剧二氧化碳和硫化物的化学反应，对管道的内腐蚀速率显著加快。

一个来减少内部腐蚀的危险的酸性气体的方法,通过减少酸性气体的浓度，（减少二氧化碳和硫化氢的含量）在气传输流通过这一过程称为“天然气脱硫”。许多气体脱硫过程开发和使用的。这些措施包括,例如:

1 固体床吸收(使用海绵铁,鼹鼠筛子或氧化锌),

2 化学溶剂(如单乙醇胺、二乙醇胺、碳酸钾,等等),

3 专有的物理溶剂,

4 转换硫化氢硫,

5 蒸馏。

如果管道没有在脱水气体之前引入气体或者使用的天然气脱水过程，那么水将从管道中产生,为了防止冷凝液体水的线。当气体的温度低于水露点时,液态水可能形式。液体线将会产生的水,当然,通常会在低的分线。在这里,水将平衡与二氧化碳和硫化氢气体,可以产生局部地区的内部腐蚀率高。

因此脱水前引入气用来防止气体传输管道内部腐蚀，就成为第二个有效方法。脱水的目的过程是减少气体的含水量,在最低压力和温度下，水不会产生水气平凝结，因此可以减少因水进入管道造成腐蚀速率的加快。

到目前为止最常见的天然气脱水过程涉及到接触的气体吸湿性液体如乙二醇。最常见为三甘醇脱水，主要用于用于天然气。脱水的过程发生在一个称为乙二醇multi-tray列接触器。乙二醇 “再生”回收是加热接触器的驱动吸收水。乙二醇脱水通常可以减少气体的露点在传输过程中防止水冷凝。

当然,使用天然气脱硫与天然气脱水这种方法,可以使得天然气管道内部腐蚀问题趋向于最小化。

早些年间，由de Waard和他的同事在Shell(2、3、4、5)导出了 “Shell”模型，预测钢的腐蚀速率与二氧化碳关系的模型。例如,“二氧化碳腐蚀的诺模图”,如图5所示,允许容易估计的预测钢的腐蚀速率在不同的温度和二氧化碳分压。二氧化碳分压和结合温度对腐蚀的影响预期的如图6所示。应该指出,“Sheel”的模式通常是感觉适度大幅保守。例如,模型开发“清洁”系统(不含石油或其他液态碳氢化合物)和浓缩的存在碳氢化合物可能大幅减少观察腐蚀速率。

与腐蚀问题所产生的二氧化碳,硫化氢(在相对较低温度中遇到天然气管道操作)通常环境开裂(硫化物应力开裂,SCC)的问题的原因,而不是腐蚀。备用的选择指南材料用于硫化氢环境(酸性环境)给出了NACE标准MR0175 - 2000[6]。以上浓度的硫化氢的气体流 (和“酸”阈值浓度,从而可能导致鳞状细胞癌)也在NACE定义MR0175 - 2000(见图7)。

腐蚀监测:

外部腐蚀 :

调查方法,通常用来评估外部腐蚀的条件管道包括:

1 管地电位测量,，

2 土壤电阻率测量,

3 测量直流电流沿管道流动,

4 “Bellhole”测试的管道。

管地电位测量通常采用饱和硫酸铜(CSE)参比电极，一般放置在与土壤直接接触线处。利用高输入阻抗伏特计可以测量潜在的数据。把阴极的终端的电压表CSE电极和正极管道与通常使用签署公约(如阅读。,本地裸钢的腐蚀电位在潮湿土壤通常会阅读-0.1和-0.5伏之间)。

对于管道电位测量，通常采用饱和硫酸铜(CSE)参比电极，一般放置在与土壤直接接触处。利用阻抗伏特计对特殊的电位进行测量。把负极的终端的电压表CSE电极和正极管道与通常，通常规定为(如本地裸钢的腐蚀电位在潮湿土壤通常在-0.1和-0.5伏之间)。

管的管地电位调查不是阴极保护(已下可以达到“本地”腐蚀电位开始测量),之前的点在最大的负电位值通常是最高的地区腐蚀率。新安装的管道(和管道部分),然而,通常有管地势比旧的部分更多的负线和管地势新管道(没有CP)通常会倾向于减少级(变得更少-)随着时间的流逝。

管道电位测量主要应用在管道CP,三个主要的国家之一验收标准中给出NACE标准RP - 01 - 69可以使用(和上面所讨论的)。一个实际的例子管地电位测量取自文献[7]中给出图8。如图所示,上面的曲线在图8中,管道中表示的部分图会满意标准# 1(-0.850 V

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

资料编号：[146903]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word