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管道腐蚀

腐蚀基本原理：

在自然环境中，金属通常在它们最低的能量状态中被发现——例如氧化物、硫化物、氯化物等等。为了还原和精炼金属生产有用的合金（例如碳素钢和低合金钢在油气输送管道中的应用。），大量的能源被消耗以及金属结构存储被减少。随着金属管道的腐蚀表明在自然状态下管道中的铁更倾向于回到低能量的状态（通常如氧化物、碳酸盐或者硫化物）。

钢铁的腐蚀——在相对低温的环境下（低于200华氏度）通常会在管道运行中碰到——会因一个电化学过程而发生。反过来，这个过程要求管道表面阳极和阴极区域出现一个合适的且具有传导性的水溶液，该溶液同时接触阴极和阳极两个区域。对于埋在地下的管道，通常是由潮湿的环境和相对高传导性的土壤组成了其外部的腐蚀环境，如果水在管道中较低的点上积累，那么内部腐蚀也会发生。重要的内部腐蚀也通常要求管道中要有二氧化碳或者氧气的显著分压。。

钢铁管道的消耗通过铁质管道壁的氧化剂，发生在管道表面的阳极部分，腐蚀过程的阳极部分因此可以用以下等式表示：Fe →Fe 2e^- (1)

电子化学腐蚀过程中的阴极部分根据环境状态，也许也能通过下反应中的其中一个来表达出来。

O₂ 2H₂O 4e^- → 4OH^- (2)

O₂ 4H 4e^- → 2H²O (3)

2H₂O 2e^- →2OH^- H₂ (4)

H e^- → _ H₂ (5)

在等式（1）中Fe 的最终状态也取决于环境。铁元素也许存在于溶液中，诸如铁溶液中，或者铁元素沉淀在氢氧化亚铁或碳酸铁中。在潮湿的土壤中，对于内部腐蚀而言，最后腐蚀的产品通常是Fe(OH)₂,然而内部腐蚀涉及到二氧化碳经常会导致FeCO₃这一腐蚀产物。

电化学反应过程的动力可以应用图1来表示。局部的阴极和阳极的开路电位也能在图表中表示，随着阴极和阳极的极化路径，能够导致由局部的电极产生的电流的增加。在所有（平均）的表面腐蚀电势由两个小且相邻的阴极和阳极（在一个中度到高度传导性的溶液中）覆盖，因此发生在电极上的极化反应曲线靠近另一个曲线，正如图1所显示的。

正如数据2所显示的，一个相似的图表，可以被用来解释用于阴极极化反应的腐蚀预防的基本特征。数据2中的图表展示了阴极极化反应曲线的延续部分，根据样品表面（线c-e-f），该曲线的延续部分当正极电流部分被迫进入一开始的地方才会发生。

考虑一下当情况发生在e点时。在这个点上全部的电流开始补充到表面I_e全部从阳极供应的电流组成I_b，而I_e – I_b电流从外部电压源补充而来。

正如样品表面的阴极极化反应被增加到f点，从当地阳极二来的所有 电流开始被关闭，所有电流随着样品表面正来自于外部应用电压源而流动。

这需要注意的是，在e点，样品表面正在经历只有部分来自应用电流I_e – I_b的保护，他开始被迫进入表面。一些腐蚀（通过阳极电流I_b来表示）仍然发生在样品表面。样品完全被保护只有在样品的极化电势降到ф_A后，阳极对于样品电流的作用降到0的情况下才能实现。

然而，这同样需要注意的是，样品表面对于电势持续性的极化反应比ф_A更加消极，它对于防止腐蚀没有一点点的附加有利影响，也许取而代之的，因为氢元素的增加而引起问题，破坏了管道涂层和氢元素的增加增大了钢铁管道的裂痕

腐蚀预防：

外部腐蚀

防止管道外部腐蚀的原则性方式一般是涂抹和管道的阴极保护。在最近的安装中，涂抹和阴极保护以极好的新形式被一起使用，自从高质量涂抹管道可以有效减少阴极保护电流的需要和阴极保护系统应用下所允许的对于100%“假期”（瑕疵）免费涂抹的要求。

覆盖层：

美国防腐顾问工程师协会标准RP0169-96对于管道铺盖层列举了大多数必要的特征。它们包括如下内容：

1. 覆盖层需要有很高的电阻力和绝缘能力
2. 覆盖层需要有一层有效的蒸汽介质。
3. 覆盖层应该很容易被应用且应用过程不应改变管道的特性。
4. 覆盖层应该呈现出对管道的很好的附着力。
5. 在安装和维护过程中，覆盖层应该阻止化学和物理的破坏或恶化。
6. 覆盖层在它的领域内，应该很容易被修理维护。
7. 覆盖层的使用不应该呈现出任何对于环境或者健康的危害。

管道覆盖层的使用期限应该超过70年且中国的系统应当被升级进化。覆盖层系统如今正在被应用在如下内容中：

1. 煤油瓷漆包含了玻璃光钎物质。
2. 众多应用的管道系统。
3. 挤压状态下的聚乙烯和聚乙烯覆盖层。
4. 双层熔结环氧粉末防腐
5. 多介质表层，双层熔结环氧粉末防腐存在于挤压状态下的聚乙烯和聚乙烯覆盖层。

最后的三个覆盖层系统所被列举了是如下内容：因消费者和她们未来使用消耗量的增大，覆盖层系统现在正在经历这增长接受度。

阴极保护：

阴极保护系统的电化学基数所被大致呈现在腐蚀基础原理部分（见数据2），现在被用来使阴极极化的样品是被保护的，而这典型的可以从“令人印象深刻的现在”系统来使用外部力量。可选择的，保护性的电流可以从一个电抗性的、流电性的阳极或者一些阳极。流电性质的阳极典型地存在于那些被保护的管道的斑点的10—20英尺之间。

一个电路原理图代表着典型的电流。阴极保护斯通被显示在图三中。阳极在土地上常常被用来做碳纤维或者高精铸造的铁合金。整流器当成是电流极化的源泉，也许，整流器有一个10——100伏特之间的电压和5——200安培之间可得的电流。

因为阳极电流从阳极流到电源阴极的尾部，在一个外部电路中，与直流电源相连。这对于被保护的管道和整流器阴极尾部相连接是很重要的。整流器阳极尾部的管道链接将会导致管道腐蚀物质的急剧累积。（而不是计划的腐蚀物质的减少或者清楚）

阴极保护过程是需要用到一种具有牺牲性和流电性的阳极的动力学，在数据4中阐述了这一动力学。这一具有牺牲性的或流电性的阳极通常是被相对纯度的锌、镁或这些合金物质焊接的。通常锌元素阳极被极化的电视大约在1.1伏特左右（正如用饱和铜-硫酸铜测定，参考电极CSE）。另一方面，通常被极化的镁元素合金阳极被极化的电流大约是在1.5—1.55伏特之间。因此，可获得使用电流，从电势到极化钢铁结构的具有牺牲性的阳极是想多受到局限的。管道的长度可以通过使用牺牲性的阳极来被保护是相对几率比较小的。

现在正在使用的三个主要的检查基准来评估在适当水平的阴极保护通过阴极保护系统被用来保护管道，同样在NACE标准RP0169-9中描述出来了。这些标准是：

1. 一个管道电势在阴极保护系统的操作中测的850毫伏。
2. 在关掉管道中直接电流的所有来源后（同时地）的大于1秒到0.5秒见所测得的被极化的管道电势为850毫伏。
3. 100压的极化与管的本机的腐蚀电位。被极化的电势在评价规范中所使用的是相同的“即时通”的极化反应在标准2中被使用。

在所使用的标准1中，通过NACE被认为，。这是IR在电势测量过程中的留下的错误，在某种程度上，在应用这些标准时必须被清楚和评估。然而，现在对于如何清楚和评估还没有确切的指导纲领。

在进行此联过程中涉及到标准2和标准3，在同时关闭所有结构和管道的直流电所有电源来源，因电流引起的误差使被保护结构通过测量结构或者管道的被极化的电势而被消除。当然，这可能是一个相当大的困难，花费在发现和安排所有管道的直流电流的同时紊乱，和清楚这些电流源的失败将会导致测量的失误。

在所使用的标准3中，存在于管道或者管道结构中的“本土的”腐蚀电势的测量和评估也许同样或出现一些困难。对于一些新的管道之前没有被阴极保护系统提前保护，这只需测量一开始的“本土的”腐蚀潜能，然后开启阴极保护体系，等到管道中的电势下降到稳定的价值中。在这个意义上，关闭所有直流电流源允许管道中被极化的电势中“即时的”测量，转移电势带原本的电势中去。

存在于管道中的是现位于阴极保护体系之下的，关闭所有直流.电流将会允许管道中“及时”被极化的电势的测量。在另一方面，，一个相当长的等待期间（一些错误的重要机会期）也许会在这个期间获得“本土”腐蚀潜力的清除。不幸的是，之前使用的管道体系在某些外延时间内，处于阴极保护体系的影响之下，这是典型的使其服从于阴极保护体系的评估之下。

在安装或者调整阴极极化体系的过程中，必须十分小心，以确保被应用的阴极极化电压不会太高也不会太低。

当然，所应用的电压过低将可能导致管道的一些腐蚀。一些证据，如PH值、应力腐蚀开裂在某些时候也会使得管道外部表面在较低的极化电位上发生腐蚀（大约在0.5—0.85伏特之间）

另一方面，阴极极化的电压大约比1.05伏特—1.10伏特更大，，这被认为会产生包含在一些钢铁管道中的氢元素（特别是在一些年久的管道中含有更高成分的硫磺和磷光粉），这种氢引起的开裂似乎是最大的硬点在制造过程中产生的管和在热影响区，在小的，局部硬的区域可能存在的焊缝。

最后评估阴极极化电压也许会引起覆盖层含氢元素的破坏。所以常被推荐的是阴极极化电压大约比1.10伏特更高，以避免在由于氢的演化而降低了涂层损伤的可能性。

内部腐蚀：

管道的内部腐蚀需要在管道中存在流动状态的水。在气体交换的管道中（在这份文件中，只有这样的管道将会被讨论），内部腐蚀同样经常象征着，在管道中有二氧化碳或者硫化氢的重要部分压力的出现。

然而，我们同样也知道，在一个重量百分比或重量分数的基础上，溶解氧对普通钢的腐蚀性比二氧化碳或硫化氢强。虽然气体传输线内有明显的氧浓度的概率显然非常低。但应该明白的是，即使是很小的氧分压生产出令人惊讶的高的内部腐蚀率在钢管，也含有液态水。

减轻内部腐蚀危险的方式是通过酸性气体、二氧化碳和硫化氢，是减少气体在气体输送流中的浓度这一过程被称为“脱硫”。许多气脱硫工艺已被开发并使用。比如一下所包含的内容：

1. 固体床吸收（用海绵铁，摩尔筛或氧化锌）
2. 化学溶剂（如单乙醇胺、二乙醇胺、碳酸钾等）
3. 专有的物理溶剂
4. 硫化氢对硫的转化
5. 蒸馏。

水可以形成一个管道，如果一直没有尝试之前，它的天然气脱水线的引入或如果使用的气体脱水过程中没有产生水气体中的含量低，以防止液体中的水的冷凝水。如果气体的温度降在它的水露点以下，液态水可能会形成。当然，液体水也会在管道中产生，但其往往积累在管道中较低的点上。在这里，水将会与气体中的二氧化碳和硫化氢平衡，产生局部腐蚀速率高的局部区域。

另一种用于防止气体输送管道内腐蚀的二次有效方法是气脱水之前，将其引入管道中。脱水过程目的是将气体的含水量降低到一个足够低的水平，即水不会凝结在管道下的最低压力和温度，气体将存在于管道中。

目前最常见的天然气脱水过程涉及与气体接触的气体，吸湿性液体，如乙二醇。用于天然气脱水最常见的三乙二醇。脱水过程发生在一个多托盘列称为乙二醇接触器。乙二醇是“再生的”，然后再通过加热来驱动接触器，以使其能被加热吸收的水。在传输过程中乙二醇脱水通常可以很容易地减少气体的露点，以防止水凝结所需的水平。

当然，在天然气脱水的结合使用，将气体脱硫，减少天然气管道内腐蚀问题的可能性。

根据De Waard和同事在壳[ 2、3、4、5 ]早期的工作形成了被称作为预测钢的腐蚀速率的“壳”模型。例如，如图5所示，“图为二氧化碳腐蚀”，可以预测的简易估算钢在不同温度和二氧化碳分压下的腐蚀速率。如图6所展示的，这个温度和二氧化碳分压对预期腐蚀的影响率。应该指出的是，“壳”模型一般认为被认为是相对适度保守。例如，模型被发展为“干净”系统（不包含油或其他液体烃）和冷凝的存在碳氢化合物，这可能会大幅降低所观察到的腐蚀速率。

与二氧化碳，硫化氢产生的重量损失腐蚀问题相反（在相对较低的温度下遇到的气体管道操作），其一般原因为环境开裂（硫化物应力开裂，应力腐蚀）的问题而不是重量损失腐蚀。在NACE标准mr0175-2000 [ 6 ]中，指明了用于使用硫化氢环境的候选材料的选择指南（酸性环境）。这个气体流应考虑“酸”（和阈值浓度，从而可能导致SCC）也被定义在NACEmr0175-2000（见下面的图7）。

腐蚀监测：

外部腐蚀

常用来的评估外部管道腐蚀情况的调查方法包括测量方法包

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