1、1 陈洪源 高级工程师 中国石油管道科技研究中心防腐研究所所长 2001年至今 ， 从事油气 管道腐蚀 防护相关 工作 13833656595 H 2 管道腐蚀防护与外检测 中国石油油管 道科技研究中心 陈洪源 2015年 5月 3 交流内容 1、管道的腐蚀与防护 管道外腐蚀控制技术 管道内腐蚀控制技术 2、管道外检测 外腐蚀直接评价 杂散电流干扰检测 特殊管段的检测与评价技术 4 管道外腐蚀 : 涂层缺陷 涂层屏蔽 阴保不当 套管搭接 AC、 DC干扰腐蚀 管道应力腐蚀开裂 : 高 PH值应力腐蚀 开裂 近中性 PH值应力 腐蚀开裂 埋地钢质管道的腐蚀 管道内腐蚀 : 腐蚀性介质 (CO2、
2、 H2S和水 ) 微生物 (铁细菌、SRB、真菌和异样菌 ) 管道的腐蚀与防护 5 管道外腐蚀控制技术 管道干线： 防腐层阴极保护 站场设施： 防腐层 +部分施加区域阴极保护 防腐蚀设计已成为管道建设必不可少的一部分，目前新建管道投资中约有 10用于腐蚀控制，腐蚀控制系统的管理较为规范。 管道的腐蚀与防护 6 埋地管道腐蚀的方式主要是 电化学腐蚀 。腐蚀电池形成的充分必要条件 ： 必须有阴极和阳极； 阴极和阳极之间必须有电位差； 阴极和阳极之间必须有金属的电流通道； 阴极和阳极必须浸在同一电解质中，该电解质中有流动的自由离子 。 阴极区 阴极区 管道表面的腐蚀电池 管道的腐蚀与防护 7 基于以
3、上管道金属的腐蚀的机理，人们最早采取的方式是在管道表面涂敷防腐层，使管道不与腐蚀介质接触，如内涂层，外防腐层。 正常情况下外防腐层可有效防止管道发生腐蚀。但是，当管道防腐层发生失效或损坏时，管道就存在腐蚀的危险，而如果同时存在阴极保护不足的情况，防腐层损坏处的管道就会发生腐蚀。 V + 管道的腐蚀与防护 8 管道外腐蚀控制技术 防腐层 管道的腐蚀与防护 9 防腐涂层 沥青类 ： 石油沥青及改性产品 20世纪 80年代中期以 前大量应用 煤焦油瓷漆及配套材料 环氧类 ： 单双层熔结环氧粉末（ FBE） 液态环氧 近年采用 聚烯烃类 ： 聚乙烯胶粘带 二三层聚乙烯 泡沫夹克防腐保温结构 管道的腐蚀
4、与防护 10 聚乙烯胶粘带 以聚乙烯薄膜为基材 ， 复合一层胶粘剂而成 。 聚乙烯胶带涂层由底漆 、 防腐胶粘带（ 内带 ） 、 保护胶粘带构成 。 以聚丙烯增强纤维为背材 ， 并涂敷一层橡胶改性沥青而制成 。 聚乙烯胶带涂层由底漆 、 防腐胶粘带（ 内带 ） 、 保护胶粘带构成 。 聚丙烯胶粘带 管道的腐蚀与防护 11 液态环氧 优点 ：对钢管具有极强的附着力、优异的耐磨耐腐蚀性能和良好的电绝缘性能 缺点 ：需要严格控制固化条件，固化不完全易于造成早期失效。溶剂型涂料用作防腐涂装，溶剂挥发对环境有一定污染，而且容易产生针孔，绝缘性能随时间下降较快。 应用情况 ：主要用于防腐大修、减阻内涂、市
5、政管网。 管道的腐蚀与防护 12 环氧粉末防腐层 优点 具有对钢铁强粘结、良好的膜完整性、优秀的耐阴极剥离性能、耐土壤应力、耐磨损、可冷弯等特点，使用温度范围广（ -30100 ）。 缺点 耐冲击能力有限，吸水率较高、耐湿热性较差 管道的腐蚀与防护 13 三层聚乙烯防腐层 底层：熔结环氧底层 ,厚度 200m；中间层：共聚物热熔胶，厚度 170250m； 外层：聚乙烯防腐层 ,厚度 3.0（加强级 3.7mm）。 使用寿命在 30年以上，阴极保护电流密度在 1 5A/m2 。 从使用环境方面考虑分为常温型（低于 50 环境使用）和高温型（最高设计温度为 70 ）。 为满足更高环境温度下的使用需
6、要，目前已成功研制并使用了三层结构聚丙烯涂层（三层 PP）。 管道的腐蚀与防护 14 优点： 兼有 FBE优异的防腐性能、良好的粘结性与抗阴极剥离性能以及聚烯烃优良的机械性能、绝缘性能及强抗渗透性 ，综合性能较好。 缺点： 涂装工艺复杂，补口及管道配件涂装的一致性差；一旦失去粘结，由于阴极保护屏蔽将导致剥离涂层下的腐蚀，不具备失效安全性。 三层聚乙烯防腐层 管道的腐蚀与防护 15 3PE防腐聚氨酯直埋保温管 特点： 1、具有防腐、防水、保温、隔热、耐低温等多种功能； 2、形成了防腐 保温 防护， “ 三位一体 ” 的复合结构； PE管 PU层 钢 管 3PE层 端面防水帽 管道的腐蚀与防护 1
7、6 环焊缝补口防腐层 辐射交联聚乙烯热收缩套（带） 3PE管道补口主流 液体涂料（环氧 /聚氨酯） 粘弹体胶带 +外护带（冷缠胶带 /热烤压敏胶带） 压敏胶型热收缩带（ 有 环氧底漆 /无环氧底漆） 管道的腐蚀与防护 17 粘弹体防腐材料 是一种聚烯烃类单分子聚合物，对表面处理要求较低，可保持年以上使用寿命，长期密封性能极好，可彻底阻断水分侵入被保护结构，进而达到防止腐蚀的目的。 根据防腐构件的不同形状，粘弹体防腐材料有防腐胶带和防腐膏两种。 管道的腐蚀与防护 18 粘弹体防腐材料 现场施工简单方便，表面处理要求较低，无需喷砂处理； 可直接粘结于 、 、环氧、 、沥青等各种涂层上 ; 轻微机械
8、损伤可自我修复，特别适用于异型管件的防水密封 ; 需与其他具有较好抗冲击性能的外护胶带联用，如聚乙烯、聚丙烯等。 粘弹体防腐材料可用于管道防腐补口、站场埋地管道、阀门、法兰、弯头、三通等构件的防腐。 管道的腐蚀与防护 19 无溶剂环氧玻璃钢 由无溶剂改性环氧涂料和增强玻璃纤维布组成，无溶剂改性环氧涂料为双组分反应固化型，由主要成膜物和固化剂组成，并与玻璃纤维布配套使用。 机械强度高，耐磨性能好； 附着力强； 硬度高，有一定补强作用； 管道的腐蚀与防护 20 管道外腐蚀控制技术 阴极保护 管道的腐蚀与防护 21 阴极保护 给腐蚀电池补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面发
9、生阴极极化，电位趋于同一负电位。从而减小电极的电位差，抑制了腐蚀电池的作用。 盐水 Zn Fe v + 阳 极 -1.3V 管道的腐蚀与防护 22 阴极保护的基本形式 （ 1）牺牲阳极法： 在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极。 管道的腐蚀与防护 系统构成： 阳极（镁合金、锌合金、铝合金等） 阳极填料包 管道 连接电缆 牺牲阳极 23 阴极保护的基本形式 （ 2）强制电流法： 用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极接管道，将电源的正极接至辅助阳极，在阴极保护电
10、流的作用下，使管道表面发生阴极极化，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。为提高阳极的寿命，一般采用填包料填充。 系统构成： 辅助阳极地床（高硅铸铁、石墨、 MMO、柔性阳极） 电源（恒电位仪） 被保护管道 附属设施（绝缘接头、跨接电缆、参比电极等） + - 辅助阳极 恒电位仪 管道的腐蚀与防护 24 （ 2）强制电流法 用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极接管道，将电源的正极接至辅助阳极，在阴极保护电流的作用下，使管道表面发生阴极极化，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。为提高阳极的寿命，一般采用
11、填包料填充。 管道 参比电极 零位接阴 输出阴极 输出阳极 参比电极 辅助阳极 + 管道的腐蚀与防护 25 恒电位 当系统受到干扰、搭接，或断路故障时，可以从恒电位仪工作参数的变化反应出来。当管道防腐层劣化时，系统自动提高输出。 恒电流 保证系统能够稳定地输出电流，对于干扰、搭接、管道防腐层破损和老化情况不敏感。 恒电位模式的弊端： 只能发现干扰，但避免不了干扰，受干扰影响时系统无法正常工作。如果控制参比电极失效或电位漂移严重，系统的提示并不明显。 不管采取哪种运行方式，阴极保护最终目的是管道的保护电位要满足准则的要求。 恒电位仪运行模式的对比 管道的腐蚀与防护 26 阴极保护系统附属设施 管
12、道测试桩 根据测试桩的功能不同可以分为 电位 测试桩、 电流 测试桩、 跨接 桩、牺牲阳极 测试桩、绝缘法兰和管道电流综合测试桩、穿越测试桩等。 如何识别测试桩的类型？ 管道的腐蚀与防护 测试桩内引线数量 测试桩类型 只有一引线或两根悬空的引线 电位测试桩 两条引线，并用铜片跨接， 阴极保护系统进出站绝缘接头外侧跨接桩； 三条引线 牺牲阳极跨接桩 四条引线 位于干线为电流测试桩，；位于站内的为绝缘法兰测试桩，分站内侧和站外侧； 27 绝缘接头（法兰） 在长输管线各分输站（或阀室）的进 /出站处都安装了绝缘接头（法兰），一般埋地的是绝缘接头，架空的一般是绝缘法兰，其作用是将非保护管段与阴极保护管
13、道绝缘分隔。 如果绝缘接头漏电，会导致阴极保护电流流失；系统的有效保护范围缩小；恒电位仪输出异常；管道电位极化不上去等问题。通常，进出站 绝缘接头（法兰）外侧通过跨接电缆来实现电连续。 为防止雷击或大电流的冲击破坏，在绝缘接头（法兰）两侧会安装锌接地电池、或氧化锌避雷器、或火花间隙进行保护。 管道的腐蚀与防护 阴极保护系统附属 设施 28 参比电极 工程用的一般为硫酸铜参比电极，也有锌参比电极。分为 长效参比电极 和 便携式参比电极 。 长效参比电极主要用于长期监测电位，一般埋设于地下，设注水孔，定期注水，防流空失效；安装时需要填充和浸泡。 便携式参比电极主要用于日常测试电位。 CuSO4溶液
14、 电极外壳 纯铜棒 微渗陶瓷片 便携式参比电极的结构 电极导线 管道的腐蚀与防护 阴极保护系统附属设施 29 自然电位 管道在无阴极保护电流时，管道与其临近电解质（土壤）的电位差。 给定电位（控制电位）： 人为设定的通电点处对地电位，与管道零位接阴引和控制长效参比电极的电位进行比较，用以调整系统输出。比如给定电位为 1200mV， 1500mV等。 IR降 在阴极保护系统通电时，参比电极和管道测量点之间的阴极保护电流分量与土壤介质电阻、管道涂层电阻形成的直流欧姆电压降。 通电电位： 阴极保护系统持续运行时测量得到的管道相对电解质（土壤）电位， Eon 断电电位 /极化电位： 在切断阴极保护电流瞬间，极化电位尚未衰减之前测得的管道相对电解质（土壤）的电位， Eoff 。 管道的腐蚀与防护 常用术语 30 管道的腐蚀与防护 通电电位、断电电位、 IR降的关系
