詳解管道陰極保護(hù)原理

helloshigy

第九章　管道陰極保護(hù)
第一節(jié)　腐蝕
一、腐蝕的定義
二、腐蝕的分類
三、腐蝕的基本原理
四、管道的腐蝕控制

一、腐蝕的定義
從廣義上講，腐蝕是材料和環(huán)境相互作用而導(dǎo)致的失效。這個(gè)定義包含了所有的天然和人造材料，例如塑料、陶瓷和金屬。我們通常所研究的腐蝕是金屬的腐蝕，金屬腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用所引起的金屬損失的現(xiàn)象和過程。
二、腐蝕的分類
腐蝕按材料的類型可分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕，就腐蝕破壞的形態(tài)分類，可分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕是一種常見的腐蝕形態(tài)，包括均勻的全面和不均勻全面腐蝕。按腐蝕的機(jī)理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。
金屬管道常見的腐蝕按其作用原理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。
1、化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞�；瘜W(xué)腐蝕是在一定條件下，非電解質(zhì)中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用，即氧化還原反應(yīng)是在反應(yīng)粒子相互作用的瞬間于碰撞的那一個(gè)反應(yīng)點(diǎn)上完成的。在化學(xué)腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與氧化劑間直接進(jìn)行，因而沒有電流產(chǎn)生。
2、電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕指金屬與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞。
特點(diǎn)：在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生
三、腐蝕的基本原理
腐蝕的基本原理是腐蝕原電池理論。由于不同金屬本身的電偶序（即電位）存在著差別，當(dāng)兩種金屬處于同一電解質(zhì)中，并由導(dǎo)體連接這兩種金屬時(shí)，腐蝕電池就形成了。電流通過導(dǎo)體和電解質(zhì)形成電流回路，此時(shí)兩種金屬之間的電位差越大，則電路產(chǎn)生的電壓越大。腐蝕電池一旦形成，陽極金屬表面因不斷地失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，使金屬原子轉(zhuǎn)化為正離子，形成以氫氧化物為主的化合物，也就是說陽極遭到了腐蝕；而陰極金屬則相反，它不斷地從陽極處得到電子，其表面因富集了電子，金屬表面發(fā)生還原反應(yīng)，沒有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

腐蝕過程可表示如下
氧化反應(yīng)：Fe---→Fe2++2e
還原反應(yīng)：O2+2H2O+4e---→4OH-
2H2O+2e---→H2+2OH-


腐蝕電池形成的充分必要條件：
1)必須有陰極和陽極。
2)陰極和陽極之間必須有電位差
3)陰極和陽極之間必須有金屬的電流通道。  
4)陰極和陽極必須浸在同一電解質(zhì)中，該電解質(zhì)中有流動(dòng)的自由離子。
四、管道的腐蝕控制
管道腐蝕的控制方法應(yīng)根據(jù)腐蝕機(jī)理的不同和所處環(huán)境條件的不同，采用相應(yīng)的腐蝕控制方法， 在油氣管道保護(hù)過程中應(yīng)用最為廣泛的控制金屬腐蝕的方法為以下五類：
1、選擇耐腐蝕材料
2、控制腐蝕環(huán)境

3、選擇有效的防腐層
4、陰極保護(hù)
5、添加緩蝕劑

第二節(jié)　管道防腐層
一、管道的外防腐層
二、管道防腐層的維護(hù)
一、管道的外防腐層
1、管道的外防腐層的基本要求
（1）與金屬有良好的粘結(jié)性；
（2）電絕緣性能好；
（3）防水及化學(xué)穩(wěn)定性好；
（4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，耐熱和抗低溫脆性；
（5）耐陰極剝離性能好；
（6）抗微生物腐蝕；
（7）破損后易修復(fù)，并要求價(jià)格低廉和便于施工。

2、埋地管道防腐層的主要種類
埋地管道的防腐層種類主要有石油瀝青、單（雙）層環(huán)氧粉末涂層、3層PE以及聚乙烯膠粘帶等。

3、單層熔結(jié)環(huán)氧粉末
（1）性能
熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂層最早于1961年由美國(guó)開發(fā)成功并應(yīng)用于管道防腐工程，之后在許多國(guó)家得到進(jìn)一步的開發(fā)和應(yīng)用。由于熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂層與鋼管表面粘結(jié)力強(qiáng)、耐化學(xué)介質(zhì)侵蝕性能、耐溫性能等都比較好，抗腐蝕性、耐陰極剝離性、耐老化性、耐土壤應(yīng)力等性能也很好，使用溫度范圍寬(普通熔結(jié)環(huán)氧粉末為-30～100℃，成為國(guó)內(nèi)外管道內(nèi)外防腐涂層技術(shù)的主要體系之一。但由于涂層較�。�0.3－0.5ｍｍ），抗尖銳物沖擊力較差，易被沖擊損壞，不適合于石方段，適合于大部分土壤環(huán)境和定向鉆穿越粘質(zhì)土壤。

(2)結(jié)構(gòu)
熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層簡(jiǎn)稱FBE，F(xiàn)BE外涂層為一次成膜的結(jié)構(gòu) 。
(3)涂敷
涂敷時(shí)鋼管外表面噴(拋)射除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T 8923中規(guī)定的Sa2.5級(jí)，鋼管表面的錨紋深度應(yīng)在40～l00μm范圍內(nèi)，并應(yīng)監(jiān)測(cè)環(huán)氧粉末涂敷之前瞬間的鋼管外表面的溫度，并把溫度控制在粉末生產(chǎn)商的推薦范圍內(nèi)，但最高不得超過275℃。

(4)修補(bǔ)
在FBE管道上發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)先清除掉缺陷部位的所有銹斑、鱗屑、裂紋、污垢和其他雜質(zhì)及松脫的涂層；將缺陷部位打磨成粗糙面， 用干燥的布或刷子將灰塵清除干凈，用雙組分液體環(huán)氧樹脂涂料進(jìn)行局部修補(bǔ)。

4、聚乙烯防腐層
（1）防腐層結(jié)構(gòu)
三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層簡(jiǎn)稱3PE，其底層為環(huán)氧粉末涂料，中層為膠粘劑，外層為聚乙烯，

（2）性能
3PE第一層為環(huán)氧涂料，第二層為膠粘劑，第三層為擠出聚乙烯，各層之間相互緊密粘接，形成一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。它利用環(huán)氧粉末與鋼管表面很強(qiáng)的粘結(jié)力而提高粘結(jié)性；利用擠出聚乙烯優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、抗植物根莖穿透性、抗水浸透性等來提高其整體性能，使得三層PE防腐涂層的整體性能表現(xiàn)更為突出，更為全面，適用于對(duì)覆蓋層機(jī)械性能、耐土壤應(yīng)力及阻水性能要求較高的苛刻環(huán)境，如碎石土壤、石方段、土壤含水量高、植物根系發(fā)達(dá)地區(qū)。

（3）涂敷
在防腐層涂敷前，先清除鋼管表面的油脂和污垢等附著物，并對(duì)鋼管預(yù)熱后進(jìn)行表面預(yù)處理，鋼管預(yù)熱溫度為40～60℃。表面預(yù)處理質(zhì)量應(yīng)達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》GB/T 8923中規(guī)定的Sa2.5級(jí)的要求，錨紋深度達(dá)到50μm～75μm。鋼管表面的焊渣、毛刺等應(yīng)清除干凈。

應(yīng)用無污染的熱源將鋼管加熱至合適的涂敷溫度，環(huán)氧粉末涂料均勻地涂敷到鋼管表面；膠粘劑的涂敷必須在環(huán)氧粉末膠化過程中進(jìn)行；聚乙烯層的涂敷可采用縱向擠出工藝或側(cè)向纏繞工藝。公稱直徑大于5OOmm的鋼管，宜采用側(cè)向纏繞工藝。采用側(cè)向纏繞工藝時(shí)，應(yīng)確保搭接部分的聚乙烯及焊縫兩側(cè)的聚乙烯完全輥壓密實(shí)，并防止壓傷聚乙烯層表面;采用縱向擠出工藝時(shí)，焊縫兩側(cè)不應(yīng)出現(xiàn)空洞。聚乙烯層涂敷后，確保熔結(jié)環(huán)氧涂層固化完全，然后用水冷卻至鋼管溫度不高于60℃。

（4）修補(bǔ)
在3PE管道上發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，對(duì)小于或等于30mm的損傷，宜采用輻射交聯(lián)聚乙烯補(bǔ)傷片修補(bǔ)。修補(bǔ)時(shí)，先除去損傷部位的污物，并將該處的聚乙烯層打毛。然后將損傷部位的聚乙烯層修切成圓形，邊緣應(yīng)倒成鈍角。在孔內(nèi)填滿與補(bǔ)傷片配套的膠粘劑，然后貼上補(bǔ)傷片，補(bǔ)傷片的大小應(yīng)保證其邊緣距聚乙烯層的孔洞邊緣不小于100mm 。貼補(bǔ)時(shí)，應(yīng)邊加熱邊用輥?zhàn)訚L壓或戴耐熱手套用手?jǐn)D壓，排出空氣，直至補(bǔ)傷片四周膠粘劑均勻溢出。


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2012-12-16 11:56 上傳

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chuyun205

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