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第九章 管道阴极保护
第一节 腐蚀
一、腐蚀的定义
二、腐蚀的分类
三、腐蚀的基本原理
四、管道的腐蚀控制
一、腐蚀的定义
从广义上讲，腐蚀是材料和环境相互作用而导致的失效。这个定义包含了所有的天然和人造材料，例如塑料、陶瓷和金属。我们通常所研究的腐蚀是金属的腐蚀，金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学作用所引起的金属损失的现象和过程。
二、腐蚀的分类
腐蚀按材料的类型可分为金属腐蚀和非金属腐蚀，就腐蚀破坏的形态分类，可分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是一种常见的腐蚀形态，包括均匀的全面和不均匀全面腐蚀。按腐蚀的机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
金属管道常见的腐蚀按其作用原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。
1、化学腐蚀
化学腐蚀指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀是在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂间直接进行，因而没有电流产生。
2、电化学腐蚀
电化学腐蚀指金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。
特点：在腐蚀过程中有电流产生
三、腐蚀的基本原理
腐蚀的基本原理是腐蚀原电池理论。由于不同金属本身的电偶序（即电位）存在着差别，当两种金属处于同一电解质中，并由导体连接这两种金属时，腐蚀电池就形成了。电流通过导体和电解质形成电流回路，此时两种金属之间的电位差越大，则电路产生的电压越大。腐蚀电池一旦形成，阳极金属表面因不断地失去电子，发生氧化反应，使金属原子转化为正离子，形成以氢氧化物为主的化合物，也就是说阳极遭到了腐蚀；而阴极金属则相反，它不断地从阳极处得到电子，其表面因富集了电子，金属表面发生还原反应，没有腐蚀现象发生。
腐蚀过程可表示如下
氧化反应：Fe---→Fe2++2e
还原反应：O2+2H2O+4e---→4OH-
2H2O+2e---→H2+2OH-
腐蚀电池形成的充分必要条件：
1)必须有阴极和阳极。
2)阴极和阳极之间必须有电位差
3)阴极和阳极之间必须有金属的电流通道。
4)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。
四、管道的腐蚀控制
管道腐蚀的控制方法应根据腐蚀机理的不同和所处环境条件的不同，采用相应的腐蚀控制方法， 在油气管道保护过程中应用最为广泛的控制金属腐蚀的方法为以下五类：
1、选择耐腐蚀材料
2、控制腐蚀环境
3、选择有效的防腐层
4、阴极保护
5、添加缓蚀剂
第二节 管道防腐层
一、管道的外防腐层
二、管道防腐层的维护
一、管道的外防腐层
1、管道的外防腐层的基本要求
（1）与金属有良好的粘结性；
（2）电绝缘性能好；
（3）防水及化学稳定性好；
（4）有足够的机械强度和韧性，耐热和抗低温脆性；
（5）耐阴极剥离性能好；
（6）抗微生物腐蚀；
（7）破损后易修复，并要求价格低廉和便于施工。
2、埋地管道防腐层的主要种类
埋地管道的防腐层种类主要有石油沥青、单（双）层环氧粉末涂层、3层PE以及聚乙烯胶粘带等。
3、单层熔结环氧粉末
（1）性能
熔结环氧粉末防腐涂层最早于1961年由美国开发成功并应用于管道防腐工程，之后在许多国家得到进一步的开发和应用。由于熔结环氧粉末防腐涂层与钢管表面粘结力强、耐化学介质侵蚀性能、耐温性能等都比较好，抗腐蚀性、耐阴极剥离性、耐老化性、耐土壤应力等性能也很好，使用温度范围宽(普通熔结环氧粉末为-30～100℃，成为国内外管道内外防腐涂层技术的主要体系之一。但由于涂层较薄（0.3－0.5ｍｍ），抗尖锐物冲击力较差，易被冲击损坏，不适合于石方段，适合于大部分土壤环境和定向钻穿越粘质土壤。
(2)结构
熔结环氧粉末涂层简称FBE，FBE外涂层为一次成膜的结构 。
(3)涂敷
涂敷时钢管外表面喷(抛)射除锈等级应达到GB/T 8923中规定的Sa2.5级，钢管表面的锚纹深度应在40～l00μm范围内，并应监测环氧粉末涂敷之前瞬间的钢管外表面的温度，并把温度控制在粉末生产商的推荐范围内，但最高不得超过275℃。
(4)修补
在FBE管道上发现缺陷时，应先清除掉缺陷部位的所有锈斑、鳞屑、裂纹、污垢和其他杂质及松脱的涂层；将缺陷部位打磨成粗糙面， 用干燥的布或刷子将灰尘清除干净，用双组分液体环氧树脂涂料进行局部修补。
4、聚乙烯防腐层
（1）防腐层结构
三层结构聚乙烯防腐层简称3PE，其底层为环氧粉末涂料，中层为胶粘剂，外层为聚乙烯，
（2）性能
3PE第一层为环氧涂料，第二层为胶粘剂，第三层为挤出聚乙烯，各层之间相互紧密粘接，形成一种复合结构，取长补短。它利用环氧粉末与钢管表面很强的粘结力而提高粘结性；利用挤出聚乙烯优良的机械强度、化学稳定性、绝缘性、抗植物根茎穿透性、抗水浸透性等来提高其整体性能，使得三层PE防腐涂层的整体性能表现更为突出，更为全面，适用于对覆盖层机械性能、耐土壤应力及阻水性能要求较高的苛刻环境，如碎石土壤、石方段、土壤含水量高、植物根系发达地区。
（3）涂敷
在防腐层涂敷前，先清除钢管表面的油脂和污垢等附着物，并对钢管预热后进行表面预处理，钢管预热温度为40～60℃。表面预处理质量应达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB/T 8923中规定的Sa2.5级的要求，锚纹深度达到50μm～75μm。钢管表面的焊渣、毛刺等应清除干净。
应用无污染的热源将钢管加热至合适的涂敷温度，环氧粉末涂料均匀地涂敷到钢管表面；胶粘剂的涂敷必须在环氧粉末胶化过程中进行；聚乙烯层的涂敷可采用纵向挤出工艺或侧向缠绕工艺。公称直径大于5OOmm的钢管，宜采用侧向缠绕工艺。采用侧向缠绕工艺时，应确保搭接部分的聚乙烯及焊缝两侧的聚乙烯完全辊压密实，并防止压伤聚乙烯层表面;采用纵向挤出工艺时，焊缝两侧不应出现空洞。聚乙烯层涂敷后，确保熔结环氧涂层固化完全，然后用水冷却至钢管温度不高于60℃。
（4）修补
在3PE管道上发现缺陷时，对小于或等于30mm的损伤，宜采用辐射交联聚乙烯补伤片修补。修补时，先除去损伤部位的污物，并将该处的聚乙烯层打毛。然后将损伤部位的聚乙烯层修切成圆形，边缘应倒成钝角。在孔内填满与补伤片配套的胶粘剂，然后贴上补伤片，补伤片的大小应保证其边缘距聚乙烯层的孔洞边缘不小于100mm 。贴补时，应边加热边用辊子滚压或戴耐热手套用手挤压，排出空气，直至补伤片四周胶粘剂均匀溢出。
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