油田化学课件：第11章 埋地管道的腐蚀与防腐.ppt

前前 言言 集输化学是集输工程学与化学之间的交叉集输化学是集输工程学与化学之间的交叉科学，研究如何用化学方法解决原油集输过程科学，研究如何用化学方法解决原油集输过程中遇到的问题中遇到的问题1第三篇第三篇 集输化学集输化学前前 言言 一、原油集输遇到的化学问题：一、原油集输遇到的化学问题：管道与设备的防腐管道与设备的防腐乳化原油的破乳乳化原油的破乳起泡沫原油的消泡起泡沫原油的消泡原油的降凝输送和减阻输送原油的降凝输送和减阻输送天然气的脱水和脱酸性气体天然气的脱水和脱酸性气体污水处理（污水处理（6个目的）个目的）把把油油井井生生产产的的油油气气收收集集、、输输送送和和处处理理成成合合格格原原油油的的过过程程这这一一过过程程从从油油井井井井口口开开始始，，将将油油井井生生产产出出来来的的原原油油和和伴伴生生的的天天然然气气产产品品，，在在油油田田上上进进行行集集中中和和必必要要的的处处理理或或初初加加工工使使之之成成为为合合格格的的原原油油后后，，再再送送往往长长距距离离输输油油管管线线的的首首站站外外输输，，或或者者送送往往矿矿场场油油库库经经其其它它运运输输方方式式送送到到炼炼油油厂厂或或转转运运码码头头；；合合格格的的天天然然气气集集中中到到输输气气管管线线首首站站，，再再送送往往石石油油化化工工厂厂、、液液化化气气厂厂或或其其他他用户。

用户2污水处理污水处理（（1 1））除油除油（（2 2））除氧除氧（（3 3））除固体悬浮物除固体悬浮物（（4 4））防垢防垢（（5 5））缓蚀缓蚀（（6 6））杀菌杀菌前前 言言3管道与设备防腐层中的各种化学剂管道与设备防腐层中的各种化学剂 乳化原油破乳剂乳化原油破乳剂 起泡沫原油消泡剂起泡沫原油消泡剂 原油降凝剂和减阻剂原油降凝剂和减阻剂 天然气处理剂天然气处理剂 污水处理剂污水处理剂二、原油集输用到的化学剂二、原油集输用到的化学剂前前 言言4本章主要内容：本章主要内容：11-1 11-1 埋地管道的腐蚀埋地管道的腐蚀11-2 11-2 埋地管道的防腐埋地管道的防腐第十一章第十一章 埋地管道的腐蚀与防腐埋地管道的腐蚀与防腐 5金属腐蚀金属腐蚀埋地管道的材料多为金属材料金属腐蚀：金属与周围环境起化学或电化学反应而导致破坏为了减少埋地管道的腐蚀，需要使用有效的防护法第十一章第十一章 埋地管道的腐蚀与防腐埋地管道的腐蚀与防腐6第一节第一节埋地管道的腐蚀埋地管道的腐蚀71 1、土壤由四部分组成：、土壤由四部分组成：l矿物l有机质（腐殖酸）l水l空气2 2、土壤的相组成：、土壤的相组成：l固相：矿物颗粒和有机质l液相：土壤水l气相：空气。

一、土壤一、土壤8图图11-2 11-2 土壤腐殖酸分子结构和超分子结构概念的土壤腐殖酸分子结构和超分子结构概念的一个假想结构式（一个假想结构式（------为氢键）为氢键）9二、土壤腐蚀二、土壤腐蚀1 1．．土壤水中含氧时产生的腐蚀土壤水中含氧时产生的腐蚀 管道中不均匀部分的通过微电池产生腐蚀：管道中不均匀部分的通过微电池产生腐蚀： 阳极反应阳极反应 2Fe → 2Fe2+ + 4e+）阴极反应）阴极反应 O2 + 2H2O + 4e → 4OH- 电池反应电池反应 2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe2++ 4OH-102．土壤水含酸性气体时产生的腐蚀．土壤水含酸性气体时产生的腐蚀 若土壤水中含硫化氢和二氧化碳，则它们若土壤水中含硫化氢和二氧化碳，则它们可在水中解离可在水中解离H2S → H+ + HS-CO2 + H2O → H+ +HCO3- 阳极反应阳极反应 Fe → Fe2+ + 2e+）阴极反应）阴极反应 2H+ + 2e → H2↑ 电池反应电池反应 Fe + 2H+ → Fe2+ + H2↑ 11Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 ↓ （白色）（白色）3Fe(OH)2 + 2OH- → Fe3O4 + 4H2O + 2e （黑色）（黑色） 2Fe3O4 + 2OH- + (3n-1)H2O → 3Fe2O3 ·nH2O ↓ + 2e （红色）（红色）Fe2+ + S2- → FeS ↓ （黑色）（黑色）Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3 ↓ （棕色）（棕色）123．土壤中由细菌产生的腐蚀．土壤中由细菌产生的腐蚀土壤水中的硫酸盐还原菌（土壤水中的硫酸盐还原菌（SRB））,厌氧菌，可将厌氧菌，可将硫酸盐还原为硫化物和硫酸盐还原为硫化物和 [O]，产生腐蚀。

产生腐蚀SO42- S2- + 4 [O] SRB 阳极反应阳极反应 Fe → Fe2+ + 2e+）阴极反应）阴极反应 [O] + H2O + 2e → 2OH- 电池反应电池反应 Fe + [O] + H2O → Fe2++ 2OH-13土壤水中的铁菌（土壤水中的铁菌（IB），喜氧菌，可将），喜氧菌，可将Fe2+氧氧化为化为Fe3+，产生腐蚀产生腐蚀4 Fe2+ + O2 + 2H2O 4Fe3+ + 4OH-IB14综合反映土壤的腐蚀综合反映土壤的腐蚀土壤电阻率土壤电阻率 —— 土壤电阻率，土壤电阻率，Ω·m；；R —— 平行截面间土壤的电阻，平行截面间土壤的电阻，Ω；；A ——平行截面间的截面积，平行截面间的截面积，m2；；L —— 平行截面间的垂直距离，平行截面间的垂直距离，m1516埋地管道的防腐埋地管道的防腐第二节第二节第十一章第十一章 埋地管道的腐蚀与防腐埋地管道的腐蚀与防腐17一、覆盖层防腐覆覆盖盖层层：：为为使使金金属属表表面面与与腐腐蚀蚀介介质质隔隔开开而而覆覆盖盖在在金金属属表表面面的的保保护护层层，，又又称称为为防腐层。

防腐层覆覆盖盖层层防防腐腐法法：：用用覆覆盖盖层层抑抑制制金金属属腐腐蚀蚀的方法定义：定义： 18好的防腐层：好的防腐层：l热稳定好热稳定好l化学稳定好化学稳定好l生物稳定好生物稳定好l机械强度高机械强度高l电阻值高电阻值高l渗透性低渗透性低1.石油沥青防腐层石油沥青防腐层2.煤焦油瓷漆防腐层煤焦油瓷漆防腐层3.聚乙烯防腐层聚乙烯防腐层4.聚聚乙乙烯烯聚聚氨氨酯酯泡泡沫沫保保温防腐层温防腐层5.熔结环氧粉末防腐层熔结环氧粉末防腐层6.环氧煤沥青防腐层环氧煤沥青防腐层7.三层型防腐层三层型防腐层191 1、石油沥青防腐层、石油沥青防腐层定义定义以石油沥青涂料为主要材料组成的防腐层以石油沥青涂料为主要材料组成的防腐层20l底漆：由石油沥青溶于工业汽油制成l石油沥青：lI号石油沥青：l软化点为95～110℃的l输送液体温度低于50 ℃的埋地管道lII号石油沥青l软化点为125～140℃l输送液体温度在50～80 ℃范围的埋地管道l内缠带：为玻璃布（由玻璃纤维编织而成）l外缠带：聚氯乙烯工业膜（膜上涂有由氯丁橡胶与松香混合制得的胶粘剂）沥青防腐层的结构：沥青防腐层的结构：212 2、煤焦油瓷漆防腐层、煤焦油瓷漆防腐层22•底漆底漆–由煤焦油和煤焦油沥青溶于二甲苯制成由煤焦油和煤焦油沥青溶于二甲苯制成•煤焦油瓷漆煤焦油瓷漆 （分为三类：软化点分别为大于（分为三类：软化点分别为大于 100 ℃、、105 ℃、、120 ℃））–煤焦油煤焦油–煤焦油沥青煤焦油沥青–煤粉煤粉•内缠带：玻璃纤维织成的毡带，浸渍了胶粘剂内缠带：玻璃纤维织成的毡带，浸渍了胶粘剂（如乙烯与乙酸乙烯酯共聚物）（如乙烯与乙酸乙烯酯共聚物）•外缠带：玻璃纤维织成的毡带，煤焦油瓷漆。

外缠带：玻璃纤维织成的毡带，煤焦油瓷漆233 3、聚乙烯防腐层、聚乙烯防腐层聚乙烯防腐层的产生方法：聚乙烯防腐层的产生方法：挤压包覆法挤压包覆法l将聚乙烯加热熔化，将聚乙烯加热熔化，l挤压包覆在涂有底胶的管道外壁形成防腐层挤压包覆在涂有底胶的管道外壁形成防腐层胶粘带缠绕法胶粘带缠绕法l在聚乙烯带表面涂上粘胶，制得聚乙烯胶粘带在聚乙烯带表面涂上粘胶，制得聚乙烯胶粘带l将聚乙烯胶粘带缠绕在涂有底漆的管道外壁形将聚乙烯胶粘带缠绕在涂有底漆的管道外壁形成聚乙烯防腐层成聚乙烯防腐层244 4、聚乙烯聚氨酯泡沫保温防腐层、聚乙烯聚氨酯泡沫保温防腐层以聚氨酯泡沫为内保温层，以聚乙烯为外保护以聚氨酯泡沫为内保温层，以聚乙烯为外保护层的复合保温防腐层层的复合保温防腐层聚氨酯泡沫通过不同的方法使聚氨酯起泡、固聚氨酯泡沫通过不同的方法使聚氨酯起泡、固化而产生化而产生聚乙烯为高密度的聚乙烯为高密度的目前广泛应用）（目前广泛应用）255 5、熔结环氧粉末防腐层、熔结环氧粉末防腐层将加有固化剂的环氧树脂粉末喷涂在金属表面，将加有固化剂的环氧树脂粉末喷涂在金属表面，在在150150～～180 ℃180 ℃下烘下烘15min15min，即可得到坚韧的熔，即可得到坚韧的熔结环氧粉末防腐层。

结环氧粉末防腐层环氧树脂的软化点的软化点为重要使用参数，环氧树脂的软化点的软化点为重要使用参数，其与聚合度和分子量有关其与聚合度和分子量有关固化剂有双氰胺（胺基与环氧基交联）和酚醛固化剂有双氰胺（胺基与环氧基交联）和酚醛树脂两种（酚基与环氧基交联）树脂两种（酚基与环氧基交联）266 6、环氧煤沥青防腐层、环氧煤沥青防腐层由环氧煤沥青底漆、中层漆和面漆组成由环氧煤沥青底漆、中层漆和面漆组成27加强级和特强级的防护层中增加了内缠带加强级和特强级的防护层中增加了内缠带28环氧树脂可在常温下固化，环氧煤沥青漆可在常温下冷涂环氧树脂可在常温下固化，环氧煤沥青漆可在常温下冷涂7 7、三层型的复合防腐层、三层型的复合防腐层I.底层底层l环氧树脂，环氧树脂，l有很好的防腐性、粘结性与热稳定性；有很好的防腐性、粘结性与热稳定性；II.中层中层l为各种含乙烯基单体的共聚物为各种含乙烯基单体的共聚物l乙烯与乙酸乙烯酯共聚物乙烯与乙酸乙烯酯共聚物l乙烯与丙烯酸乙酯共聚物乙烯与丙烯酸乙酯共聚物l乙烯与顺丁烯二酸甲酯共聚物乙烯与顺丁烯二酸甲酯共聚物l有很强的粘结作用有很强的粘结作用III.外层：外层：l为高密度的聚乙烯、聚丙烯为高密度的聚乙烯、聚丙烯l有很好的机械强度。

有很好的机械强度主要缺点：成本高主要缺点：成本高29二、阴极保护法二、阴极保护法覆盖层防腐法必须与阴极保护法联合使用覆盖层防腐法必须与阴极保护法联合使用l在涂敷过程中防腐层不可避免地会出现在涂敷过程中防腐层不可避免地会出现漏涂点漏涂点l在使用期间防腐层在各种因素作用下，会产生在使用期间防腐层在各种因素作用下，会产生剥离、穿孔、开裂剥离、穿孔、开裂等现象阴极保护法是覆盖层防腐法的补充防腐法阴极保护法是覆盖层防腐法的补充防腐法301 1．外加电流的阴极保护法．外加电流的阴极保护法定义：定义： 将被保护金属与直流电源的负极相连，由外加电流提将被保护金属与直流电源的负极相连，由外加电流提供保护电流，降低腐蚀速率的方法供保护电流，降低腐蚀速率的方法基本原理：基本原理：①①在腐蚀电池中，阳极是被腐蚀，阴极不被腐蚀在腐蚀电池中，阳极是被腐蚀，阴极不被腐蚀②②将直流电源的负极接在需保护的金属上，阳极接在将直流电源的负极接在需保护的金属上，阳极接在辅助电极上，使被保护金属整体变成阴极，产生保辅助电极上，使被保护金属整体变成阴极，产生保护电流③③被保金属与直流电源的负极相连，它发生的是阴极被保金属与直流电源的负极相连，它发生的是阴极反应，得到保护。

反应，得到保护3132 阴极保护法需测定被保护金属的阴极保护法需测定被保护金属的自然电位自然电位和和保护电位保护电位参比电极：参比电极： 铜铜/ /硫酸铜饱和电极硫酸铜饱和电极（（CSECSE）） Cu Cu 2+ + 2e氧化氧化还原还原3334自然电位在中等腐蚀性的土壤中约为自然电位在中等腐蚀性的土壤中约为-0.55V-0.55V（相对于（相对于CSECSE）保护电位一般控制在保护电位一般控制在-0.85-0.85——1.20V1.20V（相对于（相对于CSECSE）范围352.2.牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法定义：定义：将被保护金属和一种可以提供阴极保护电将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护金属腐蚀速率降低的方法护金属腐蚀速率降低的方法36牺牲阳极：牺牲阳极：电位比被保护金属还要负的金属或合金电位比被保护金属还要负的金属或合金好的牺牲阳极应满足：好的牺牲阳极应满足：①①电位足够负电位足够负②电容量电容量大大单位质量牺牲阳极单位质量牺牲阳极“溶解溶解”所能提供保护电流的电量。

所能提供保护电流的电量③电流效率电流效率高高牺牲阳极的实际电容量与理论电容量的比值，以百分牺牲阳极的实际电容量与理论电容量的比值，以百分数表示37④④溶解均匀溶解均匀⑤⑤腐蚀产物易脱落腐蚀产物易脱落⑥⑥制造简单、来源广、成本低制造简单、来源广、成本低• 在牺牲阳极使用时，必须在它的周围加入在牺牲阳极使用时，必须在它的周围加入由硫酸钠、膨润土和石膏粉组成的填包料由硫酸钠、膨润土和石膏粉组成的填包料 填包料起减小牺牲阳极的接地电阻，增加填包料起减小牺牲阳极的接地电阻，增加输出电流和使腐蚀产物易于脱落的作用输出电流和使腐蚀产物易于脱落的作用3839牺牲阳极的腐蚀量：牺牲阳极的腐蚀量：式中：式中：m —— 腐蚀时间内金属的腐蚀量，腐蚀时间内金属的腐蚀量，g；； t —— 腐蚀时间，腐蚀时间，s；； M —— 金属离子的摩尔质量，金属离子的摩尔质量，g·mol-1；； n —— 金属离子的价数；金属离子的价数； F —— Faraday常熟，等于常熟，等于96500 g·mol-1；； I —— 腐蚀电流，腐蚀电流，A。

40本章完本章完41。