油气管道缝隙腐蚀及防护.pdf

- 1 8 5 - 中国科技信息 2 0 0 5 年第 1 4 期 C H I N A S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N J u l . 2 0 0 5 工 程 论 坛 0 ，引言 油气管道由于结构原因或加工因素造成的 缝隙，在一定电解质溶液中都会在缝隙的局部 范围内产生严重的腐蚀， 形成缝隙腐蚀。 缝隙腐 蚀是油气管道上一种常见的局部腐蚀形式，其 典型现象是腐蚀呈条形状，并向外延伸发展成 片状腐蚀。 这是一种恶性的腐蚀循环过程， 对油 气管道的危害较大。 因此， 掌握缝隙腐蚀的机理 及影响因素，采用有效的防护措施来延长油气 管道的使用寿命，是摆在我们面前的迫切问题。 1 ，缝隙腐蚀机理 1 . 1 ，浓差电池机理 缝隙腐蚀是一个复杂的过程，包含着若干 互相排斥而又相互补充的因素。这些因素可引 起电位差， 形成电化学电池， 致使阳极位置发生 氧化反应（即腐蚀） ，阴极位置发生某些还原过 程。 浓差电池腐蚀的机理是当同一种金属通过 不同的电解质溶液， 或电解质溶液的浓度、 氧浓 度、温度、气体压力、流速、p H 值等条件不同 时， 在金属的表面便产生不同的电极电位， 形成 浓差腐蚀电池。电极电位较低的管道部位为腐 蚀电池的阳极，发生腐蚀（M→ M e ） 。主 要的浓差电池又以下两种 （1 ）金属离子浓差电池机理 在缝隙内部， 由于溶液的流动受到限制， 最 初的腐蚀反应生成的金属离子发生集聚，这就 使缝隙内外产生金属离子浓度的差别。因此在 缝隙外缘的阳极位置就加速溶解（M → M e ） ，而在缝隙内的阴极位置就出现金属离子的 还原过程（M＋＋ e→ M ） 。 （2 ）氧浓差电池机理 这取决于溶液中的不同溶解氧浓度。电化 学试验表明， 在低氧浓度处金属加速溶解， 高氧 浓度处发生氧的还原反应。缝隙外部表面要比 缝隙内部更容易补充氧气，缝隙内部由于氧的 消耗，氧浓度降低，因而加速腐蚀。 1 . 2 ，一元化机理 为说明缝隙腐蚀的一元化机理，将一段铆 接的金属浸入 p H ＝ 7 的海水中。开始阶段，腐 蚀发生在包括缝隙内部的整个金属表面上，阳 极溶解M→ M e ，阴极还原M＋＋ e→ M 。此时金属和溶液之间电荷是守恒的，金属溶 解产生的电子立即被氧还原消耗掉 （见图1 ） 。 但 经过一个短时间后，缝内的氧由于扩散困难而 减少， 缝隙中的氧化还原反应就被迫停止。 由于 缝内面积和缝外面积比起来通常是很小的，所 以氧还原的总速度几乎没有变化。但贫氧对缝 隙腐蚀有重要的间接影响。 氧消耗完以后， 缝隙 内的氧化还原反应不再发生了，在缝隙外部自 由表面上顺利进行的氧化还原反应的促进作用 下，金属还要继续溶解（如图 2 所示） 。为了保 持电荷平衡的要求，缝隙外部迁移性大的阴离 子（如 c l－）大量迁移进缝隙内。结果就使 缝隙内的金属氯化物浓度大大增加，发生如下 的水解反应 M＋＋ H 2 O → M O H↓ H 形成了不溶解的氢氧化物和游离酸。缝内 溶液的这种酸化作用和高 c l －浓度，会加速大 多金属的阳极溶解速度，而反过来又造成更多 的 c l －迁移进来。这样就形成了一个自催化过 程， 使缝隙腐蚀会加速进行下去。 而缝隙外部相 邻的表面作为阴极得到了保护。 一元化机理对缝隙腐蚀的解释是较全面的， 它考虑了很多因素如金属离子浓度、 氧浓度、 酸 化作用等对缝隙腐蚀的影响。它还可以用于揭 示不锈钢的活化缝隙腐蚀和点蚀型缝隙腐蚀。 因此，一元化机理比浓差电池机理更容易让人 信服。 2 影响因素 2 . 1 ，几何因素 影响缝隙腐蚀的主要几何因素包括缝隙的 尺寸、缝隙内外面积比等，它们对电解液组成、 宏观电池性能都有很大的影响。 当缝隙变窄时， 总腐蚀率增大， 腐蚀深度液 随之增加，但腐蚀深度并非在缝隙最窄时达到 最大。 缝隙最窄时腐蚀深度反而有所降低， 但这 时总腐蚀量却要增大。缝隙宽度在一定值以上 时就不再产生缝隙腐蚀。腐蚀随着缝隙面积的 减小或缝隙外区域面积的增加而增大，这是因 为大阴极（缝隙外区域）小阳极（缝隙内区域） 情况下，小阳极的电流密度在给定电流下很大， 因而腐蚀速度也就大。 2 . 2 ，环境因素 影响缝隙腐蚀的环境因素主要有以下五个 方面 （1 ）卤素离子和其它阴离子 缝隙腐蚀随着 c l －浓度的提高而增大，B r －也能引起缝隙腐蚀，其作用小于 c l －，但大 于 I - 。一些阴离子如 S O 4－、N O 3 -等对缝隙 腐蚀有一定的缓蚀作用，但这些缓蚀性阴离子 对于缝隙腐蚀的保护作用，由于扩散受到限制、 缝隙中缓蚀剂被消耗而产生浓差电池等因素， 常使情况更复杂。 （2 ）溶解氧 在中性电解质内，缝隙腐蚀量随着溶液中 氧浓度的增加而增大。 而在酸性电解质中， 阴极 过程是 H＋放电，溶解氧对缝隙腐蚀的影响就 较小。 （3 ）温度 由于温度对各个相关因素产生不同的影响， 它的变化对缝隙腐蚀的影响就比较复杂，要具 体进行分析。 （4 ）p H值 实验证明，发生缝隙腐蚀的可能性及其扩 展速度与活化状态的阳极行为有关，而且临界 钝化电流越大， 就越易发生缝隙腐蚀。 随着温度 的上升，活化的 p H 值增大，电流也就越大，也 就是说发生缝隙腐蚀的可能性增大。 （5 ）流速 增加腐蚀溶液的流速，输送到缝隙外部的 金属表面上的氧就增加，缝隙腐蚀量也随之增 加。但若是由于运行过程中产生的残渣或生成 的疏松膜而形成的缝隙，流速快反而使这些残 渣或疏松膜不易附着，从而减少了缝隙腐蚀的 机会。 2 . 3 ，材料因素 有的合金元素如 C r 、N i 等对缝隙腐蚀起到 有益的作用， 能加强材料的耐腐蚀性。 钛在室温 下的耐腐蚀性能也很好。焊缝的缝隙腐蚀敏感 性比母材大， 焊接热量输入越大， 就越易发生缝 隙腐蚀。 3 ， 缝隙腐蚀的防护 3 . 1 ，合理选择耐蚀材料 选择材料时要考虑它们在缝隙条件下的耐 蚀性能， 含有高铬、 高钼的不锈钢等耐缝隙腐蚀 的性能较好，当然有时还要考虑到材料价钱方 面的问题。 3 . 2 ，改进设计，改善运行条件 尽量不造成缝隙结构是避免缝隙腐蚀最直 接、最有效的方法。在制造工艺上，尽量用焊接 代替铆接或螺旋连接；用对头焊接代替点焊搭 接；焊接时在接触溶液的焊缝一侧尽量避免孔 洞和缝隙；用不腐蚀的堵缝剂或用焊接来堵死 已经存在的缝隙；在装配前， 接合面要刷涂料或 覆盖涂层等。这些都是防止缝隙腐蚀的好方法。 此外，改善运行条件对提高油气管道的抗缝隙 腐蚀性能也特别重要。对管道进行周期性的清 洗，改进流体的流动情况，防止沉淀物的集积， 也都有利于防止或减少缝隙腐蚀。 3 . 3 ，电化学保护 采用外加电流法或牺牲阳极法进行阴极保 护可有效防止缝隙腐蚀。阴极保护是在金属表 面上通入足够的阳极电流使其电位达到并保持 在钝化区内， 从而防止金属腐蚀。 牺牲阳极法是 靠电位较负的金属 （例如锌） 的溶解来提供所需 保护的电流， 在保护过程中， 这种电位较负的金 四川省重点学科建设项目 编号S Z D 0 4 1 6 油气管道缝隙腐蚀及防护 李越 四川成都西南石油学院 6 1 0 5 0 0 摘 要缝隙腐蚀是一种重要的局部腐蚀形式，可形成恶性的腐蚀循环，对油气管道产生较大危害。缝隙腐蚀受到几何、环境和材料等多种因素的综 合影响，是一个复杂的腐蚀形式。本文分析了缝隙腐蚀的机理和影响因素，并在此基础上给出了控制缝隙腐蚀的主要措施。 关键词缝隙腐蚀；腐蚀防护 （下转第1 6 7 页） - 1 6 7 - 中国科技信息 2 0 0 5 年第 1 4 期 C H I N A S C I E N C E A N D T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N J u l . 2 0 0 5 工 程 论 坛 一、工程机械故障产生的阶段及特点 1 、工程机械使用初期阶段的故障特点 工程机械在使用初期 相当于走合期 其故障 是由高到低 降曲线 ， 使用初期故障率高低是随 制造或维修质量和走合时期的使用有关，如果 工程机械制造或修理质量高，并能正确地使用 与维护，那么，初期故障率就低，否则早期故障 率会高。早期故障多见是联接螺栓松动或松脱； 管道接头松动或松脱；残留金属屑或铸造砂易 堵塞油道或夹在相对运动摩擦副中拉伤机件 如 液压系统中的执行机构油缸 造成漏油；调整后 的间隙或压力发生变化，使机件不能执行规定 能力；有些接合平面因螺栓不紧而漏水、漏油、 漏气等。 2 、工程机械正常使用阶段的故障特点 工程机械走合期结束后，进入正常使用阶 段。 工程机械在这个阶段内运行， 只要按规定维 护和正确使用， 一般不会发生故障， 即便发生故 障，也是随机性的故障 这种故障具有隐蔽性， 维护或检查中不易发现 ，所以故障率很低，曲 线平缓微升。如果工程机械在正常使用期内发 生故障，多属偶然性的或因使用、维护不当所 致。 3 、工程机械使用接近大修期阶段的故障特 点 当工程机械使用接近大修期时，各部件损 耗增大， 技术状况恶化。 这个阶段的故障特点是 故障率高， 而且普遍， 多数是因磨损过甚和零件 老化所造成， 油路中的堵、 漏、 坏现象出现较多。 4 、不同季节工程机械的故障特点 工程机械故障率的高低与季节有关。冬季 低温使用机械时，故障率高于夏季。例如，燃料 供给系在冬季常因气温低雾化不良，燃油易凝 固发生油路堵塞而不易启动，或发动机运转时 熄火等故障；润滑油流动性差，加速了机件磨 损；蓄电池容量下降，造成发动机不易启动、制 动不可靠、液体传动不正常等。 二、 工程机械故障的诊断方法 诊断就是通过故障现象，判断产生故障的 原因及部位。诊断可分为主动诊断和被动诊断。 主动诊断是指工程机械未发生故障时的诊断， 即了解工程机械的过去和现在的技术状况，并 能推测未来变化情况。被动诊断是指对工程机 械已经发生故障后的诊断，是确诊故障产生的 原因和部位。 诊断方法一般可分为两种一种是人工直 观诊断， 另一种是用设备诊断。 这两种诊断方法 都是在不解体或拆下个别小的零件的条件下， 来确定工程机械的技术状况，查明故障的部位 及原因。 由于工程机械施工时，其施工现场一般远 离修理厂所， 如在施工现场出现故障， 往往不具 备利用设备诊断的条件，这就需要维修人员凭 借丰富的经验或借助于简单工具、仪器，以听、 看、闻、 试、摸、 测、 问等方法来检查寻找故障。 1 听根据响声的特征来判断故障。辨别 故障时应注意到异响与转速、 温度、 载荷以及发 出响声位置的关系，同时也应注意异响与伴随 现象。这样判断故障准确率较高。例如，发动机 连杆轴承响 俗称小瓦响 ， 它与听诊位置、 转速、 负荷有关， 伴随有机油压力下降， 但与温度变化 关系不大；如，发动机活塞敲缸与转速、负荷、 温度有关。转速、温度均低时，响声清晰；负荷 大时， 响声明显， 气门敲击声与温度、 负荷无关。 异响表征着工程机械技术状况变化的情况， 异响声越大， 机械技术状况越差。 老化的工程机 械往往发出的异响多而嘈杂，一时不易辨出故 障。这就需要我们平时多听，以训练听觉，不断 地熟悉工程机械各机件运动规律、 零件材料、 所 在环境， 只有这样才能较准确地判断出故障。 例 如，我们平时在生活中所熟悉的锅、碗、瓢、盆 等， 尽管在洗测时响声嘈杂， 但也能辨别出响的 是什么餐具。 2 看直接观察工程机械的异常现象。例 如，漏油、漏水、发动机排出的烟色，以及机件 松脱或断裂等，均可通过察看来判别故障。 3 闻通过用鼻子闻气味判断故障。 例如， 电线烧坏时会发出一种焦煳臭味，从而根据闻 到不同的异常气味判别故障。 4 试试就是试验，有两个含义一是通 过试验使故障再现， 以便判别故障；二是通过置 换怀疑有故障的零部件 将怀疑有故障的零部件 拆下换上同型号好的零部件，再进行试验， 检查故障是否消除，若故障消除说明被置换的 零部件有故障。 应该注意的是，有些部位出现严重的异响 时，不应再做故障再现试验 例如，发动机曲轴 部分有严重异响时，不应再做故障再现试验 ， 以免发生更大的机械事故。 5 摸用手触摸怀疑有故障或与故障相关 的部位，以便找出故障所在。例如，用手触摸制 动鼓，查看温度是否过高，如果温度过高，烫手 难忍，便证明车轮制动器有制动拖滞故障；又 如，通过用手摸柴油机燃料供给系的高压油管 脉动情况，以判别喷油条或喷油器故障。 6 测是用简单仪器测量，根据测得结果 来判别故障。例如，用万用表测量电路中的电 阻、 电压值等， 以此来判断电路或电气元件的故 障。 又如， 用气缸表测量气缸压力来判断气缸的 故障。 7 问通过访问驾驶员来了解工程机械使 用条件和时间，以及故障发生时的现象和病史 等，以便判断故障或为判断故障提供参考资料。 例如， 发动机机油压力过低， 判断此类故障时应 先了解出现机油压力过低是渐变还是突变，同 时还应了解发动机的使用时间、维护情况以及 机油压力随温度变化情况等。 如果维护正常， 但 发动机使用过久， 并伴随有异响， 说明是曲柄连 杆机构磨损过甚，各部配合间隙过大而使机油 的泄漏量增大， 引起机油压力过低。 如果平时维 护不善， 说明机油滤清器堵塞的可能性很大。 如 果机油压力突然降低，说明发动机润滑系统油 路出现了大量的漏油现象。 诊断故障时， 还应注意在使用中， 工程机械 故障发生率高低与使用时间的变化规律及其特 点。 总之，通过了解情况，诊断故障目标明确， 避免故障诊断的盲目性，使故障诊断较为准确、 快捷。 参考资料 1 、焦福全，刘红兵编著.工程机械故障剖析 与处理 . 2 0 0 1 2 、刘树山，陆怀民主编.工程机械 . 1 9 9 5 工程机械的故障分析及诊断方法 崔玉理 山东临沂师范学院工程学院 摘 要通过对工程机械在各个使用阶段的易出现的故障及其特点的分析，介绍了工程机械故障的诊断方法，并主要介绍了工程机械故障的人工直观 诊断方法。 关键词工程机械；故障特点；诊断方法 （上接第1 8 5 页） 属称为阳极，逐渐溶解牺牲掉。外加电流法是靠外部的电源来提供保 护所需的电流，这时被保护的金属称为阴极，为使电流能流通，还要 用废铁等来作为辅助阳极。 4 ，结束语 通过以上分析可知， 缝隙腐蚀是一个复杂的过程， 受到许多因素的影 响，这些因素互相排斥又相互补充。在进行油气管道防腐时，要考虑到合 理选择材料， 施工时尽量不造成缝隙结构， 并进行电化学保护来防止或控 制缝隙腐蚀。 参考文献 [ 1 ] . 任凌波，任晓蕾压力容器腐蚀与控制. 化学工业出版社（北京） ， 2 0 0 2 。 [ 2 ] . 王延春，张存远丁二烯蒸出塔腐蚀原因和机理分析. 腐蚀与防护， 2 0 0 1 ，2 2 （3 ） 。 [ 3 ] . 阎建新金属腐蚀破坏形态及其防护方法，科技情报开发与经济. 2 0 0 0 ，1 0 （5 ） 。 [ 4 ] . 谢翔，高安东，李群站内工艺管网局部腐蚀分析. 油气储运，1 9 9 6 ， 1 5 （2 ） 。 [ 5 ] . 江浩内孔焊分析. 材料与焊接，1 9 9 6 ，1 7 （3 ） 。 作者简介 李越，1 9 7 9 年出生，汉族，天津塘沽人， 2 0 0 2 年毕业于西南石油学院 油气储运工程专业，现为西南石油学院油气储运工程在读硕士生，主要 从事油气管网数值模拟及自动控制系统研究工作。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载