1、腐蚀与防护概论第四章 工业及自然环境中的腐蚀第一节第一节 石油天然气生产设备腐蚀石油天然气生产设备腐蚀从石油勘探、开采到油气生产加工都使用从石油勘探、开采到油气生产加工都使用大量钢管和容器，如各种钻探用的大量钢管和容器，如各种钻探用的钻柱和钻柱和管柱、管柱、油气输送和储存用的油气输送和储存用的各种管道和贮各种管道和贮罐罐等。等。石油天然气生产包括石油天然气生产包括油气开发油气开发和和油气储运油气储运两个部分。两个部分。油气开发部分的腐蚀：油气开发部分的腐蚀：主要包括钻井、采油和采气以及地面油气主要包括钻井、采油和采气以及地面油气集输系统腐蚀，如集输系统腐蚀，如钻杆、油套管、抽油杆钻杆、油套管、
2、抽油杆的断裂、穿孔和挤毁的断裂、穿孔和挤毁。此外还包括油田注。此外还包括油田注水系统的腐蚀问题。水系统的腐蚀问题。例如，塔里木的轮南油田其原始地层压力在例如，塔里木的轮南油田其原始地层压力在50MPa以上，温度为以上，温度为120左右，氯离子含量高达左右，氯离子含量高达130g/L，CO2分压分压0.73.5MPa。这样恶劣的腐蚀。这样恶劣的腐蚀环境对井下设备造成了十分严重的腐蚀。环境对井下设备造成了十分严重的腐蚀。采油管未加缓蚀剂使用采油管未加缓蚀剂使用1年半发生严重孔蚀年半发生严重孔蚀孔蚀：孔蚀：又叫点蚀、坑蚀，是一种集中发生在某些又叫点蚀、坑蚀，是一种集中发生在某些点处并向金属内部发展的
3、孔、坑状腐蚀。点处并向金属内部发展的孔、坑状腐蚀。钝化膜破坏理论认为带有氧化膜的金属与钝化膜破坏理论认为带有氧化膜的金属与Cl-等等活性阴离子接触，由于活性阴离子接触，由于Cl-半径较小易于穿过表半径较小易于穿过表面膜面膜，使之局部破损成为蚀孔核心。在表面膜受，使之局部破损成为蚀孔核心。在表面膜受到破坏的部位，露底金属呈活化状态成为阳极，到破坏的部位，露底金属呈活化状态成为阳极，未受破坏处仍处于钝态成为阴极，构成大阴极未受破坏处仍处于钝态成为阴极，构成大阴极小阳极的宏观腐蚀电池。小阳极的宏观腐蚀电池。油气储运部分：油气储运部分：我国目前有油气长输管道我国目前有油气长输管道2万多千米万多千米，各
4、种，各种油管、油库数量庞大，埋地油、气、水管油管、油库数量庞大，埋地油、气、水管道服役环境十分复杂，往往要穿越河流、道服役环境十分复杂，往往要穿越河流、公路、乡村、城镇、沼泽等地带，公路、乡村、城镇、沼泽等地带，受到直受到直流、交流杂散电流干扰流、交流杂散电流干扰，因此很容易在土，因此很容易在土壤中发生壤中发生腐蚀穿孔腐蚀穿孔，造成油、气、水的跑，造成油、气、水的跑冒滴漏，产生巨大的经济损失。冒滴漏，产生巨大的经济损失。土壤腐蚀的几种形式土壤腐蚀的几种形式（l l）由于充气不均匀引起的腐蚀）由于充气不均匀引起的腐蚀 这主要指地下管线穿过结构不同和潮湿这主要指地下管线穿过结构不同和潮湿程度不同的
5、土壤带时，由于所接触的程度不同的土壤带时，由于所接触的氧氧浓度差别引起的宏电池腐蚀浓度差别引起的宏电池腐蚀。（2 2）由于杂散电流引起的腐蚀）由于杂散电流引起的腐蚀 电气火车、电车、电解槽、电焊机等直流电力系电气火车、电车、电解槽、电焊机等直流电力系统都可在土壤中产生杂散电流，使邻近的埋在地统都可在土壤中产生杂散电流，使邻近的埋在地下的金属构筑物，管道等都因这种杂散电流引起下的金属构筑物，管道等都因这种杂散电流引起腐蚀（腐蚀（也可以理解为在外电流作用下的电解也可以理解为在外电流作用下的电解）。）。其特点是，其特点是，金属被腐蚀部分不是由金属本身的电金属被腐蚀部分不是由金属本身的电极电位决定极电
6、位决定，而是由外部电流的极性和大小决定，而是由外部电流的极性和大小决定，这种腐蚀往往比一般土壤腐蚀更严重。这种腐蚀往往比一般土壤腐蚀更严重。第二节第二节 化工与石油化工设备腐蚀化工与石油化工设备腐蚀在化学工业中存在各种酸、碱、盐和有机在化学工业中存在各种酸、碱、盐和有机溶剂等强腐蚀介质。此外，化工生产过程溶剂等强腐蚀介质。此外，化工生产过程愈来愈多地要求在高温、高压和连续操作愈来愈多地要求在高温、高压和连续操作的条件下运行，所以腐蚀损失尤为严重。的条件下运行，所以腐蚀损失尤为严重。化工设备的腐蚀事故常常是由于化工设备的腐蚀事故常常是由于应力腐蚀应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、氢脆或孔蚀破裂、腐蚀疲劳、
7、氢脆或孔蚀等难以预测等难以预测的局部腐蚀形式引起的。的局部腐蚀形式引起的。应力腐蚀：是在应力腐蚀：是在拉应力和特定腐蚀介质协拉应力和特定腐蚀介质协同作用同作用下发生的金属的破断现象。下发生的金属的破断现象。应力腐蚀产生的条件应力腐蚀产生的条件 （1 1）存在一定的）存在一定的拉应力拉应力 （2 2）材料的应力腐蚀）材料的应力腐蚀敏感性敏感性：材料的强：材料的强度水平越高，越易发生应力腐蚀。度水平越高，越易发生应力腐蚀。（3 3）对介质的选择对介质的选择：某种材料只有在特：某种材料只有在特定的腐蚀介质中才会发生。定的腐蚀介质中才会发生。易于发生应力腐蚀开裂的金属易于发生应力腐蚀开裂的金属介质体系
8、介质体系合合 金金介介 质质低碳钢低碳钢热硝酸盐溶液、过氧化氢热硝酸盐溶液、过氧化氢低合金钢低合金钢氢氧化钠、三氯化铁溶液氢氧化钠、三氯化铁溶液高强度钢高强度钢蒸馏水、湿大气、硫化氢蒸馏水、湿大气、硫化氢H2S奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢氯化物溶液、高温高压含氧纯水氯化物溶液、高温高压含氧纯水铜合金铜合金含含SO2大气、氨溶液、三氯化铁大气、氨溶液、三氯化铁铝合金铝合金氧化钠水溶液、海水、含氧化钠水溶液、海水、含SO2大气大气钛合金钛合金含含Cl、Br、I水溶液、甲醇水溶液、甲醇腐蚀疲劳：腐蚀疲劳：是指金属材料在是指金属材料在腐蚀介质和交腐蚀介质和交变应力共同作用变应力共同作用下引起的破坏。下引起
9、的破坏。氢脆：氢脆：是指氢对金属的破坏。在腐蚀性环是指氢对金属的破坏。在腐蚀性环境下，境下，裂纹尖端溶液酸化，氢离子裂纹尖端溶液酸化，氢离子H H+浓度浓度提高，并且被还原变成吸附氢原子提高，并且被还原变成吸附氢原子H H，向，向金属内部扩散，金属内部扩散，使裂纹尖端区脆化，促进使裂纹尖端区脆化，促进裂纹扩张，使金属发生脆性断裂。裂纹扩张，使金属发生脆性断裂。化工生产的腐蚀危害还表现在，化工生产的腐蚀危害还表现在，由于跑、冒、滴、由于跑、冒、滴、漏以及泄出废气、废液所造成的环境污染严重。漏以及泄出废气、废液所造成的环境污染严重。例如，氯碱厂的腐蚀会造成氨气、盐酸等的泄漏例如，氯碱厂的腐蚀会造成
10、氨气、盐酸等的泄漏等等。等等。化工企业共分为化工企业共分为1717个行业，其中腐蚀最严重的个行业，其中腐蚀最严重的行业是行业是氯碱和电石、化肥、纯碱、农药、染料和氯碱和电石、化肥、纯碱、农药、染料和无机盐无机盐等六个行业。等六个行业。第三节第三节 基础设施的腐蚀基础设施的腐蚀基础设施（基础设施（如公路、桥梁等如公路、桥梁等）大多以钢筋混）大多以钢筋混凝土结构为主体，而凝土结构为主体，而钢筋腐蚀钢筋腐蚀是钢筋混凝土是钢筋混凝土结构破坏的主要原因。结构破坏的主要原因。特别是以桥梁为代表的钢筋混凝土基础设施特别是以桥梁为代表的钢筋混凝土基础设施的腐蚀破坏，成为当今世界突出的问题。的腐蚀破坏，成为当今
11、世界突出的问题。环境污染对钢筋腐蚀的影响环境污染对钢筋腐蚀的影响1、CO2的影响的影响混凝土中钢筋保持钝化状态的临界碱度是混凝土中钢筋保持钝化状态的临界碱度是pH=11.5。而工业生产中有大量。而工业生产中有大量CO2排到大排到大气中，气中，CO2与混凝土中的与混凝土中的Ca（OH）2起化起化学反应，生成中性的碳酸盐学反应，生成中性的碳酸盐CaCO3使混凝使混凝土土“碳化碳化”。“碳化碳化”的结果可使的结果可使pH9。此时，钢筋锈蚀就是不可避免的了。此时，钢筋锈蚀就是不可避免的了。2 2、SOSO2 2对钢筋的腐蚀对钢筋的腐蚀 SO2、SO3及其形成的酸雨，一方面中和及其形成的酸雨，一方面中和
12、混凝土中的混凝土中的Ca（OH）2，使混凝土变得，使混凝土变得不稳定，不稳定，碱度降低碱度降低。另一方面，所生成。另一方面，所生成的硫酸盐使混凝土进一步发生膨胀侵蚀的硫酸盐使混凝土进一步发生膨胀侵蚀作用，可使混凝土作用，可使混凝土胀裂、酥化胀裂、酥化。混凝土。混凝土自身遭破坏，自然会降低或丧失对其内自身遭破坏，自然会降低或丧失对其内钢筋的保护能力。钢筋的保护能力。提高混凝土自身耐久性与防护能力的主要技术提高混凝土自身耐久性与防护能力的主要技术指标：指标：1 1、密实性、密实性 影响混凝土耐久性的因素，按重要影响混凝土耐久性的因素，按重要程度排列次序是：程度排列次序是：钢筋腐蚀、冻融破坏、化学钢
13、筋腐蚀、冻融破坏、化学侵蚀侵蚀等。而这些因素影响力，无不取决于混凝等。而这些因素影响力，无不取决于混凝土的密实性。土的密实性。2 2、抗裂性、抗裂性 混凝土抗裂性（宏观、微观裂纹）混凝土抗裂性（宏观、微观裂纹）应该最大限度地保证和提高应该最大限度地保证和提高。3、高碱度、高碱度 最大限度地、长时期地确保混凝土最大限度地、长时期地确保混凝土具有高碱度（具有高碱度（pH12），为钢筋保持钝化状态），为钢筋保持钝化状态提供一个必要的环境。提供一个必要的环境。以氯盐为主的腐蚀环境中保护钢筋的措施以氯盐为主的腐蚀环境中保护钢筋的措施措施种类措施种类措施内容措施内容钢筋材质及涂层钢筋材质及涂层环氧涂层钢筋
14、、镀锌钢筋、耐蚀合金钢环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、耐蚀合金钢筋、不锈钢钢筋筋、不锈钢钢筋混凝土外加剂、混凝土外加剂、掺和料掺和料钢筋阻锈剂、硅灰、细粉煤灰、其他外钢筋阻锈剂、硅灰、细粉煤灰、其他外加剂、掺和料、纤维添加剂等加剂、掺和料、纤维添加剂等混凝土表面封闭、混凝土表面封闭、涂层涂层硅酮类、涂料、聚合物灰浆、聚合物浸硅酮类、涂料、聚合物灰浆、聚合物浸渍等渍等电化学方法电化学方法阴极保护、电化学除盐阴极保护、电化学除盐维护维护裂缝修补、清洗排水、控制防冻盐用量裂缝修补、清洗排水、控制防冻盐用量第四节第四节 火力发电厂设备腐蚀火力发电厂设备腐蚀电力工业的锅炉及汽轮发电机组均以千吨电力工业的锅炉及汽
15、轮发电机组均以千吨计，主设备不可能大量采用耐蚀材料。计，主设备不可能大量采用耐蚀材料。为防止火力发电厂腐蚀，首要的是采取为防止火力发电厂腐蚀，首要的是采取合合理的防腐蚀水质处理设计理的防腐蚀水质处理设计，使锅炉机组使，使锅炉机组使用的水汽介质尽可能纯净，在此基础上采用的水汽介质尽可能纯净，在此基础上采取辅助性防腐蚀水质处理。取辅助性防腐蚀水质处理。火电厂热力设备的腐蚀主要表现为火电厂热力设备的腐蚀主要表现为锅炉、凝锅炉、凝气器和气轮机气器和气轮机等设备的腐蚀。其中锅炉设备等设备的腐蚀。其中锅炉设备占占70%以上。以上。锅炉腐蚀中最常见的是锅炉腐蚀中最常见的是水冷管壁、再热器、水冷管壁、再热器、
16、过热器和省煤器过热器和省煤器（四管）的腐蚀爆管，占锅（四管）的腐蚀爆管，占锅炉故障的炉故障的60%以上。以上。抑制抑制“四管四管”爆漏的措施包括爆漏的措施包括合理选用管材、合理选用管材、确保焊缝质量、确保水气品质、改进锅炉燃确保焊缝质量、确保水气品质、改进锅炉燃烧、严格操作规范烧、严格操作规范等。等。湍流腐蚀（湍流腐蚀（冲蚀冲蚀），），指腐蚀性流体指腐蚀性流体（或气体）与金属表面间相互运动（或气体）与金属表面间相互运动而引起金属的加速腐蚀。而引起金属的加速腐蚀。第五节第五节 水利枢纽金属结构腐蚀水利枢纽金属结构腐蚀水利枢纽工程中，金属结构设备是其重要水利枢纽工程中，金属结构设备是其重要组成部分
17、，金属材料的用量非常大。在组成部分，金属材料的用量非常大。在长长江三峡水利枢纽工程中，钢材用量高达江三峡水利枢纽工程中，钢材用量高达26万吨，钢筋万吨，钢筋35.43万吨，需进行防腐蚀处理万吨，需进行防腐蚀处理的总面积达的总面积达240多万平方米多万平方米。由此可见，腐。由此可见，腐蚀与防护在水利建设中具有重要的作用，蚀与防护在水利建设中具有重要的作用，是关系到水利枢纽安全可靠，保证正常生是关系到水利枢纽安全可靠，保证正常生产的关键技术之一。产的关键技术之一。水利枢纽中金属构件及设备包括：水利枢纽中金属构件及设备包括：（1）船闸金属结构船闸金属结构，包括室外设备、室内设备和包括室外设备、室内设
18、备和水下设备。水下设备。（2）发电厂金属结构及附属设备发电厂金属结构及附属设备，包括电站进口包括电站进口拦污栅、检修门、快速门、压力钢管、尾水门、拦污栅、检修门、快速门、压力钢管、尾水门、厂房钢结构、输变电铁塔架以及水轮发电机组及厂房钢结构、输变电铁塔架以及水轮发电机组及其附属设备、电缆支架等。其附属设备、电缆支架等。（3）泄洪建筑物部分泄洪建筑物部分，包括大坝深孔、表孔、导包括大坝深孔、表孔、导流底孔及相应的闸门和启闭设备，在导流底扎孔流底孔及相应的闸门和启闭设备，在导流底扎孔口下游还有反钩检修迭梁。口下游还有反钩检修迭梁。这些水利枢纽钢结构腐蚀主要有：这些水利枢纽钢结构腐蚀主要有：（1 1
19、）大气腐蚀）大气腐蚀（2 2）金属结构焊接处腐蚀）金属结构焊接处腐蚀（3 3）水流作用下的）水流作用下的气蚀或空穴腐蚀气蚀或空穴腐蚀（4 4）高速含泥沙水的磨蚀）高速含泥沙水的磨蚀 （5 5）水下水生物附着造成的腐蚀）水下水生物附着造成的腐蚀主要防护措施包括，主要防护措施包括，热喷锌涂层处理、有热喷锌涂层处理、有机涂层防护处理、水溶性无机富锌涂层处机涂层防护处理、水溶性无机富锌涂层处理理及玻璃钢防护处理。及玻璃钢防护处理。空泡腐蚀又称空蚀。空泡腐蚀又称空蚀。流体高速运动时产生气泡流体高速运动时产生气泡和空腔，气泡和空腔高速破灭，和空腔，气泡和空腔高速破灭，瞬间产生极大瞬间产生极大压力（压力（几
20、千个大气压）几千个大气压），这种压力不仅破坏金，这种压力不仅破坏金属表面保护膜，甚至将金属粒子撕离其表面，属表面保护膜，甚至将金属粒子撕离其表面，造成金属强烈破坏。造成金属强烈破坏。海洋设施面临的是海水腐蚀，海洋设施面临的是海水腐蚀，影响海水腐蚀速度影响海水腐蚀速度的因素有：的因素有：1 1、盐类及其浓度、盐类及其浓度 海水的盐度波动直接影响到海水的盐度波动直接影响到海水的海水的比电导比电导，同时海水中含有大量，同时海水中含有大量ClCl-离子，离子，这些都会影响金属的腐蚀速度。这些都会影响金属的腐蚀速度。2 2、含氧量、含氧量 溶解氧含量是影响海水腐蚀的重要溶解氧含量是影响海水腐蚀的重要因素
21、，因为金属在海水中的腐蚀主要是因素，因为金属在海水中的腐蚀主要是氧去极化氧去极化的阴极控制过程的阴极控制过程。3 3、温度、温度 一般认为，海水温度每上升一般认为，海水温度每上升1010，金，金属腐蚀速度将增加一倍属腐蚀速度将增加一倍。4、海生物、海生物 在丛生叶绿素植物处，水层中在丛生叶绿素植物处，水层中含氧含氧量增加量增加；海生动物在其生命活动中会放出；海生动物在其生命活动中会放出CO2；有时由于死亡的海生物分解，可能有时由于死亡的海生物分解，可能析出析出H2S，致使周围的液体酸化。以上三种情况都改变了致使周围的液体酸化。以上三种情况都改变了金属周围的海水成分使腐蚀速度增加金属周围的海水成
22、分使腐蚀速度增加。5、海水流速、海水流速 随着海水流速的增加，腐蚀速度随着海水流速的增加，腐蚀速度也随之增大。也随之增大。当海水流速很大时，会造成冲击当海水流速很大时，会造成冲击腐蚀腐蚀。第六节第六节 电子设备金属材料的腐蚀电子设备金属材料的腐蚀电子设备（包括电子元器件）的腐蚀，不电子设备（包括电子元器件）的腐蚀，不仅仅造成了材料的损耗，更为严重的是，仅仅造成了材料的损耗，更为严重的是，它它使产品精度和可靠性降低使产品精度和可靠性降低。电子设备的制造、运输、储存、使用主要电子设备的制造、运输、储存、使用主要是处于是处于大气环境大气环境中，为中，为大气腐蚀大气腐蚀。因此，。因此，电子产品的腐蚀特
23、征主要由该区的大气湿电子产品的腐蚀特征主要由该区的大气湿度和温度而定，而度和温度而定，而潮湿是最为有害的潮湿是最为有害的。大气腐蚀的主要类型：大气腐蚀的主要类型：1 1、潮大气腐蚀、潮大气腐蚀（RH60RH607575）：当大当大气中的相对湿度相当高，金属气中的相对湿度相当高，金属表面存在着表面存在着肉眼看不见肉眼看不见的水膜层时所发生的腐蚀。的水膜层时所发生的腐蚀。2 2、湿大气腐蚀、湿大气腐蚀（RH RH 7575）：当大气当大气中的中的相对湿度接近相对湿度接近100100，或者当雨水直接，或者当雨水直接落在金属表面上，金属表面便存在着肉眼落在金属表面上，金属表面便存在着肉眼可见的凝结水膜
24、层时，所发生的腐蚀可见的凝结水膜层时，所发生的腐蚀。影响大气腐蚀的因素影响大气腐蚀的因素1 1、相对湿度、相对湿度只有在相对湿度超过某一范围后，大气腐蚀速度才只有在相对湿度超过某一范围后，大气腐蚀速度才突然升高，这一相对湿度范围称为临界湿度，对于突然升高，这一相对湿度范围称为临界湿度，对于钢、铜、镍、锌来说，钢、铜、镍、锌来说，临界湿度临界湿度大约为大约为50507070。2 2、温度、温度温度的影响温度的影响主要表现在有温差情况下，周期性地在主要表现在有温差情况下，周期性地在金属表面结露金属表面结露。例如，气温剧变，白天温度高，夜。例如，气温剧变，白天温度高，夜间下降，金属表面温度常低于周围
25、大气温度，因而间下降，金属表面温度常低于周围大气温度，因而水汽经常在金属表面上凝结，加速了大气腐蚀。水汽经常在金属表面上凝结，加速了大气腐蚀。3 3、大气成分、大气成分（1）CO2、SO2。SO2 是危害性最大的一种污是危害性最大的一种污染物，大气中相对湿度大于染物，大气中相对湿度大于70时只需含时只需含0.01SO2，钢铁腐蚀速度便急剧增加。，钢铁腐蚀速度便急剧增加。（3）NaCl 其颗粒落在金属表面上，由于它具有其颗粒落在金属表面上，由于它具有吸湿作用，同时增大了表面液膜层的电导，促进吸湿作用，同时增大了表面液膜层的电导，促进了大气腐蚀。了大气腐蚀。（4）固体尘粒固体尘粒 在城市大气中固体
26、尘粒落在金属在城市大气中固体尘粒落在金属表面将成为吸附水分子的凝聚中心，使水汽在低表面将成为吸附水分子的凝聚中心，使水汽在低于正常的临界相对湿度下凝聚成水膜，因而加速于正常的临界相对湿度下凝聚成水膜，因而加速了金属的腐蚀。了金属的腐蚀。电子设备最主要和最常见的腐蚀如下：电子设备最主要和最常见的腐蚀如下：（1 1）一般电化学腐蚀）一般电化学腐蚀腐蚀发生在元件表面的个别部位上，其腐蚀深度腐蚀发生在元件表面的个别部位上，其腐蚀深度不大但占有一定面积，因此称为不大但占有一定面积，因此称为斑状腐蚀斑状腐蚀。此外，电子设备中使用大量的有机材料，其中的此外，电子设备中使用大量的有机材料，其中的腐蚀性挥发物（
27、主要为甲酸和乙酸）达到一定浓腐蚀性挥发物（主要为甲酸和乙酸）达到一定浓度，并在一定的湿度和温度下时，就会发生度，并在一定的湿度和温度下时，就会发生气氛气氛腐蚀腐蚀（可视为有机气氛对大气腐蚀的加速作用）。（可视为有机气氛对大气腐蚀的加速作用）。（2）电偶腐蚀）电偶腐蚀不同金属互相接触或金属与导电的石墨等接触引不同金属互相接触或金属与导电的石墨等接触引起的起的电偶腐蚀是使电子设备失效的最常见问题。电偶腐蚀是使电子设备失效的最常见问题。（3）镀（涂）层下的腐蚀）镀（涂）层下的腐蚀电子设备常采取各种表面处理技术，如电镀、真电子设备常采取各种表面处理技术，如电镀、真空镀、阳极氧化处理等。但这些空镀、阳极氧化处理等。但这些镀（涂）层都或镀（涂）层都或多或少存在一定的孔隙。湿气或腐蚀介质会通过多或少存在一定的孔隙。湿气或腐蚀介质会通过孔隙的毛细作用，抵达母体金属表面，而引起腐孔隙的毛细作用，抵达母体金属表面，而引起腐蚀。蚀。此种腐蚀常常引致金属镀（涂）层的起泡和此种腐蚀常常引致金属镀（涂）层的起泡和分层，以至局部剥落。分层，以至局部剥落。本课程到此结束，谢谢各位同学的支持！祝同学们在今后的学习和工作中取得更大的成绩！
