管道腐蚀预防

引言

腐蚀是一种自然过程，其中精炼材料与其环境发生反应，转变为更化学稳定的形式。下面我们讨论一些关于腐蚀的常见话题和问题吧。

目录

1. 关于腐蚀
2. 电位序列
3. 阴极保护设计
4. 利用隔离保护管道免受腐蚀
5. 什么是外部和内部腐蚀？
6. 管道事故会造成什么影响？
7. 为什么要将管道埋设于地下？这将带来哪些挑战？
8. 电气隔离如何帮助预防腐蚀？
9. 哪些应用需要电气隔离？
10. 常见的隔离失败原因有哪些？

关于腐蚀

从石油和天然气生产、海事到高速公路、桥梁、管道以及任何地下系统的建设，腐蚀在各个行业都是一个持续存在的现象。腐蚀是一种自然过程，其中精炼材料与其环境发生反应，回归到更化学稳定的形态。腐蚀速率取决于多种环境变量，但腐蚀的发生需要四个基本元素（阳极、阴极、金属路径和电解质）。

在对抗腐蚀的斗争中，完整性工程师会移除这些基本元素中的一个或多个。抵御腐蚀的第一道防线是涂层系统，它有助于保护资产免受周围电解质的侵害。涂层通常用作屏障涂层，保护底材不与电解质接触。除了充当屏障外，某些涂层还使用抑制性或牺牲性颜料。

完整性工程师还必须使用阴极保护（外加电流式或牺牲阳极式）来保护资产，因为涂层可能会受损，这可能导致在缺陷处（涂层假日、开裂等）局部放大腐蚀。阴极保护系统通过将资产的金属表面上所有阳极（活跃）位置转变为阴极（被动）位置来对抗腐蚀，方法是用另一个来源提供电流（或自由电子），以平衡金属结构表面上的电位（左图）。

电位系列

在电位系列中，材料从最贵重（被动）到最负电性（活跃）依次排列。参考下图，镁是最活跃的。当两种金属耦合时，更活跃的金属会与更贵重的材料共享电子，导致负电性材料处发生氧化反应（生锈），从而在更正电性（贵重）材料处发生还原反应。

阴极保护设计

阴极保护（CP）并不消除腐蚀，而是将腐蚀电流从受保护的结构（资产）转移到阴极保护阳极。这适用于镀锌（牺牲）阳极系统和外加电流系统。

牺牲阳极系统易于安装，不需要外部电力，且占地成本最小。牺牲阳极的局限性在于电流输出，一旦阳极被消耗完毕就需要更换，且成本高于外加电流。基于上述特性，镀锌系统在特定应用中被使用（海上、容器内部，或在许多其他金属结构的区域）。镀锌阳极常与外加电流系统结合使用于问题/维修区域、短路套管、阴极干扰/漂移电流放电点、受电气屏蔽影响的区域，以及涂层损伤显著的位置。

外加电流系统由外部电源和阳极组成。电源（整流器）强制电流从阳极通过电解质流向结构。

管道腐蚀保护与绝缘

供应的管道和金属管道部件（阀门、管件等）一般都有涂层。在焊接和检验后，现场再使用环氧树脂覆盖暴露的焊缝坡口。

什么是管道隔离？

在金属管道中，腐蚀是自然界不断尝试将管道还原到其原始氧化状态的过程。这是一个包含四个部分的电化学反应：阳极、阴极、金属路径和电解质。法兰隔离和接头隔离是通过断开金属路径，或阻止阴极保护（CP）中的电流超出CP系统旨在保护的区域，从而防止两种不同金属之间发生电化学反应的一种手段。

此外，阴极保护（CP）系统用于提供额外的电子，使资产成为被动位置或阴极。为了控制这些电子保护的对象，绝缘常被用作CP系统的“书端”。隔离允许您保护特定的资产，并消除不同金属之间的连接。例如：管道进入压缩站，CP系统的作用是保护管道，而不是压缩站。而绝缘将被用于压缩站的两侧，以避免大型金属压缩站耗尽CP电流。

什么是外部腐蚀？

外部腐蚀是由钢管外表面的环境条件引起的，既管道外部与其周围的土壤、空气或水发生电化学互动。镀锌腐蚀和大气腐蚀是常见的外部腐蚀类型。

什么是内部腐蚀？

内部腐蚀是由于输送物品对钢管内表面的化学反应引起的。这可能是由输送的商品本身引起的，也可能是由随商品一起携带的其他物质（如水、硫化氢和二氧化碳）引起的。

天然气会造成腐蚀吗？

天然气可能指包含甲烷、乙烷、H2S、水、COS和其他成分的气体。由于H2S和水的存在，天然气具有腐蚀性。而商业天然气经过处理，不再具有腐蚀性。

什么是PHMSA？

PHMSA是美国交通部（DOT）的一部分。PHMSA是管道和危险物品安全管理局，成立于1970年。

有多少管道故障是由腐蚀引起的？

数据显示，从1998年到2017年，平均约有18%的管道事故是由腐蚀引起的， 您可点击这里了解更多信息。.

管道事故会造成什么影响呢？

为什么要将管道埋设于地下？这带来了哪些挑战？

虽然有一些地上管道，例如著名的是阿拉斯加输油管道系统（TAPS），但绝大多数管道都是埋设的。由于许可要求，管道通常位于地下，以最小化对周围社区的影响。但管道的泵站、阀门和其他特定设备处会露出地面。

将管道埋设于地下会使管道与电解质（腐蚀电池所需的四个元素之一）持续接触。第一道防线是屏障涂层，它在电解质和金属结构之间创建了一层屏障。
电气隔离如何帮助预防腐蚀？

我们可以在管线中安装法兰隔离套件（FIKs）或单体隔离接头（MIJs）来实现管道系统的电气隔离，从而分隔设备或管道段。FIKs和MIJs利用具有电流阻力的材料来阻断电子传递，能有效地消除金属路径。

哪些应用需要电气隔离？

电气隔离用于分割管道段，从而优化外加电流阴极保护系统中整流器的输出电流。通过隔离分割长距离的管道运行，我们可以提高效率，并减小维护或修理对管道的影响。

电气隔离还用于防止对阀门、传感器、压缩站和其他电子设备的干扰或损害。
同时，在任何不同金属连接存在的情况下，也应使用电气隔离，以防止镀锌耦合。

绝缘失败的常见原因是什么？

电气隔离垫片、接头或联合件的失效可能由环境因素、施加在管道系统上的机械力或安装不当引起。而环境因素导致的故障可以通过绝缘所使用的材料来控制。

在管道系统内多种材料会被用于提供电气绝缘。不同的材料具有不同的特性，这些特性会影响它们的有效性（电阻、水吸收、介电强度、渗透性、温度范围、化学抗性、抗压强度）。

电阻是衡量材料抵抗电流流过的能力的指标。

具有高水吸收的隔离材料将受到湿度、雨水和融雪的影响。隔离材料中的水分会导致电阻大幅降低。在温度从高于冰点到低于冰点波动的条件下，隔离材料也有开裂的可能。