金属腐蚀与防护论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇金属腐蚀与防护论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

我国石油、天然气资源长距离输送主要依靠埋地管道来实现，埋地输油管道运输方向不受限制，比公路、铁路、水运等运输方式安全、有效、运输费用低，是目前最主要的油气运输方式。但埋地输油管线大多以钢管为主，长距离大口径金属管道埋入地下后必然要遭受严重的腐蚀。目前，国内外埋地钢质管道广泛采用阴极保护防护技术。

1、阴极保护技术

金属发生腐蚀的实质是金属与周围环境发生电化学反应。金属腐蚀时失去电子被氧化成为金属阳离子。

腐蚀反应的阳极反应为：

阴极反应为：

金属电化学腐蚀必须具备的4个条件：（1）必须有阳极和阴极；（2）阳极和阴极之间必须存在电位差；（3）阳极和阴极处于有流动自由离子的同一电解质中，；（4） 有电路连接。

根据金属腐蚀原理，为减缓腐蚀，有效的途径是减小或消除阴阳两极间的电位差。实现阴极保护的方法主要有两种。

1.1 外加电流阴极保护法

外加电流阴极保护法是将直流电源的负极连接到被保护的金属，利用外加电流对金属进行阴极极化（如图1）[1]。

图1 外加电流阴极保护原理示意图

进行阴极保护时，用辅助阳极将保护电流传递给被保护金属，被保护金属在大地电池中成为阴极，表面只发生还原反应，不发生氧化反应，从而抑制被保护金属的腐蚀。

1.2 牺牲阳极保护法

牺牲阳极保护法是在被保护金属上连接一个如镁阳极、锌阳极或铝阳极等电位更负的金属作为阳极，使之与被保护金属在电解质溶液中形成大电池，连接的金属作为阳极被腐蚀消耗掉，被保护的金属则为阴极，进行阴极极化，降低腐蚀速率。 （如图2）。

图2牺牲阳极阴极保护原理示意图

2、阴极保护基本原理

图3阴极保护原理的极化图

阴极保护原理用腐蚀电极的极化图进行解释。由图3可看出，Ea为金属腐蚀阳极初始电位，Ec为金属腐蚀阴极初始电位。未通外电流前，阳极极化和阴极极化曲线交于点S，点S电位为腐蚀电池的自腐蚀电位Ecorr与自腐蚀电流Icorr。在腐蚀电流作用下，金属表面阳极不断发生腐蚀破坏。对金属施加阴极电流进行阴极保护，金属自腐蚀电位向下方移动，当金属总电位负移到Ep，所需极化电流为Ic，Ic由两部分组成，一部分是外加电流的（相当于 BC 线段），另一部分是阳极溶解产生的电流（相当于 AB 段）。如图可见阳极溶解的电流小于Icorr，表明金属得到保护。外加阴极电流继续增大，则金属电位变得更负。当金属极化电位负移到阳极初始电位Ea时，腐蚀电流趋于零，则金属完全保护，此时外加电流就是使金属达到完全保护所需电流[2]。

3、阴极保护参数

3.1最小保护电位

最小保护电位是阴极保护时金属表面得到完全保护时的电位。在实际生产中，为兼顾保护程度和保护效率，给出了一个保护电位范围，允许金属在保护电位下以不大的速度进行均匀腐蚀[3]。我国国家标准规定了不同类型金属构筑物在水中和埋地的保护电位范围（见表1）。

3.2最小保护电流密度

在阴极保护中，当被保护结构达到最小保护电位时，所对应的保护电流密度称最小保护电流密度。最小保护电流密度受金属的表面状态、环境条件及被保护金属种类等多种因素的影响[4]。常见金属构件最小保护电流密度见表2。

4、埋地管道阴极保护技术发展现状

1823年，英国学者Davy用锌作为牺牲阳极来防止固定木船铜包皮的铁螺钉的腐蚀，开始了现代腐蚀科学中阴极保护技术的研究。1890年，爱迪生尝试用外加阴极电流保护船舶，然而，由于当时没有合适的阳极材料和电源设备，他的设想未能成功。1902年，K.Cohen成功将外加直流电流应用于阴极保护。1906年，Herbert Geppert建成了第一个管道阴极保护站，并于1908年3月27日申请了第一个有关外加电流阴极保护的德国专利[5]。如今，阴极保护技术经过190多年的发展，广泛应用于地下管道、埋地储罐、舰船、码头海洋平台等设施，是一项实用、有效、简便、经济的金属防蚀措施。

我国阴极保护技术发展得比较完备，但阴极保护检测评价技术还比较落后，主要表现在以下两个方面：（1）测试方法落后，长输管线管地电位测量，普遍采用埋设测试桩来测量，这种方法在测量过程中，存在着土壤及防护层IR 降的影响，因此，通过近参比或地表法测量的极化电位，并不是真实的管道保护电位，致使长输管道局部管段实际上处于欠保护状况。（2）在电位测量的准确性与完整性上都需要进一步提高，部分管道基 本人工测量，没有自动通/断电系统，测得的是通电电位，含有 IR 降，这不符合现行标准要求。在遥测方面，国内也在大胆探索，但因路线和水平所限，进展缓慢。针对目前这些现状，未来阴极护技术的发展大致朝以下几个方向发展[6]：（1）实现阴极保护的计算机辅助设计、构建保护系统数学模型，优化保护参数实现对阴极保护效果的科学预测与评估。（2）开发研制对环境污染小、寿命长、稳定性好、高性能辅助阳极材料；（3）输出功率高、体积小、环保、节能的阴极保护系统电源的应用；（4）建立阴极保护自检测系统，以实现对阴极保护系统的远程监测与控制。

参考文献：

[1] 严大凡， 翁勇基， 董少华. 油气长输管道风险评价与完整性管理[M]. 北京： 化学工业出版社， 2005. 45-53.

[2] 邓津洋， 马夏康， 引谢平.长输管道安全[M]. 北京： 化学工业出版社， 2004. 68-69.

[3] 郭明. 阴极保护技术的研究与应用[D]. 大庆石油学院硕士论文， 2006.8-13.

篇（2）

20世纪50年代前腐蚀的定义只局限于金属腐蚀。从50年代以后，许多权威的腐蚀学者

或研究机构倾向于把腐蚀的定义扩大到所有的材料。金属及其合金至今仍然是最重要的结构材料，所以金属腐蚀还是最引人注意的问题之一。腐蚀给合金材料造成的直接损失巨大。有人统计每年全世界腐蚀报废的金属约一亿吨,占年产量的20%～40%。估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备相当于年产量的30%。显然，金属构件的毁坏，其价值远比金属材料的价值大的多；发达国家每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的2-4%；美国每年因腐蚀要多消耗3.4%的能源；我国每年因腐蚀造成的经济损失至少达二百亿。腐蚀的巨大危害不仅体现在经济损失上，它还会带来惨重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、阻碍新技术的发展、促进自然资源的损耗。

电镀技术对解决材料的腐蚀具有重大作用。 电镀在工业中的作用大致分为美观装饰、防护延寿、特殊功能等三大类其作用有： 1、 美化产品美观，提升产品附加值

通过在基体表面电镀一层金属镀膜，赋予产品表面金属质感、仿古色等多种精美金属色，提高商品的附加值，在家居建材装饰等行业广泛应用，如：门锁、灯具、卫浴、家居装饰、工艺制品等。常见的镀种有，镍、铬、仿金（黄铜）、黑镍、金、银等。 2、防护基体，延长产品寿命，节约金属资源

防护性电镀是电镀加工工艺中主要的工艺种类之一。通过在基体表面镀覆一层薄而致密的耐蚀镀层或比基体电位负的阳极性镀层，以达到保护基体、延长产品使用寿命的目的。在装饰产品的同时也节约了资源。防护型镀层广泛应用在汽车、轮船、机械等行业。如：汽车轮毂、摩托车档泥板、机械配件、钢构等，代表工艺有多层镍铬、锌、锡等。

3、使非金属材料金属化：塑料电镀是此类工艺的代表。随着塑料电镀工艺的发展成熟，使得塑料等新材料工业得到了飞速发展，使得电子工业中的集成电路成为可能，推动了整个电子工业的发展，最具代表的就是PCB塑料电路板电镀工艺。通过在塑料表面金属化后镀覆一层铜，再经过电路刻蚀后形集成电镀板。现代的体积小，功能强大的电子产品均得益于此电镀工艺。

二、国内外电镀技术研究现状、水平及发展趋势

目前，电镀技术主要在装饰、材料轻量化和异形结构加工方面研究发展较为成熟。现代汽车、摩托车和自行车日趋轻量化且豪华美观, 其塑料电镀发挥了重要作用。建筑装饰已是建筑物的重要组成部分。无论是从经济效益, 还是从提高建筑安全性能的角度来看, 采用轻质非金属材料制作建筑装饰件都是十分有利的, 而材料的首选就是玻璃钢(FRP)。在FRP无电镀技术以前, 在建筑中就有多项应用。减轻材料的重量，对建筑的安全性具有重要作用。塑料电镀技术是首选。目前此技术已在建筑领域发挥巨大作用。

2007年12月14日，在北京航空航天大学如心学术会议厅，由北京电镀学会组织召开了2007年下半年的电镀新技术学术研讨会。会议介绍了最近的研究成果，包括高性能贵金属氧化物不溶性阳极、有机废水电解处理、导电性纳米电极、氢能利用、DSA的应用以及镀金、镀铑技术等。

塑料电镀是现代加工工艺中典型的新型材料和新工艺结合的技术。随着21世纪高科技发展的需要，塑料电镀在工程和功能方面还会大幅度扩展，一些新的电镀技术将会应运而生。如在陶瓷基上电镀铜制作的电容器，对全塑封装的小型变压器的外封装塑料进行电镀来屏蔽电磁场，增强了变压器的性能和寿命。塑料电镀技术是值得表面处理界关注的技术,尤其是塑料表面的直接电镀, 综合了非金属材料和金属材料两方面的优点, 只要设计人员对两者的性能有足够的了解, 充分加以利用, 就有可能制作出有特点的制品, 应用前景广阔。

三、电镀技术研究理论依据、内容和方法

电镀指的是通过化学、物理手段在需要的材料表面镀上保护材料，改变材料的性能。未来电镀技术的发展在塑料、陶瓷方面研究前景广阔。通常需要电镀的材料为固态，被电镀上的材料的有效成分在溶液中，通过外加电压，使需电镀的材料均匀析出在需要电镀的材料表面。

通过理论计算需要电镀材料的电势，和所加的外加电压，通过试验，使需要的材料电镀到使用材料上，从而改变材料的性能。

四、课题研究的过程

篇（3）

中图分类号：TU279文献标识码： A

石油化工装置中流体输送是必不可少的，工艺管线是流体输送的重要组成部分，其投资占总投资的比例相当高，所以做好工艺管线的防腐工作至关重要。

金属腐蚀是金属和周围环境发生作用而被破坏的现象，它是一种自发进行的过程，给人类带来的经济和社会危害极大。例如：金属构件在大气中生锈，化工生产中 金属设备与腐蚀性强的介质接触，尤其在高温、高压和高流速的条件下造成设备生锈，老化变形现象。

一、管道腐蚀控制的基本方法

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，其基本原则有以下几方面：

1、选用在该管道具体运行条件下的适用钢材和焊接工艺

2、选用管道防腐层及阳极保护的外防护措施

3、控制管输流体的成分如净化处理除去水以及酸性组分

4、使用缓蚀剂控制内腐蚀

5、选用内防腐涂层

6、建立腐蚀监控和管理系统

二、常见管道防腐层的结构及特点

防腐层 石油沥青 熔结环氧粉末 3PE 聚乙烯胶粘带

防腐材料 石油沥青 环氧粉末 环氧粉末+高（低）密度聚乙烯 聚乙烯胶粘带

防腐层结构 石油沥青+玻璃布+塑料薄膜（3-5层沥青总厚度4-7mm） 环氧粉末熔结在管壁上涂层厚0.3~0.5mm 环氧粉末+胶黏剂+聚乙烯（挤压）总厚度度2~4mm 底胶+防腐胶粘带（内带）+保护胶粘带（外带）总厚度1~4mm

适用温度 -20~70 -40~100 -40~70 -30~60

施工方法 人工或半机械化作业 静电或等离子喷涂工厂机械化作业线分段预制现场热收缩套补口 挤出成型法工厂机械化作业线分段预测现场热收缩套补口 人工或机械化作业

优缺点 机械强度和低温韧性差，吸水率高，易受细菌腐蚀，施工流动性条件差但成本低目前国内应用广泛 机械化性能和粘结性能强，耐阴极剥离及耐温性对施工质量要求高，成本低，损耗小 机械性能耐温性及电绝缘性能强，其突出的优点是耐磨对现场补口质量要求较高，损耗小 防腐性可靠性高便于施工进度快对管材焊接部位的包覆质量不易达标

根据图表所示，在选择防腐层时应根据每一种防腐层的适用范围，选择能满足管道沿线环境的防腐要求的防腐层，在此基础上考虑施工方便，经济合理等因素通过技术经济综合分析与评价确定最佳方案。

三、工艺管线腐蚀的表现特征

1、均匀腐蚀：整个表面腐蚀深度比较一致均匀的腐蚀又称一般腐蚀或连续性腐蚀，在腐蚀中腐蚀发生在金属的整个表面上，沿金属表面均匀进行。

2、缝隙腐蚀（表面腐蚀深度不一致，呈斑点状态）：金属管道内通入介质如金属与金属或金属与非金属介质处于滞流状态，从而引起缝内金属的加速腐蚀。这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。

3、点腐蚀腐蚀（集中在较小范围，腐蚀深度较大也称为孔腐蚀）：在金属表面的局部地区出现向深处发展的腐蚀小孔，这些小孔有的孤立存在，有些则紧凑在一起看上去像一片粗糙的表面这种腐蚀叫做点腐蚀。

四、预防工艺管线腐蚀常用方法和措施

根据金属腐蚀原理分析，可以对腐蚀性介质的金属材料及其制品采用各种不同的防腐蚀技术进行防腐蚀处理，只要措施得当就可以延长金属制品的使用寿命，保证工艺设备的安全和顺利进行，常用的防腐蚀技术和措施主要有下列几类

1、合理选材：这是防止和控制设备腐蚀的普通和最有效的方法之一，管道的种类繁多，常用的有碳素钢管，不锈钢管以及塑料管等它们的工作压力通过的介质的性质和温度，敷设的条件，所处的环境都各不相同，为了延长管道的使用寿命，达到经久耐用的目的，施工时要根据各种管材的腐蚀特性合理选用管材。

2、缓蚀剂法：管理内壁用涂料防腐比较困难，常用的方法是在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质也就是缓蚀剂法。根据化学组成，习惯上将缓蚀剂分为无极缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类。

A无极缓蚀剂：通常在中性介质中使用无极缓蚀剂有NaNO2，K2Gr2O7、Na3PO4等，例如Ca(Hco3)2在碱性介质中发生如下反应：

Ca2++2Hco3-+2OH-=CaCo3+CO3+2H2o

生成的难溶碳酸盐覆盖于阳极表面成为具有保护性的薄膜，阻滞了阳极反应，降低了金属的腐蚀速率。

B 有机缓蚀剂：在酸性介质中通常使用有机缓蚀剂，如动物胶，六次甲基四胺以及含氮，硫的有机物等有机缓蚀剂对金属的缓蚀作用。一般认为是由吸附膜生成即金属将缓蚀剂的离子或分子吸附在表面上形成一层难溶而腐蚀性介质又很难透过的保护膜阻碍了氢离子的阴极反应，因而减慢了腐蚀。

3、阴极保护法：阴极保护法就是被保护的金属作为腐蚀电池的阴极或作为电解池的阴极而不受腐蚀。

牺牲阳极保护法：

阳极：Zn=Zn2++2e-

阴极：O2+H2O+4e=4OH-

4、外加电流保护法：取不溶性的电极为阴极把要保护的钢铁设备作为阴极，两只都放在电解质溶液里，接上外加直流电源，通电后，大量电子被强制流向被保护的钢铁设备中是钢铁表面生成负电荷的累计，金属腐蚀产生的原电池电流就不能被输送因而防止了钢铁的腐蚀。

参考文献：

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中图分类号：K928.78文献标识码：A

1 绪 论

随着公路桥梁的快速发展，公路钢桥在桥梁界中所占的比例越来越大。钢桥具有跨径大、承载能力强、施工工期短、服役年限长等特点，被世界各国广泛采用[1]。但是越来越多的刚桥梁身处湿热、酸雨、盐雾、工业大气、海洋大气等环境遭受着腐蚀，如何对钢结构进行有效的防腐蚀、确保其寿命长久已成为钢桥梁设计和建造过程中的重要环节。

2 桥梁的腐蚀环境

2.1 大气腐蚀

桥梁长期暴露在空气中，由于空气中的水分、氧气和腐蚀介质的化学和电化学作用而引起的金属腐蚀现象称为大气腐蚀。大气腐蚀的影响因素主要取决于大气成分及空气污染物、相对湿度、表面温度、表金属面状态等。

2.2 水介质腐蚀

一般情况下淡水的腐蚀性较低，但随着工业废物的排入，淡水的水质也发生很多微小的变化，他们一定程度上会加速金属的腐蚀。海水腐蚀通常按金属与海水的接触情况不同分为飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区。

2.3 土壤腐蚀

金属在土壤中的腐蚀，属于自然状态下的电化学腐蚀。土壤中金属腐蚀主要受宏观电池控制，宏观电池腐蚀主要受阴阳极电极面积比和土壤电阻率的影响。

3 桥梁钢结构的腐蚀形态

桥梁钢结构的腐蚀形态多种多样，可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。在局部腐蚀中，又可以细分多种形态。主要有均匀腐蚀、点蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀[2]。

3. 1 均匀腐蚀

均匀腐蚀是最常见的腐蚀形态，主要特征是腐蚀分布于整个金属表面，并以相同的速度使金属整体厚度减薄。

3. 2 点蚀

钢材在适宜的环境介质中，经过一定时间大部分表面未受腐蚀，但在个别的点或微区内，由于金属的选择性腐蚀而出现蚀孔或麻点，随着时间的增加，蚀孔向纵深方向发展，这种腐蚀形态称为点蚀。点蚀的产生一般是由于氯离子吸附在金属表面膜中某些缺陷处引起的。

3. 3 电偶腐蚀

影响电偶腐蚀的因素有环境、介质导电性、阴阳极的面积比等。在潮湿大气中也会发生电偶腐蚀，湿度越大或大气中含盐分越多，则电偶腐蚀越快。

3. 4 缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是因金属与金属、金属与非金属相连接时表面存在缝隙，在有腐蚀介质存在时发生的局部腐蚀形态，主要发生在金属铆接、螺栓连接、螺钉接头、非金属材料的法兰垫圈与金属材料间等部位。

3. 5 应力腐蚀

应力腐蚀是指在一定环境中由于外加或本身残余的应力，加之腐蚀的作用，导致金属的早期破裂现象。金属应力腐蚀破裂只在对应力腐蚀敏感的合金上发生，纯金属极少产生。

4 铁路钢桥不同部位的腐蚀特性

4.1 铁路钢桥的桁梁结构

跨海大桥受到海洋性气体中氯离子的侵蚀，腐蚀环境最为恶劣。处于工业区和城市的桥梁，由于大气环境很差，受到的腐蚀也很严重。铁路钢桥大多采用明桥面，列车垃圾及废水对铁路桥面的腐蚀产生最直接的影响。

4.2 钢箱梁

悬索桥和斜拉索桥的钢箱梁的外表面，主要发生大气腐蚀。箱梁的内部，通风很差，湿气的聚集会引起涂层的起泡锈蚀等。

4.3 吊杆、系杆及缆索系统

桥梁的缆索系统主要指斜拉桥的斜拉索、悬索桥的主缆和吊索以及一些拱桥的吊索等。缆索系统处于高空之中，主要的腐蚀环境是大气腐蚀。悬索桥拉索和主梁、立柱、索夹和索鞍等的结合处，通常也是最易受腐蚀的地方。

4.4 栓焊连接部位

高强螺栓连接部位应力比较集中，较钢梁大面积部位易积水和存留灰尘，易产生缝隙腐蚀等局部腐蚀。焊缝部位易出现缺陷，并且在焊接过程中产生的焊渣是由铁的氧化物和无机盐类等组成的多孔混杂体，极易吸收水汽和有害气体，产生腐蚀，该部位的腐蚀属焊缝腐蚀。

5 钢桥的防腐措施

5.1 涂料保护

采用涂料来保护钢铁，就是要提高其腐蚀电位，由腐蚀阳极成为阴极，隔绝电解质以免形成腐蚀电池。漆膜的耐腐蚀一个重要原因就是涂层作为一种高聚物薄膜，能够不同程度地阻缓腐蚀因子水、氧和离子的透过，从而发挥防锈防腐蚀的作用。此外，涂层漆膜对腐蚀介质的稳定性，与底材的附着力以及相应的机械性能对于涂层的防腐蚀性能都有着重要的影响。涂料对桥梁用钢铁的保护作用主要有三种，屏蔽作用、缓蚀作用和阴极保护作用。

5.2 阴极保护

阳极保护主要是对钢铁进行钝化，保护其在强氧化性质中不受腐蚀。阴极保护是使用钢铁成为阴极并极化，以减小、防止腐蚀可以分成牺牲阳极保护和外加电流保护。

牺牲阳极保护法，是采用一种比所要保护金属的电位要负，即化学性质更为活泼的金属或合金，与被保护的金属连接在一起，依靠该金属或合金不断的腐蚀牺牲掉所产生的电流使其他金属获得阴极极化而受到保护。外加电流阴极保护是由直流电源通过辅助阳极对被保护体施加保护电流，使被保护体成为阴极并极化，从而免受腐蚀的一种保护技术。

6桥梁热喷涂长效防腐蚀技术

热喷涂是依靠专用设备产生的热源（火焰、电弧等），把金属或非金属固体材料加热熔融或软化，并利用热源自身的动力或外加高速气流雾化，使雾化的喷涂材料快速喷射到经过预处理干净的基体表面形成徐层过程[3]。这些喷涂层具有防腐蚀、耐磨、耐热、抗氧化、绝缘、导电、屏蔽等性能，使基体材料本身不具备的性能得到合理的补偿。

热喷涂方法有很多种，最为常用的有火焰线材喷涂、火焰粉末喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、激光喷涂等。

6.2.1 火焰喷涂防腐

火焰喷涂是以氧气、乙炔气燃烧火焰作为热源，将锌丝、铝丝等加热到熔融或高塑性状态，在压缩空气高速气流的泄引下，将熔融化的锌、铝雾化喷射到预先准备的喷砂表面形成涂层。但火焰喷涂生产效率低下，喷涂过程质量控制不稳定，喷涂层结合力低等问题逐渐暴露出来，作为热喷涂长效防腐蚀技术有待用新技术来取代和完善。

6.2.2 电弧喷涂防腐

电弧喷涂是通过具有平直特性的电弧喷涂电源，使两根分别带有正、负电荷的金属丝材连续被送到电弧喷枪端头，在端部相接触产生电弧熔化，熔融的高温金属液滴被压缩空气喷吹、雾化、喷涂至工件表面与基体形成结合良好的电弧喷涂层。

电弧喷涂层复合涂层防腐蚀失效基本顺序是：有机封闭涂层老化失效后，电弧喷涂层以比较低的腐蚀速率进行自腐蚀，喷涂层厚度逐渐减薄至局部钢铁暴露时，开始对钢铁进行电化学阴极保护。因此，在电弧喷涂复合涂层的有机封闭涂层完全失效后，要每隔一定时间及时对封闭涂层进行维修，使得喷涂层一直处于完好状态，从而可获得相当长久耐腐蚀保护寿命，钢铁也根本不会发生腐蚀。

参考文献

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中图分类号：R142文献标识码： A

一、前言

油田硫化氢的腐蚀已经对人们的生活造成了一定程度的破坏，如何对油田进行安全且合理的开采，已成为专业人士所重视的课题。

二、油田硫化氢腐蚀概况

油气井开发过程中，从钻杆到套管、油管、井口装置、井下工具、输气管道，都存在不同情况的腐蚀。研究如何安全高效地防止硫化氢腐蚀成为勘探和开发硫化氢气藏的一个重要课题。

1.对金属的腐蚀

在绝大多数油田井腐蚀中，产出液含水量及其组成对腐蚀起着决定性作用。油田开发初期含水率较低，腐蚀并不严重。但随着含水率的升高，井下管柱的腐蚀变得日益严重。

2.对水泥环的腐蚀

硫化氢能破坏水泥石的所有成分，水泥石所有水化产物都呈碱性，硫化氢与水泥石水化产物反应生成CaS、FeS、Al2S3，硫化氢 含量大时生成Ca（HS）2，其中FeS、Al2S3等是没有胶结性的物质。如果水泥环耐硫化氢腐蚀，则可以阻挡硫化氢对套管的腐蚀。而溶于潮气中的硫化氢腐蚀性更强。

三、防硫化氢完井工艺现状

1.选择耐腐蚀材质

井下管柱、井下工具以及井口装置,是油井生产的关键设备,若出现腐蚀破坏会危害油井安全生产,不同腐蚀介质对不同材质的腐蚀程度存在很大差异,为了延长设备的使用寿命,保证生产和作业安全,节约成本,需要合理选择材质。井口装置、井下工具及完井工具配套设备的材质选用抗硫材质；油套管可选用防硫或既抗硫化氢又抗CO2腐蚀的管材或内衬油管；井下油管柱包括入井工具的连接,丝扣宜采用金属对金属密封扣。主要还是应根据油井腐蚀环境,确定合适的管材。但在耐腐蚀的材质选择上还存在一些不足。

井口装置、井下工具及完井工具配套设备的材质选用抗硫材质,如使用35CrMo、13Cr、AISI4140(18-22Cr)等或合金钢;油套管可选用防硫或既抗H2S又抗CO2腐蚀的管材或内衬油管,在管柱结构上,为保证井口安全、减缓套管、油管的腐蚀,一般多采用了封隔器完井。井下油管柱包括入井工具的连接,丝扣宜采用金属对金属密封扣,如FOX 、3SB等气密封性较好的特殊密封扣,以保证气密封性;根据安全开采期投资收益的高低选择适当的抗硫管材。

2.涂层防腐

涂层在金属表面形成一层牢固的薄膜,使金属与腐蚀介质和腐蚀环境隔离,从而达到防腐的目的。此方法简便易行,因此在油田防腐中广泛应用。保护性涂层分为金属涂层与非金属涂层,大多数金属涂层采用电镀或热镀的方法实现,非金属涂层绝大多数是隔离性涂层,其主要作用是把金属材料与腐蚀介质隔开,非金属涂层可分为无机涂层与有机涂层。

为获得良好的涂层防腐效果,一方面金属表面在敷涂层之前应进行处理,达到一定要求;另外涂层材料应具有必要的物理、化学性能,在金属表面应有较强的附着力;具有一定的机械强度,耐磨、耐撞击、耐冲刷和具有一定疲劳强度;涂层对环境的温度、湿度、酸碱度应有一定的耐受性,从而具有优良的防腐性能。使用防腐涂层可以极大提高油管的抗腐蚀性,目前由于油气井作业的复杂性,涂层使用还存在较大的限制。

3.缓蚀剂保护技术

缓蚀剂是用于腐蚀环境中抑制金属腐蚀的添加剂,又称腐蚀抑制剂。主要是防止电化学失重腐蚀,对氢脆和硫化物应力腐蚀破裂也有一定的减缓作用。使用缓蚀剂有以下明显的优点:基本上不改变腐蚀环境,就可获得良好的防腐蚀效果;基本不增加设备投资,操作简便,见效快;对于腐蚀环境的变化,可以通过相应改变缓蚀剂的种类或浓度来保证防腐蚀效果;同一配方的缓蚀组分有时可以同时防止多种金属在不同腐蚀环境中的腐蚀破坏。

4.电化学方法防腐

电化学保护就是利用外部电流使金属电位发生改变从而达到减缓或防止金属腐蚀的一种方法。保护法包括阴极保护和阳极保护。阴极保护主要是对套管柱的保护,对于超深井,需要进一步的探讨。阳极保护法是通过控制电压,使阳极电位达到钝化电位,最终达到保护金属的目的,阳极保护作为防腐措施在油气田应用较少

四、油田硫化氢腐蚀及防护重要性及危害

在钻井作业中，硫化氢主要来自于地层。原始有机质转化为石油和天然气的过程中会产生硫化氢。硫化氢贮藏在地层中，当我们进行钻井作业时将地层打开，地层内的硫化氢气体释放出来，进入井眼内，对井眼内的钻头、钻具和套管产生很强的腐蚀作用。同时硫化氢向上运移到达地面，如果没有预防措施或突然发生?喷失控，大量硫化氢从井里喷出，势必造成严重的灾难性事故。因此钻井现场必须有硫化氢预警装置，有预防设施，并且每一位现场职工都清楚硫化氢的危害性及紧急逃生路线，以防发生事故时，能够快速离开危险区域，杜绝事故的发生。

硫化氢的职业危害大部分是由硫化氢对设备腐蚀造成泄漏而引发的，在钻井作业中，硫化氢对油气田设备的腐蚀主要包括电化学腐蚀和硫化物的腐蚀破裂。钻具暴露在空气中或在井内钻井液中，受到硫化氢的腐蚀，发生电化学反应，放了出氢气，渗入钢材内部，体积增大，在金属内部产生很大应力，致使低强度钢和软钢发生鼓泡，高强度钢产生裂纹，使钢材变脆，再受外力断裂，产生“氢脆”现象。硫化氢腐蚀会造成钻具发生氢脆断裂而无法压井，被迫完钻。尤其在含硫油气田钻井中，硫化氢对油管、套管、钻杆腐蚀比较严重，其中由于钻杆受到拉、压、挤、扭、冲等复杂载荷的作用，且工作环境十分恶劣，造成钻杆的硫化氢腐蚀最为严重。

五、控制油田硫化氢腐蚀及防护的措施

目前，我国已开发的油气田均不同程度含有硫化氢气体，其中部分油气田含量较高一些。由于现场员工对于其特性及危害性认识程度不高，再加之现场的管理和防范措施不到位，曾经引发了多起硫化氢中毒事故，对职工的生命安全构成了很大威胁。因此，为确保人身安全，杜绝硫化氢中毒事故的发生，加强防硫化氢中毒的这项工作就显得越发重要。因此需要采取有效措施，做好防范工作

1.“培训”：在上岗前首先要接受硫化氢防护技术的培训。对可能接触硫化氢气体的所有作业人员应经过专门机构的培训，使其明确硫化氢的特性及其危害，明确硫化氢存在的地区应采取的安全措施，以及推荐的应急预案和急救程序。另外对于工作人员进行现有防护设备的使用和训练，最终经考试合格后，取得有资质的机构颁发的相应证书后方可上岗。

2.“准入”：培训考核合格取得上岗资质才能够进入含硫化氢现场。对于涉及接触含硫化氢环境作业的本岗位人员和外来人员都要办理准入手续。使其明确自身工作环境中的风险以及遇到该风险时应该采取的安全措施以及推荐的应急救护程序，从而最大限度的避免人身伤亡事件。

3.“防护”：在进入含硫化氢环境作业之前一定要采取防护措施。施工单位应按规定为现场作业人员配备足够数量的正压式空气呼吸器；并且要放在作业人员能迅速取用的方便位置。

4.“警示”：在可能遇有硫化氢的作业井场必须要在井场的入口处设置上明显、清晰的警示标志。

5.“警报”：当空气中硫化氢含量超过阈限值时，现场所有的监测设备应能自动报警。

6.“预案”：制定应急预案，是保证作业安全进行的前提

在进入含硫化氢地区作业前做好应急管理工作，制定一个切实可行、有效的应急预案，是保证作业安全进行的前提。一旦作业场所内有硫化氢气体超标的情况，应急预案将能够控制现场事故的扩大，降低事故后果的严重程度，保证现场人员的生命健康。

六、油田硫化氢腐蚀及防护的发展方向

1.因为高酸性油气田具有高压、高含硫化氢以及高流速等恶劣的腐蚀环境。所以建立一整套高流速、高含硫化氢的试验评价方法以及苛刻环境中油井管的腐蚀评价标准和规范十分必要。

2.由于缓蚀剂体系的复杂性,以往的研究集中在用电化学和表面分析探讨缓蚀剂结构参数与缓蚀性能的关系,而对用量子化学计算缓蚀剂与材料的相互作用研究甚少,将这3种方法结合,能建立更加完善的腐蚀控制机理模型。

3.面向工程的神经网络技术、模糊数学及灰色系统理论发展较快,已运用于腐蚀科学。用这些技术研究缓蚀剂,在预测缓蚀效率、模拟缓蚀现象和建立缓蚀模型方面有广阔的前景。

4.油气井中设备的局部腐蚀(点蚀、应力腐蚀、氢致开裂等)也很严重,而对防止局部腐蚀的缓蚀剂研究相对较少。搞好衡钻井，设计人员要弄清楚可能含硫的层位、深度、含硫量、地层压力，在一次井控上做到衡钻井。在施工过程中进行地层压力监测，发现与设计有出入者立即告知设计单位并要求更改设计。保证全过程的衡钻井，将硫化氢控制在地层内。 在井筒内消除硫化氢。在钻井液中通过调整 pH 和使用硫化氢化学清除剂的方法，使硫化氢在井筒内转化为其他无毒物质。化学药品用得越多,药品间的适配越难。因此, 多功能缓蚀剂,而且应多利用炼油副产品作为原料,降低成本,节约资源。

七、结束语

本文介绍了油田硫化氢的腐蚀原理和防护工艺的现状及发展趋势，相信不久之后，就能够进行危害相对减小的对含硫化氢的油田进行开采，而这一课题将会是我国油田开采的一大进展。

参考文献：

[1] 陈静; 唐瑞友; 王若思; 张海成; 魏彦.高含硫化氢海洋气田开发中管线的腐蚀与防护[J]中国海洋平台.2012-06-28

[2] 张书成; 吕江; 乔玉龙; 何涌; 贾浩民.双筒式卧式分离器腐蚀机理及防护措施探讨[J]石油和化工设备管道防腐技术与对策专题研讨会文集2010-11-16

[3] 郭学辉; 周生杰; 杜素珍; 宋宇; 樊平天; 石茂才; 胡敏.油气田中几种常见的腐蚀机理[J]辽宁化工.2014-01-20

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1.引言

随着经济全球化的发展及全球经济的迅猛发展，人们对于陆地资源的开发力度越来越大。人类社会的发展面临着资源危机的困扰。海洋面积约占全球面积的70%，其中蕴藏着丰富的矿产资源。按照海洋矿产资源形成的海洋环境和分布特征，从滨海浅海至深海大洋分布有：滨海砂矿、石油与天然气、磷钙土、多金属软泥、多金属结核、富钴结壳、热液硫化物以及未来的替代新能源--天然气水合物[1]。海洋中除了丰富的矿产资源外还拥有丰富的生物资源。据统计约有20多万种生物生存在海洋中。可以说海洋资源开发利用的程度和人类对于海洋资源的认识与开发的能力对于人类社会的未来的发展是至关重要的。

人们对于海洋开发与利用的，离不开开发海洋所需要利用的材料。我们将从海洋中提取出来的及专门用于海洋开发的各类特殊材料称之为海洋材料[2]。在海洋资源开发与利用过程中，材料应用的最主要破坏形式就是腐蚀，其中因海洋微生物影起的腐蚀约占海洋材料的70%到80%，每年因此种腐蚀而影起的损失高达上千亿美元[3]。

所谓海洋微生物的腐蚀是指由各种各种微生物的生命活动而造成海洋环境中使用的各种材料的腐蚀过程统称为微生物腐蚀（ Microbiologically influenced corrosion， MIC） 。附着于材料表面的微生物膜是诱发材料表面生物性腐蚀的重要因素， 微生物的附着是高度自发过程， 它几乎可以导致所有材料的腐蚀[4]。从微生物腐蚀的机理上去彻底研究材料表面与微生物的相互作用对于提高材料的抗微生物腐蚀的是极其重要的。

2 微生物腐蚀

2.1 微生物腐蚀研究的发展历史

1891年，盖瑞特首次报告了微生物腐蚀的例子[5]。近20年后， 盖恩斯首先发现了微生物腐蚀，他在地下埋设的钢管腐蚀产物中提取出了铁嘉氏杆菌， 并发现有大量的硫的存在， 这表明有腐蚀过程是有硫酸盐还原菌的参与。荷兰学者屈尔等在1934年，提出硫酸盐还原菌参与金属腐蚀中阴极氢去极化的理论，指出了硫酸盐还原菌在金属腐蚀中起到非常重要的作用。1949 年，Butlin 和Vernon给出了这个领域的一些经典的基本概念。后来，剑桥的Postgate系统地研究了硫酸盐还原菌的生理、生态和生化特征及营养需求，奠定了微生物腐蚀的理论基础。20世纪60年代以来，欧洲各国及美国的许多学者都对微生物的腐蚀机理进行了大量的研究。但人们对于微生物腐蚀的认识还仅仅还处于对个别的微生物腐蚀失效事故的描述的阶段。到80年代中期， 随着环境扫描电镜、原子力显微和激光共焦显微等表面分析技术的发展，人们可以测量到生物膜的厚度和组成成份， 使得精确确定微生物和腐蚀之间的空间关系成为可能， little等[4]综述了各种环境、各行业存在的微生物腐蚀现象。Mansfeld等[6]介绍了各种电化学技术在微生物腐蚀研究中的应用。此外还引进了微生物技术进行微生物腐蚀的研究。微生物腐蚀的研究也从失效事故的表面现象日益发展成为一门多领域的交叉学科。

2.2微生物膜

2.2.1微生物膜的形成过程及其影响因素

研究表明，材料表面浸入海水后，微生物就会迅速附着在上面，几个小时之后就会生成一层生物膜。海水中的微生物以各种形式被运送到固体材料的表面，如在深海环境中，由于海水是相对静止的，这时微生物是以沉积作用接触到固体表面的。此外海洋微生物还会由于洋流的作用，自身的趋化性及布朗运动等方式吸附到材料的表面。付玉斌[7～8]研究了玻片、钢片、防锈漆片、防污漆会由于微生物的群落的生长繁殖在材料表面形成一层由活的和片表面细菌粘膜中异养细菌的组成、数量和菌体形态。结果表明，附着细菌均是运动性很强的带有鞭毛的细菌， 其中鞭毛在细菌附着过程中起着重要作用，此外还会由于微生物种类的不同以及材料表面的性质不同都会对微生物吸附成膜过程产生影响。微生物吸附到材料表面之后，利用金属表面吸附的一层有机分子，催化营养物的生物降解，以获微生物自身繁殖所需的各种养分。无论微生物是以何种方式吸附到材料的表面，最终都会形成由活的死的细胞以及细胞外分泌物（Extracellular polymer substances 简称EPS）所构成的生物膜。不同类型的附着菌种，不同类型的附着菌种互相接近，互相协作，形成混合菌群，最终导致生物膜的逐渐成熟。

2.2.2生物膜的的性质

生物膜是一种凝胶相的物质，其具有较好的亲水性、粘弹性、通透性以及一定的吸附能力。由于细菌高聚物的存在，如丙酮酸或糖醛酸中的荷电基团等的存在，使得生物膜具有离子交换器的性质.在任何情况下，EPS都具有亲水性， 因此生物膜赋于疏水表面以亲水性质，基体的表面性质也就因此发生了变化。生物膜通常具有以下作用和特点：凝胶相的EPS使得微生物在其中生长繁殖的过程中，空间上是靠近于生长表面，各种菌具有固定的微同生现象存在，并且细菌的整个生长过程的空间位置的变换也是比较固定的。这样就使得了覆盖于材料表面的生物膜在垂直和水平方向的基质浓度、pH值、氧浓度、代谢产物的浓度、溶解盐浓度、有机物的浓度及无机物的浓度在空间上的不均分布。各处金属/生物膜的界面电化学参数由此发生了变化，最终导致金属腐蚀速率的加快或减慢和形态的各种变化。

2.3微生物腐蚀机理

不同种类的微生物在生物膜内的代谢类型多种多样， 微生物腐蚀的机理也多种多样， 但归结起来， 微生物腐蚀有以下几种类型： （1）形成氧浓差电池；（2）微生物代谢过程中产生的各种酸（有机酸和无机酸）引起的腐蚀；（3） 局部厌氧环境的形成使得硫酸盐还原菌活性增强，腐蚀增强；（4）微生物活动引起的生物矿化作用[9]。相应地腐蚀机理如下：

2.3.1氧浓差电池的形成

生物膜内的细菌群落由于自身的呼吸和发酵作用，导致生物膜内形成氧气浓度的梯度，除此之外由于微生物膜自身结构的不规则不均匀性，腐蚀产物的局部堆积、EPS基质阻碍了氧向材料表面的扩散等因素都会形成局部的浓度差电池，即氧浓度差电池。菌落区相对于周围无菌群环境， 构成原电池的阳极区，金属发生溶解； 周围无菌富氧区构成原电池的阴极区，发生还原反应， 从而导致腐蚀的发生。

另外一种情况是海藻和光合作用细菌利用光产生氧气，积聚于生物膜内。氧气浓度加大，加速了阴极过程， 也就加快了腐蚀速度。海藻象其它细菌一样， 无论光线强弱， 即使在黑暗中也呼吸， 将O2转化成CO2。局部的呼吸作用/ 光合作用可形成氧浓差电池， 导致局部阴、阳极区的产生[10]

L. Hostis 等采用旋转电极技术分析了金电极上天然海水生物膜内氧扩散动力学[11]，氧浓差存在满足了局部腐蚀。氧浓差存在满足了局部腐蚀的初始条件腐蚀产物及代谢物沉积使局部腐蚀得以发展。

2.3.2 酸的产生

微生物腐蚀酸的产生多指有氧区好氧菌代谢产物无机酸（硫酸和硝酸）和各种有机酸的产生，其中硫氧化菌和硝化细菌是常见的好氧型产酸菌， 在新陈代谢过程中消耗介质中的氧形成硫酸和硝酸。同时，由于这些反应都是好氧反应，因此材料表面也会形成类似铁细菌的氧浓差电池腐蚀， 加速材料腐蚀进程。细菌代谢养份时，有机物会除去代谢过程产生的电子，在好氧菌中， 电子的最终接收者通常是氧， 有机物发酵时大多数异养细菌代谢分泌有机酸.酸的种类和数量依赖于微生物的类型和有效基层分子数。有机酸能可以使腐蚀发生趋势转变。如果酸性代谢物被困在微生物腐蚀的反应界面时，对腐蚀影响将更加明显。

2.3.3硫化物的产生

硫酸盐还原菌（ Sulfate-Reducing Bacteria，SRB） 是一种 广泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油气井等缺氧环境中的厌氧菌。它能利用金属表面的有机物作为碳源， 并利用细菌生物膜内的氢， 将硫酸盐还原成硫化氢， 从还原反应中获得生存的能量。[12]局部无氧区厌氧菌代谢会生成破坏性极强的硫、硫化物、硫代硫酸盐等物质。关于SRB菌腐蚀研究报道很多，其腐蚀机制早在20世纪30年代Von Wolzogen Kuhr和Vander Vlugt就提出了氢化酶阴极去极化理论。SRB菌所引起的腐蚀是一系列电化学过程， 当形成的硫化物覆盖在钢铁表面时，容易产生小孔腐蚀，并加速金属的局部腐蚀。郑强、李进[13]曾报道过硫酸盐还原菌生物膜下铜合金的腐蚀行为， 发现SRB的存在使电极自腐蚀电位发生剧烈负移， 腐蚀电流密度显著增大， 铜合金发生了严重点蚀。

2.3.4 生物矿化作用

微生物在金属表面沉积无机物，或者选择性的去除金属基体中的合金元素的过程我们称之为生物矿化作用。微生物作用沉积的矿物质在热力学、动力学上都与溶解的物质保持平衡。金属与沉积物间有相互的电子转移过程，这种平衡影响了金属的电位。金属电位的改变可以导致惰性金属腐蚀电位的升高，甚至接近点蚀电位，从而增强了金属对点蚀的敏感性。无机沉积物不仅影响电化学腐蚀的热力过程，同时还改变腐蚀过程和微生物氧化还原反应间的电子转移。生物矿化作用对于微生物的腐蚀影响已经成为最近几年人们研究的热点。

结语

21世纪是海洋的世纪，世界各国都在积极努力推进自身海洋事业的发展，我国政府更是制定出了我国海洋战略发展的规划。我国在2010年8月26日成功对"蛟龙号"载人潜水器实现了3000米以下实验。中国成为第五个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家。这无疑是中国科技成果的骄傲，也是我国广大科技工作者的骄傲。但是，面向海洋的进一步发展，我们所面临的挑战也是巨大的，这就要求我们广大的科技工作者为此付出更为艰辛的工作。海洋耐微生物腐蚀材料的研发对于进军海洋事业的发展是十分重要的，只有好的经久耐用的材料才能经得起我们在开发海洋过程中所以面临的各种复杂的海洋环境的挑战，才能让我们在开发海洋的过程中更好的保护我们的美丽的海洋环境，才能真正造福于我们人类自身事业的发展。

参考文献：

[1] 高亚峰 海洋矿产资源及其分布 海洋环境保护 2005

[2] 尹衍升. 海洋材料的微生物附着腐蚀[M]. 北京：科学出版社，2012.

[3] 刘涛. 金属基体超疏水表面的制备及其海洋防污染功能的研究[博士学位论文]. 青岛：中国海洋大学，2009.

[4]Little B，Wagner P， Mansfeld F.An overview of Microbiologically influenced corrosion[J].Electrochemical Acta，1992

[5] Garret J H. The Action of Water on Lead. London： H. K.Lewis.，Ltd 1891.

[6]Mansfeld F，Little B. Electrochemical techniques applied to microbiologically induced corrosion. Corrosion Science，1991.

[7]李会荣，付玉斌，李筠，在不同基质表面微生物粘膜中海洋细菌的数量变化 [J].青岛海洋大学学报， 1999

[8]李会荣，付玉斌， 李筠， 等. 海洋细菌在不同基质表面微生物粘膜中的组成[J].青岛海洋大学学报，2001

[9]涂小华，王修杰. 石油工业中管道的腐蚀与防腐[J]. 江西化工，2006

[10]Little B， Wagner P， Mansfeld F.Microbiologically influenced corrosion of metals and alloys[ J] . Intern. Mater. Revi. ， 1991

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中图分类号：TM923.59 文献标识码：A

1 概述

碳钢及低合金钢压力容器是炼厂装置的主要组成部分，如果发生腐蚀破坏，将给炼厂带来极大的经济损失，甚至发生安全事故。加氢脱酸装置在生产过程中伴随有大量硫化氢存在，尤其是在反应器下游，由于生产需要硫化氢浓度高，在接近常温的容器里，有水分存在的情况下硫化氢腐蚀性极强，对装置容器的安全使用构成严重威胁，因此为了抗硫化氢腐蚀延长容器安全使用寿命，加氢脱酸装置部分容器在停工检修阶段，采用了热喷涂铝涂层技术来延缓硫化氢的腐蚀。

2 硫化氢的产生及腐蚀类型

在蒸馏产品中都含有一定量的硫化物（硫化物种类见表1），而加氢的原料正是蒸馏的产品，在对它们加工过程中硫化物分解产生具有活性的硫化氢，它对钢铁的腐蚀性极强。在加工的原料及产品中除了含硫化物杂质外还含有氮化物、环烷酸、水等，它们相互影响，相互促进，不利于其硫化氢的有效应用，导致其原材料加工过程中的麻烦，不利于其腐蚀环节的控制，导致了工作成本提升。在其工作过程中，由于其硫化氢的腐蚀作用，不能保证容器材质的质量的保障。在实际工作中， 影响其腐蚀破坏现象的因素是比较多的，其腐蚀破坏的形式也是比较多的，比如其坑蚀、全面腐蚀等。

表1

3 采用热喷涂铝技术依据和工艺过程

3.1 热喷涂层技术应用于防止金属腐蚀已有多年历史，现在随着科技进步已 经比较成熟。近几年来国内国外不断有采用热喷涂层技术防止硫化氢腐蚀的报道。我们根据《防止硫化氢应力腐蚀的热喷涂技术研究》（作者：王慕张秀英孙耀峰郝晓华张亦良，单位：北京工业大学）的论文结论知道，热喷涂铝涂层与钢铁基体具有较高的结合强度，完全能胜任条件较为恶劣且承受一定工作应力或残余应力的石油设备。铝涂层之所以具有较强的抗腐蚀能力，是由于铝涂层在硫化氢腐蚀介质环境下，保持自身的完整性，将腐蚀介质与钢铁基体隔离，从而防止钢铁基体的一般全面腐蚀；铝涂层也能够一定程度上阻挡阴极反应的氢进入钢铁基体，从而可以延缓氢鼓泡和氢诱发阶梯裂纹；当钢铁基体的相关部分暴露时，由于其铝涂层电位的影响，可以避免出现钢铁基体的腐蚀的现象，满足实际工作的需要。

3.2.1 热喷涂的定义

通过某种形式的热源应用，确保其金属热喷涂环节的优化，这一环节的实现，离不开对其金属喷涂材料的应用，确保其熔融状态的实现，促进其微粒化，这些微粒受到外部力的应用，进行一定程度的速度冲击，实现对基体表面的沉附，这就促进了金属图层的形成。为了促进实际工作的应用，我们要进行其压力容器基体材料表面的应用，通过对其热喷涂技术的应用，保证其金属保护涂层的形成，确保其耐腐性的提升。增强压力容器的耐腐性能，延长使用寿命。

3.2.2 热喷涂的技术优点

为了满足表面涂层系统的健全的需要，我们要进行其热喷涂技术的应用，由于该技术的自身的应用优势，其得到了全社会范围的普及，突破了对喷涂施工对象的自身尺寸的限制，突破了传统的喷涂模式 的局限性。保证其内部构件的相关表面部分的有效喷涂。在喷涂过程中，由于其母材的受热温度的控制，其母性性能比较稳定，其涂层厚度也可以得到一定程度的深化控制。其工艺简单，较其他防腐措施效果好，成本低。

3.2.3 热喷涂工艺过程

这次热喷涂铝涂层采用火焰喷涂法，工艺流程如表2。

（1）表面净化环节

在喷涂工作开展之前，我们要进行喷涂准备工作的强化，保证其喷涂容器的内表面的有效净化，实现其表面的污垢、油污等的有效清理，保证其表面的有效清洁。清除油物通常用蒸汽吹扫，有时也可以用汽油或洗涤剂。

（2）表面粗化环节

我们也要进行其表面粗化模式的应用，确保其喷砂模式的应用，通过对其压缩空气环节的优化，进行其相关喷砂装置系统的健全，促进其相关容器表面的清洁粗化工作的开展，确保其喷砂材料的有效应用，进行多角冷硬铸铁砂的应用，实现对其硬度值的有效控制。比如其刚玉砂的应用，确保其碰砂之后的容器表面粗糙度的有效控制，实现其粗化目的的深化，保证工件的实际操作环节的优化，满足实际工作的需要，进行其容器表面及其土层之间的结合强度的控制，促进其下序环节的稳定运行，有助于该环节的表面粗化环节的稳定发展。

（3）喷涂工作层优化措施

为了满足实际工作的需要，我们要用压缩空气将粘附在容器表面的碎砂粒吹净。由于喷砂后的容器表面活性较强，容易发生污染和氧化，因此应尽快进行喷涂。火焰喷涂的基本过程如下：使喷涂的铝丝材料融化成液体或熔融状态将液体或熔融状态的铝细化成微粒，软化或融化的微粒铝向前飞行，微粒在容器表面发生碰撞、变形、凝固和堆积，形成涂层。这四个过程是在极短的时间内进行的，其中前两个过程几乎是同时进行的。

（4）涂层封孔环节

在日常工作过程中，我们可以得知，热喷涂层存在微小孔隙，孔隙相互连接，有时可从表面延伸到容器基体，因而降低了涂层的保护作用，而热喷涂层经过封闭处理后，孔隙率降低，耐一般腐蚀的性能大大提高。喷涂层的孔隙可通过时效生成金属盐类封闭，或利用涂料，形成热喷涂层加涂料封闭的复合涂层，使防护寿命成倍提高。

结语

腐蚀与防护是一对矛盾，腐蚀是自然的，我们不能从根本上抑制腐蚀，我们采取的热喷涂铝层防腐措施，只是减缓装置容器的腐蚀，并不是阻止腐蚀，我们应该认识到这一点，所以在停工检修时要做好容器材质探伤。

参考文献

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【关键词】机械密封腐蚀防护

机械密封出现故障的机会较多，比例较大，常见的损坏形式可分为腐蚀损坏、热损坏和机械损坏三种，由于机械密封特殊的结构形式和千差万别的工作环境，其腐蚀形态也存在多样性的特点。

1金属环腐蚀

(1)表面均匀腐蚀。如果金属环表面接触腐蚀介质，而金属本身又不耐腐蚀，就会产生表面腐蚀，其现象是泄漏、早期磨损、破坏、发声等。金属表面均匀腐蚀有成膜和无膜两种形态，无膜的金属腐蚀很危险，腐蚀过程以一定的速度进行，这主要是选材错误造成的。成膜的腐蚀，其钝化膜通常具有保护作用的特性，但金属密封环所用材料，如不锈钢、钴、铬合金等其表面的钝化膜在端面摩擦中破坏，在缺氧条件下新膜很难生成，使电偶腐蚀加剧。

(2)应力腐蚀破裂。金属在腐蚀和拉应力的同时作用下，首先在薄弱区产生裂缝，进而向纵深发展，产生破裂，称为应力腐蚀破裂。选用堆焊硬质合金及铸铁、碳化钨、碳化钛等密封环，容易出现应力腐蚀破裂。密封环裂纹一般是径向发散型的，可以是一条或多条。这些裂缝沟通了整个密封端面，加速了端面的磨损，使泄漏量增加。

根据断裂力学的观念，材料内部原始裂纹尖端的应力场强因子K1=yσ1a(y—系数)。在开始时由于应力σ1小于临界应力σc，a小于临界裂纹σc，所以腐蚀作用时，由于原始裂纹a的腐蚀扩展，导致K1的增大。当经过一段时间后a=σc及K1=K1c时，断裂就发生了，只有当原始裂纹a足够小，以致于K1＜K1c(应力腐蚀破裂)时，材料不会发生应力腐蚀破裂。①应力的存在。如果堆焊或加工中，残余应力、旋转离心力、摩擦热应力，引起金属环应力σ1大于a2c，应力破坏就很难避免。②材料。金属密封环材料强度、硬度指标越高，K1c越低，材料内气孔、夹渣、裂纹越多越长，越易发生应力腐蚀破裂。一般K1(应力腐蚀破裂)=(1/2-1/5)K1c，且随材料强度级别的提高，K1(应力腐蚀破裂)/K1c的比值下降。③磨损。构件表面越光，应力腐蚀破裂敏感性越低。端面磨损使金属表面钝化膜破坏，光洁度降低，促使应力腐蚀破裂的发生。④介质。应力腐蚀破裂，只发生于一些特定的“材料—环境”体系。例如“奥氏体不锈钢—cl”、“碳钢—NO3”。⑤温度。温度越高，氢扩散越快，应力腐蚀破裂加快。密封环端面剧烈摩擦，如果端面比压过大，表面光洁度低，冷却不够，表面不好，摩擦热则加速应力腐蚀破裂的进行。

2非金属环腐蚀

(1)石墨环的腐蚀用树脂浸渍的不透性石墨环，它的腐蚀有三个原因：一是当端面过热，温度＞180℃时，浸渍的树脂要析离石墨环，使环耐磨性下降；二是浸渍的树脂若选择不当，就会在介质中发生化学变化，也使耐磨性下降；三是树脂浸渍深度不够，当磨去浸渍层后，耐磨性下降。所以密封冷却系统的建立，选择耐蚀的浸渍树脂，采用高压浸渍，增加浸渍深度是非常必要的。

(2)石墨环的氧化在氧化性的介质中，端面在干摩擦或冷却不良时，产生350-400℃的温度能使石墨环与氧发生反应，产生CO2气体，可使端面变粗糙，甚至破裂。非金属环在化学介质和应力的同时作用下，也会破裂。

(3)聚四氟乙烯(F4)密封环的腐蚀。F4填充如玻璃纤维、石墨粉、金属粉等以提高其耐温性、耐磨性。填充F4环的腐蚀主要是指填充物的选择性腐蚀、溶出或变质破坏。例如在氢氟酸中，玻璃纤维分子热腐蚀，所以填充何物应视具体情况而定。

3辅助密封圈及其接触部位的腐蚀

(1)辅助密封圈的腐蚀橡胶种类不同，其耐蚀性亦不同。由于橡胶的腐蚀、老化，其失效的橡胶遭腐蚀后表面变粗糙且失去弹性，容易断裂。橡胶耐油性因品种而异，不耐油的橡胶易胀大、摩擦力增大，浮动性不好，使密封失效。橡胶与F4耐温性差，硅橡胶耐温性最好，可在200℃使用。

(2)与辅助密封圈接触部位的腐蚀机械密封动环、轴套、静环、静环座，与橡胶或F4辅助密封圈接触处没有大的相对运动，该处液相对静止易形成死角，给与之接触的金属轴套、动环、静环座及密封体等造成了特种腐蚀，主要有缝隙腐蚀、摩振腐蚀、接触腐蚀，三种腐蚀同时存在，交替进行，所以腐蚀面较宽、较深。观察其表面深度在1-1.5倍密封圈直径，蚀度不小于0.01mm时，密封泄漏就严重了。

4防护方法

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研究性学习与传统的接受性学习和训练性学习相比，内容注意体现专题性、综合性、实践性和开放性；形式注意体现学生的主体性、探索性、合作性。因此教师也由原来的传道、授业解惑者变为学习的设计者、组织者、指导者，教师的角色变了，要求也高了。笔者结合研究性学习的实践，谈谈教师的“三者”作用。

一、教师的设计者作用

1.设计疑问，激趣

由于研究性学习以学生为主体，主要是学生自主设计、自行修习、自主探索的，整个学习过程都需要学生全身心投入，如果缺乏对本学科知识的兴趣，是不可能全身心投入，也不可能知难而进的。教师在教学中要设计问题，激趣。

例如：在学习《原电池原理及应用》专题内容时，通过介绍钢铁每年因腐蚀的数量约占金属年产量的10%，全世界每年腐蚀的钢铁几千万吨。要想防止钢铁的腐蚀，就必须弄清楚钢铁腐蚀的原理是什么?通过这些实例激发学生去探索金属腐蚀的成因及防护??原电池的原理及应用。也可以设计让学生去调查金属的腐蚀状况及防腐的措施，去激发学生探索原电池原理及应用知识。通过以问激疑，以疑激趣，使学生产生追求化学科学的强烈动机和愿望，培养执着探索、主动学习的精神。

2.创设有利于自主探索的氛围

由于长期以来学生习惯于教师站在讲台上讲，学生怕老师提问，在心里设置了心理防线，在这样的课堂气氛和心理氛围中是无法进行研究性学习的。因此教师要走进学生，融洽与学生的关系，创设宽松的学习氛围，消除学生的心理负担，采用不用举手，不用提名，自动回答问题的形式，鼓励学生大胆发言，表达自已的观点。

例如：学习氧化还原反应中的有关概念，电离平衡有关概念时，鼓励学生根据原理，能反映特征，给这些概念下定义或起名称。在学习元素周期表时，鼓励学生用纸牌给元素原子量，原子半径、化学性质、最外层电子数等规律分组，自已编制能体现出周期律的周期表。在这样的课堂上，学生的思维活跃，主动探索的意识增强，师生关系融洽，教师以一位学习的参与者加入到研究性学习中，学生也能乐于接受了。

3.设计探究的情境，模拟研究的过程

研究性学习是由学生在一定情境中发现问题、选择课题、设计方案的，通过主体的探索、研究求得问题解决，从而体验和了解科学的探索过程，形成自主探究、创新的意识和习惯，培养创新能力，增长知识，积累和丰富直接经验的活动过程。经历探究过程，获得理智和情感体验，积累知识的方法是研究性学习关注的三个目标，而不在于学生真正地发现什么，创造什么。因此教师要设计有利于探究的情境，让学生充当科学家，去经历科学的发现过程。

例如：学习《元素周期律、元素周期表》内容时，通过介绍科学家探索元素周期律的过程，播放科学家发现“三元素组”、“八音律”以及门捷列夫发现元素周期的录相，然后设计让学生观察分析教材中给出的核外电子排布、原子半径和化合价等数据，发现问题，形成假说，再寻求理论去解释假说，从而得出结论，模拟科学家的发现过程与方法。

二、教师的组织者作用

1.教师是教学形式的组织者

班级授课制在我国有几千年的历史，以教师为中心的观念在人们头脑中根深蒂固。因此在实施以学生为中心的研究性学习中，教师要组织好课堂教学形式。要带领学生走出校园，走进社会，去亲身感受知识的来龙去脉，到生活实践中了现问题，调查研究。用所学的化学知识解决生产生活中的问题。根据研究的内容，依照学习者的性别、性格特点，组织好合作学习、合作研究的形式，注意培养学生协作精神。

2.教师是各类学术活动的组织者

在实施研究性学习过程中，有关的方法指导，解决实际问题所需的知识，中学教师不一定胜任，必要的时候要邀请、组织专家学者举行学术讲座、专家论坛等活动。组织好学生的学习经验交流会、学习成果评价会、开题、结题报告会等学术活动。

3.教师是活动场所的组织者

研究性学习形式多样，在校内要查阅资料、上网探索、动手实验，在校外，要到工厂、社区、家庭调查，这些活动的场所都需要教师精心组织安排好，防止组织不当，浪费时间，影响效果。

三、教师的指导者作用

1.指导学生选题

研究性学习的选题一要注意与学生现有水平相一致，超越学生的现有水平，使所有学生能够参与研究，能用现有知识解决问题，要指导学生选题小而实，避免大而全。二要指导学生到生活实践中发现问题，以问题作为自已研究课题，才能使学生全身心地投入到课题的研究中。例如：针对一些工厂排放的废液污染河流，提出的“城中河污染的调查与处理”课题。针对走私盐中缺碘情况，提出“盐中碘含量的测定”课题等。三要指导学生选择的内容应该是学科领域中的核心知识，有一定的研究宽度，使研究的过程就是经历科学的探索过程，通过研究，对提高学生的理解能力和创造性思维能力具有重要的价值。例如：在学习氧化还原反应时，先择“氧化还原反应知识的由来、发展与应用”作为研究课题。在学习物质结构知识时，选择“物质的结构与质关系的探索”作为研究课题等。

2.指导学生的研究方法

在研究学习过程中，教师要及时给学生方法指导，以帮助学生解决研究过程中发生的偏差和问题。首先是向学生进行普及研究方法的教育，使参与的学习者明确研究性学习常用的方法、步骤：确立课题，制定方案，搜集信息、资料，得出结论，撰写论文、报告等。其次是对具体课题的调查内容进行指导。如“城中河的污染调查及处理”的课题，要指导学生调查该河流的污染源有哪些?这些工厂排放的污水主要成分是什么?日排放量多少?根据污水成分的理化性质如何消除污染等?在方法指导时要把指导的重点放在“指导方法，解答疑难”上，要留给学习者思考的空间，有利于学习者发挥主体作用。

3.指导学生撰写报告、论文

篇（10）

中图分类号：TU996文献标识码： A

一、前言

燃气管道的检测技术是的防燃气管道腐蚀的常用外处理手段，主要是用于燃气管道的腐蚀检测的项目中。保证管道腐蚀检测的质量是整个燃气管道项目管理的重要环节。下文将对燃气管道的腐蚀和检测技术进行分析。

二、燃气管道的腐蚀检测技术现状

管道输送作为燃气输送的一种主要方式 ，其在我国的燃气输送中得到广泛的应用 ，据不完全统计 ，我国已建成的石油和天然气管道已超过 2 万 km，拟建设的管道也有近万公里。这么多的管道分布的地域极其广阔 ，其所敷设的环境也具有十分复杂、位置相对隐蔽的特点 ，管道一旦发生失效破坏将难以被人所发觉 ，导致其泄漏将造成巨大的经济损失 ，同时还将对人身安全和环境等都造成及其严重的破坏。在燃气管道泄漏事故中很大一部分是由于管道的腐蚀而导致的 ，主要包括管道内腐蚀及管道外腐蚀两种。其中 ，燃气管道管外腐蚀是所有导致管道事故中最重要的诱因 ，同时对燃气管道的破坏也极其严重。

三、燃气管道腐蚀原因分类

金属腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学或物理作用成为金属化合物而受破坏的一种现象。 作为金属，燃气管道的腐蚀可分为电腐蚀和自然腐蚀。电腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生破坏的现象，往往是由于直流电体和电防腐设备泄漏电流引起的腐蚀。自然腐蚀则是除此之外在自然状态下产生的腐蚀。

1、电腐蚀

电腐蚀往往表现为缝隙腐蚀和点腐蚀。燃气管道一般是由螺栓、焊接等方式连接的，在这些连接件或焊接接头缺陷处可能出现狭窄的缝隙，其缝宽(一般在 0.025~0.1 mm)足以使电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈的局部腐蚀。点腐蚀是指腐蚀集中于金属表面的局部区域范围内，并深入到金属内部的孔状腐蚀形态，容易导致管道穿孔。

2、自然腐蚀

自然腐蚀包括化学腐蚀、应力腐蚀、细菌腐蚀等。一般会使管道产生均匀的大面积锈斑及腐坑。

四、管道状态检测技术及装备

一般说来,管道安全维护的方式可以分为主动维护、被动维护及全部更换3种川。主动维护即通过定期及不定期的检测,了解在线管道的受损状况,作出寿命预测,按安全规范主动而适时采取的维护措施;被动维护即发现泄漏或发生事故以后,立即组织力量赶赴现场抢修、抢换、抢险,以恢复管道运行,阻止事态扩大;全部更换即对于已使用了若干年的管道,为避免发生事故,全部更换成新管道。根据国外的统计，主动维护是管道管理的理想状维护措施主动维护被动维护全部更换态,而要实现主动维护,管道检测是其基本前提。传统的管道在线检测均采用管外抽样检测,即将被测管道按一定抽样间隔开挖后,以手工接触法逐点进行检测。这种方法费工费时,成本高、周期长,由于不能进行全面检测,故难以保证缺陷不漏检;而且还不适于检测公路、铁路、海洋等区域下的管道,因此用于管内检测的机器人便应运而生。

管内检测机器人是在管内极限环境中顺利运动的机电一体化装置,它可以携带各种检测设备同步前进,在操作人员的远距离控制下完成管道缺陷检测作业。目前已研制的管道内检测机器人根据不同的特征可分为很多类型。如按功能可为测厚机器人、测径机器人、焊接管道机器人等;按行走方式可分为轮式、履带式、足式、振动式和蠕动式管道机器人等;按检测手段可将其分为漏磁、超声波、声发射、涡流和摄像检测机器人等;按驱动方式可分为自主驱动机器人和介质差压驱动机器人等。其中,介质差压驱动机器人具有实用性好、行走距离长、所需动力源方便、结构紧凑等优点,特别适用于油气管道的检测。

然而,在国际上,直到目前管道检测机器人技术还属于垄断技术,美、英、法、德日、挪威等国研制的管道机器人处于世界领先地位,他们的产品已实用化、商品化。但他们的技术严密封锁,处于绝对保密状态。一般不出售产品和技术,只提供在线检测服务,收取高昂的服务费用。在国内,管道检测机器人的研究还处于起步阶段,虽然有一些成果,但还有许多问题没有解决,离工程应用还有不小的距离。因此,必须下大力进行研究,以开发新型的拥有自主知识产权的管道检测装备,提升管道检测技术及手段,使管道检测及管理规范化,并逐步实现由被动维护向主动维护的转化。

五、燃气管道腐蚀的检测方法

现在的燃气管道敷设中,埋地钢制管道的外腐蚀保护一般由绝缘层和阴极保护组成的防护系统来承担。通过对阴极保护系统进行检测。可以判断管道防腐层的损坏程度,从而得到管道受腐蚀的情况。

1 、标准管/地电位法

标准管/地电位法是利用数字万用表测试接地硫酸铜电极与管道上的 CP 电位, 通过电位的分布,间接评定涂层的质量状况。这种方法能快速测量管线的阴极保护电位, 但它测试的数据受许多因素的制约, 经常会漏检和误判, 而且它不能确定缺陷大小、位置以及防腐保温层的剥离。

2 、密间歇电位法

此法与标准管/地电位类似,可以说是标准管/地电位的加密测试。该法能测定 CP 系统的效果, 间接反映防腐保温层状况, 并能判断缺陷的严重性, 自动采集数据。但此法的测试数据受许多因素的制约, 不能确定缺陷大小、位置以及防腐保温层的剥离。

3、 直流电压梯度法

此法在管道上加载直流信号,用测量管道防腐层破损裸漏点和土壤之间存在的电压梯度, 来判别防腐层的缺陷。该方法能准确地检测出防腐层的破损位置, 亦可估算缺陷大小, 并通过 IR%判定缺陷的严重程度。但该方法在没有阴极保护的管道上不能使用, 需要大量的原始数据, 对土壤的含水量要求也较高, 同时杂散电流、土壤电阻率等环境因素会引起测量误差。

4、 电位梯度法

此法在管道加载交流信号。当交变信号经过管道防腐层的破损点处时会流失到土壤中, 因而电流密度随着远离破损点的距离而减小, 在破损点的上方形成了一个交流电压梯度, 通过电压梯度即接受信号的强弱来判定防腐层的破损点。此法能识别破损点大小, 微小漏点也能测到, 但不能指示缺陷的严重程度、CP 效率和防腐层剥离,而且易受外界电流的干扰, 对操作者的技能要求较高, 还经常给出不存在的缺陷信息。同时, 水泥或沥青地面接地难。

5 、多频管中电流法

该法用发射机向管道发射某一频率的信号电流, 管道外防腐层破损或老化处会有电流流失, 管道周围磁场的强度就会减弱, 通过磁场强度的强弱来判断缺陷的存在。这种方法可对破损点进行定位, 受地面环境影响较小, 但测量结果不直观, 不能测量 CP 效率, 不能测量防腐层剥离, 易受外界电流的干扰, 且需预先获得一些参数, 如管体的电阻、防腐层的电容率等。

6 、变频- 选频法

该方法是在管道上加载交流信号, 通过管道上的标桩检测同一频率的信号, 同步改变发、收频率直到接收功率是发射功率的 5%以下即可认为“信号损耗殆尽”, 然后利用两标桩之间管体长度和直径、管壁厚度、土壤特性阻抗等有关参数计算标桩之间防腐保温层的漏电阻。此法测出的是某一段内平均漏电阻, 可评价整条管道防腐层的综合保护性能, 受地面环境影响较小。但此法不能检测出具体的破损点位置, 计算结果中人为因素多,误差大, 尤其是对于公用燃气管道, 其线传输理论模型在管路复杂的情况下难以适应, 不能有效地判断破损点位置。

六、结束语

总之，在整个城市燃气管道防腐与检测的过程中，要重视防腐检测设计中的每一个环节，预防检测防腐过程的不彻底的发生，保证防腐检测设计的规范性，使整个防腐检测过程质量得到保证。

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