金屬腐蝕與防護論文大全11篇

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中圖分類號：U473文獻標識碼： A

一、天然氣管道腐蝕的因素

（1）土壤腐蝕因素。土壤是具有固、液、氣三相的多孔性的膠質體，土壤的空隙被氣和水充滿，水中含有一定的鹽使土壤具有離子導電性。由于管道所埋土壤各處的物化性質不同、管道各部分的金相結構不同，如晶格缺陷、雜質、內部應力、表面粗糙程度等原因，一部分金屬易電離，帶正電的金屬離子進入土壤中，從而該段電子過剩電位變負；而另一部分金屬不容易電離，電位變正，從而在兩段間發生電子流動即發生氧化還原反應。失去電子的管道段成為陽極區，得到電子管道段則成為陰極區，并和土壤一起組成回路，形成了電化學電流即腐蝕電流，從而產生了土壤腐蝕。

（2）管道腐蝕因素。長輸埋地管道表面大都包裹有防腐層，將鋼管和腐蝕介質隔離，切斷電化學腐蝕電池的電路。 土壤腐蝕性介質從而浸入管體外壁，引起管道外腐蝕，再加上陰極保護不善，雜散電流的影響等均會使管道遭受腐蝕。

（3）金屬材料因素。金屬化學穩定性、合金成分、金屬表面狀態等都會影響金屬材料的腐蝕性 。

（4）大氣腐蝕。大氣中含有水蒸氣會在金屬表面冷凝形成水膜，這種水膜由于溶解了空氣中的氣體及其它雜質，可起到電解液的作用，使金屬表面發生電化學腐蝕。影響大氣腐蝕的自然因素除污染物外還有氣候條件。在非潮濕環境中，很多污染物幾乎沒有腐蝕效應。假如相對濕度超過80% ，腐蝕速度會迅速上升。因此，敷設在地溝中的管道或潮濕環境的架空管道表面極易銹蝕。

（5）細菌腐蝕 。細菌腐蝕也稱微生物腐蝕，參與管道土壤腐蝕過程的細菌通常有硫酸鹽還原菌、氧化菌 、鐵細菌 、硝酸鹽還原菌等。其中厭氧性硫酸鹽還原菌最具代表性。它在pH6～ 8 堿性和透氣性差的土壤中繁殖，廣泛地分布在海、 河 、湖泊水田、 沼澤的淤泥中， 它利用自身的生息，將硫酸鹽離子還原，同時促進陰極反應，生成硫化鐵等腐蝕產物，覆于管道表面，形成二次的局部腐蝕（孔蝕），所以在硫酸鹽還原菌腐蝕的現場，土壤顏色發黑，有硫化氫臭味。

（6）雜散電流腐蝕 。流散于大地中的電流對管道產生的腐蝕，又名干擾腐蝕，是一種外界因素引起的電化學腐蝕 。管道腐蝕部位由外部電流的極性和大小決定，其作用類似電解雜散電流從原油管道受電氣化鐵路的雜散電流腐蝕。在建成后約4個月即遭電流腐蝕穿孔交流電引起的腐蝕是在管道沿高壓輸電線敷設時，因電磁耦合在管道上感應的交流電所造成的，對人體和設備均有危害。

二、管道腐蝕防治措施

針對以上腐蝕原因提出相應防腐措施如下：

（1）涂層防護。涂層防護是管道防護最基本的方法。它的主要原理在于采用一些特殊材料涂抹到管道外側，起到隔離金屬管道的作用，腐蝕性物質無法與金屬直接接觸，因而起到防腐的作用。值得注意的是，有些管道在架設過程匯總不可避免的經過一些環境比較惡劣的地區，因此這就對涂膜材料的選擇提出了要求。一般來說，涂膜材料應該滿足以下幾個要求：材料自身性能穩定，不會與周圍腐蝕性物質發生反應，水的滲透率低，防止水與管道的接觸，耐微生物腐蝕能力強，出現問題時方便修復，成本低，可以大規模使用，滿足防腐要求的前提下滿足工程要求。

（2）改善金屬的本質。根據不同的用途選擇不同的材料組成耐腐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強鋼的防腐蝕能力。

（3）電化學保護法。將被保護金屬極化成陰極來防止金屬腐蝕的方法。1928年第一次用于管道是將金屬腐蝕電池中陰極不受腐蝕而陽極受腐蝕的原理應用于金屬防腐技術上，利用外施電流迫使電解液中被保護金屬表面全部陰極極化，則腐蝕就不會發生。判定管道是否達到陰極保護的指標有兩項：一是最小保護電位，它是金屬在電解液中陰極極化到腐蝕過程停止時的電位，其值與環境等因素有關，常用的數值為-850毫伏 （相對于銅-硫酸銅參比電極測定）；二是最大保護電位，即被保護金屬表面容許達到的最高電位值。

（4）改善環境。改善環境對減少和防止金屬腐蝕有重要作用。例如，減少腐蝕介質的濃度，除去介質中的氧，控制環境溫度、濕度等，都可以減少和防止金屬腐蝕；也可以采用在腐蝕介質中添加能降低腐蝕速率的物質（緩蝕劑）來減少和防止金屬腐蝕。

（5）電蝕防止法。一是在雜散電流源有關設施上采取措施，使漏泄電流減小到最低限度；二是在敷設管道時盡量避開雜散電流地區，或提高擾管段絕緣防腐層質量，采用屏蔽、加裝絕緣法蘭等措施；三是對干擾管道作排流保護，即將雜散電流從擾管道排回產生漏泄電流的電網中，以消除雜散電流對管道的腐蝕。

三、天然氣管道腐蝕防治改進措施探討

當前，相對國外管道防腐較為先進的技術而言，我國對城市天然氣管道腐蝕防治的研究還存在著一些問題急需解決，管道防腐技術還有待改進。

3.1 積極開發管道防腐材料

我國當前所使用的管道防腐材料雖然基本已經實現了國產化，但是由于技術上的缺陷，所生產出來防腐材料難免會出現一些問題。因此，我們要加大對管道防腐材料的研究力度，通過借鑒國外先進的技術，結合國內的實情，運用到生產實踐當中去，生產出高質量的材料來更好的進行管道腐蝕的防護。

3.2 積極提升腐蝕管道的定位技術

進行天然氣管道腐蝕程度的測量需要我們擁有一個完善的防腐數據庫管理系統，我們要不斷的加強腐蝕管道的定位能力，使得腐蝕管道的定位快速而準確，這樣才能夠有效的找出天然氣管道的安全問題，排除安全隱患。當前我國在這一方面的技術和先進國家相比還存在著很大的差距，對管道防腐檢測技術投入足夠的精力，才能夠縮小和國外技術上的差距，增強我國管道腐蝕檢測的實力。

3.3 確保陰極的準確到位

在對管道進行電化學反應保護時我們要確保陰極的準確到位，才能夠保障腐蝕的是充當陽極的其他金屬，而不是消耗陰極的管道金屬。要確保陰極的準確到位，我們必須要關注陰極保護的關鍵參數。保護電流和保護電位是對陰極進行保護的關鍵參數，保護電位是金屬完全停止腐蝕時所需要的電位，保護電流則是被保護的結構單位面積中所需要的保護電流。只有準確的把握了陰極保護的關鍵參數，才能夠確保陰極保護的準確到位，對管道的保護才能夠得到保障。

四、結語

管道的防腐不僅關系到資源的有效利用，還關系到城市的正常運轉。保證管道不被腐蝕才能保證社會的平穩運行，因此管道的防腐問題應該引起足夠的重視，在開發新技術新材料的同時，注意對于現有工藝的改善，完善管道施工中的管理，避免人為因素對管道造成腐蝕，從多個方面綜合治理管道的腐蝕問題，才能將損失降到最低。

參考文獻：

[1]劉佳 天然氣管道的腐蝕原因及防治措施 2012年第6期 內江科技

[2]馮士明，胡延新.油氣管道腐蝕現狀及修復技術對策.99中國國際腐蝕控制大會論文集，1999

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中圖分類號：TU279文獻標識碼： A

石油化工裝置中流體輸送是必不可少的，工藝管線是流體輸送的重要組成部分，其投資占總投資的比例相當高，所以做好工藝管線的防腐工作至關重要。

金屬腐蝕是金屬和周圍環境發生作用而被破壞的現象，它是一種自發進行的過程，給人類帶來的經濟和社會危害極大。例如：金屬構件在大氣中生銹，化工生產中 金屬設備與腐蝕性強的介質接觸，尤其在高溫、高壓和高流速的條件下造成設備生銹，老化變形現象。

一、管道腐蝕控制的基本方法

管道腐蝕的控制方法應根據腐蝕機理的不同和所處環境條件的不同采用相應的腐蝕控制方法，其基本原則有以下幾方面：

1、選用在該管道具體運行條件下的適用鋼材和焊接工藝

2、選用管道防腐層及陽極保護的外防護措施

3、控制管輸流體的成分如凈化處理除去水以及酸性組分

4、使用緩蝕劑控制內腐蝕

5、選用內防腐涂層

6、建立腐蝕監控和管理系統

二、常見管道防腐層的結構及特點

防腐層 石油瀝青 熔結環氧粉末 3PE 聚乙烯膠粘帶

防腐材料 石油瀝青 環氧粉末 環氧粉末+高（低）密度聚乙烯 聚乙烯膠粘帶

防腐層結構 石油瀝青+玻璃布+塑料薄膜（3-5層瀝青總厚度4-7mm） 環氧粉末熔結在管壁上涂層厚0.3~0.5mm 環氧粉末+膠黏劑+聚乙烯（擠壓）總厚度度2~4mm 底膠+防腐膠粘帶（內帶）+保護膠粘帶（外帶）總厚度1~4mm

適用溫度 -20~70 -40~100 -40~70 -30~60

施工方法 人工或半機械化作業 靜電或等離子噴涂工廠機械化作業線分段預制現場熱收縮套補口 擠出成型法工廠機械化作業線分段預測現場熱收縮套補口 人工或機械化作業

優缺點 機械強度和低溫韌性差，吸水率高，易受細菌腐蝕，施工流動性條件差但成本低目前國內應用廣泛 機械化性能和粘結性能強，耐陰極剝離及耐溫性對施工質量要求高，成本低，損耗小 機械性能耐溫性及電絕緣性能強，其突出的優點是耐磨對現場補口質量要求較高，損耗小 防腐性可靠性高便于施工進度快對管材焊接部位的包覆質量不易達標

根據圖表所示，在選擇防腐層時應根據每一種防腐層的適用范圍，選擇能滿足管道沿線環境的防腐要求的防腐層，在此基礎上考慮施工方便，經濟合理等因素通過技術經濟綜合分析與評價確定最佳方案。

三、工藝管線腐蝕的表現特征

1、均勻腐蝕：整個表面腐蝕深度比較一致均勻的腐蝕又稱一般腐蝕或連續性腐蝕，在腐蝕中腐蝕發生在金屬的整個表面上，沿金屬表面均勻進行。

2、縫隙腐蝕（表面腐蝕深度不一致，呈斑點狀態）：金屬管道內通入介質如金屬與金屬或金屬與非金屬介質處于滯流狀態，從而引起縫內金屬的加速腐蝕。這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。

3、點腐蝕腐蝕（集中在較小范圍，腐蝕深度較大也稱為孔腐蝕）：在金屬表面的局部地區出現向深處發展的腐蝕小孔，這些小孔有的孤立存在，有些則緊湊在一起看上去像一片粗糙的表面這種腐蝕叫做點腐蝕。

四、預防工藝管線腐蝕常用方法和措施

根據金屬腐蝕原理分析，可以對腐蝕性介質的金屬材料及其制品采用各種不同的防腐蝕技術進行防腐蝕處理，只要措施得當就可以延長金屬制品的使用壽命，保證工藝設備的安全和順利進行，常用的防腐蝕技術和措施主要有下列幾類

1、合理選材：這是防止和控制設備腐蝕的普通和最有效的方法之一，管道的種類繁多，常用的有碳素鋼管，不銹鋼管以及塑料管等它們的工作壓力通過的介質的性質和溫度，敷設的條件，所處的環境都各不相同，為了延長管道的使用壽命，達到經久耐用的目的，施工時要根據各種管材的腐蝕特性合理選用管材。

2、緩蝕劑法：管理內壁用涂料防腐比較困難，常用的方法是在腐蝕介質中添加能降低腐蝕速率的物質也就是緩蝕劑法。根據化學組成，習慣上將緩蝕劑分為無極緩蝕劑和有機緩蝕劑兩大類。

A無極緩蝕劑：通常在中性介質中使用無極緩蝕劑有NaNO2，K2Gr2O7、Na3PO4等，例如Ca(Hco3)2在堿性介質中發生如下反應：

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

生成的難溶碳酸鹽覆蓋于陽極表面成為具有保護性的薄膜，阻滯了陽極反應，降低了金屬的腐蝕速率。

B 有機緩蝕劑：在酸性介質中通常使用有機緩蝕劑，如動物膠，六次甲基四胺以及含氮，硫的有機物等有機緩蝕劑對金屬的緩蝕作用。一般認為是由吸附膜生成即金屬將緩蝕劑的離子或分子吸附在表面上形成一層難溶而腐蝕性介質又很難透過的保護膜阻礙了氫離子的陰極反應，因而減慢了腐蝕。

3、陰極保護法：陰極保護法就是被保護的金屬作為腐蝕電池的陰極或作為電解池的陰極而不受腐蝕。

犧牲陽極保護法：

陽極：Zn=Zn2++2e-

陰極：O2+H2O+4e=4OH-

4、外加電流保護法：取不溶性的電極為陰極把要保護的鋼鐵設備作為陰極，兩只都放在電解質溶液里，接上外加直流電源，通電后，大量電子被強制流向被保護的鋼鐵設備中是鋼鐵表面生成負電荷的累計，金屬腐蝕產生的原電池電流就不能被輸送因而防止了鋼鐵的腐蝕。

參考文獻：

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換熱器是化工生產過程中的重要設備,約占建廠投資費用的20%,占工藝設備總重量的40%。在生產運行過程中由于腐蝕、沖刷等作用,使換熱器遭到破壞,使用壽命縮短,造成巨大的經濟損失。因此,解決好化工換熱器的腐蝕問題,可以帶來巨大的經濟效益。

一、LDPE固定管板式換熱器的泄漏原因—腐蝕

在工業生產中，換熱設備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝流程的指標，以滿足工業流程上的需要。但是換熱器的腐蝕問題嚴重影響了換熱設備的質量，其中主要的腐蝕有：氧腐蝕，沖刷腐蝕以及由于生產工況處于高溫高壓下，振動加速了腐蝕的速率。

1.換熱器幾種常見的腐蝕破壞類型

1.1接觸腐蝕

兩種電位不同的金屬或合金互相接觸,并浸于電解質溶解質溶液中,它們之間就有電流通過,電位正的金屬腐蝕速度降低,電位負的金屬腐蝕速度增加。

1.2孔蝕

集中在金屬表面個別小點上深度較大的腐蝕稱為孔蝕,或稱小孔腐蝕、點蝕。

1.3縫隙腐蝕 在金屬表面的縫隙和被覆蓋的部位會產生劇烈的縫隙腐蝕。

1.4沖刷腐蝕 沖刷腐蝕是由于介質和金屬表面之間的相對運動而使腐蝕過程加速的一種腐蝕。

2.冷卻介質對金屬腐蝕的影響

工業上使用最多的冷卻介質是各種天然水。影響金屬腐蝕的因素很多,主要的幾個因素及其對幾種常用金屬的影響:

2.1溶解氧

水中的溶解氧是參加陰極過程的氧化劑,因此它一般促進腐蝕。當水中氧的濃度不均勻時,將形成氧的濃差電池,造成局部腐蝕。對碳鋼、低合金鋼、銅合金和某些牌號的不銹鋼而言,熔解氧是影響它們在水中腐蝕行為的最重要因素。

2.2其他溶解氣體

在水中無氧時CO2將導致銅和鋼的腐蝕,但不促進鋁的腐蝕。微量的氨腐蝕銅合金,但對鋁和鋼沒有影響。H2S促進銅和鋼的腐蝕,但對鋁無影響。SO2降低了水的pH值,增加了水對金屬的腐蝕性。

2.3硬度

一般說來,淡水的硬度增高對銅、鋅、鉛和鋼等金屬的腐蝕減小。非常軟的水腐蝕性很強,在這種水中,不宜用銅、鉛、鋅。相反,鉛在軟水中耐蝕,在硬度高的水中產生孔蝕。

2.4離子的影響

氯離子可以破壞不銹鋼等鈍化金屬的表面,誘發孔蝕或SCC。

二、腐蝕產生的機理

腐蝕污垢的形成機理腐蝕污垢的形成是由換熱面上腐蝕產生的污穢物質和污穢物質被流體沖擊而剝離兩種現象疊加的結果。腐蝕污垢的電化學機理腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類,而換熱器表面的腐蝕就屬于電化學腐蝕。腐蝕在陽極和陰極上涉及了兩個同時的電化學反應。

1.介質中存在氧化性物質，氧氣和氫離子，構成吸氧和析氫腐蝕（這是根本原因）：

陽極反應：Fe-2eFe2+

陰極反應：O2+2H2O+4e4OH-2H+2eH2

2.鈦與碳鋼構成電偶，固相側電阻太小，同時構成大陰極/小陽極不利面積比（腐蝕速度增加與Ac/Aa比值成正比，這是過快加速穿孔的主要原因）；

3.介質側同樣由于運行原因，造成出現液相，且電阻太小（這是腐蝕時的離子通道）。

4.結論

4.1注水量小，初凝區位于空冷器回彎管附近；

4.2原油電脫鹽開得不正常，造成脫后含鹽升高；

4.3中和劑注量不足；

4.4電偶腐蝕起加速作用。

三、如何在現代石化生產中采用先進技術避免腐蝕的產生

在富氫環境中高溫硫化物腐蝕特性較為復雜，在氫的促進下，硫化氫可以加速對金屬的腐蝕。這是因為在富氫氣氛中，氫作為間隙型質子能夠不斷地侵入硫化物腐蝕層中，造成垢層疏松多孔，破壞了硫化氫腐蝕膜的保護作用，使金屬原子和硫化氫介質得以互相擴散滲透，從而引起硫化氫的腐蝕不斷地進行。影響高溫硫化氫腐蝕的主要因素是溫度和H2S濃度，其腐蝕速度一般隨著溫度的升高而增加，干的硫化氫氣體在200~250℃以下對鋼的腐蝕甚微。研究表明，H2-H2S體系中，當H2S的分壓在3.43~343kPa,操作溫度大于316℃時，硫化氫的腐蝕加劇，一般的鉻鉬鋼不能滿足要求。那么應該如何在現代石化生產中采用先進技術避免腐蝕的產生呢？

1.采用能耐介質腐蝕的金屬和非金屬材料。

1.1首先是能耐住介質腐蝕的金屬材料

這里說的介質主要是以水為主，應該說雙相不銹鋼在常溫下抗水腐蝕能力遠好于奧氏體不銹鋼；其金屬活性如果比氫的活性弱，一般能耐酸腐蝕。如銅、金、銀等。

1.2其次是能耐住介質腐蝕的非金屬材料

這個主要是陶瓷方面，因為大部分陶瓷都能耐介質腐蝕有機方面；如果有機物表現為酸性或弱酸性，一般能耐住介質。

2.采取有效的防腐蝕措施

2.1防腐涂層

在換熱器與腐蝕介質接觸表面，覆蓋一層耐腐蝕的涂料保護層，涂層要有較好的耐蝕性、防滲性和較好的附著力和柔韌性。對水冷系統，管內清洗干凈后進行預膜處理。

2.2金屬保護層

常用方法有襯里、復合板(管)、金屬噴涂、金屬堆焊等。

2.3電化學保護

陰極保護因費用太高，一般不用。陽極保護是接以外用電源的陽極保護換熱器，金屬表面生成鈍化膜而得到保護。

四、結語

LDPE固定管板式換熱器是一種實現物料之間熱量傳遞的節能設備，由于其結構簡單，制造方便等優點，因此LDPE固定管板式換熱器是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業普遍應用的一種工藝設備。近年來隨著節能技術的發展，應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能回收帶來了顯著的經濟效益。為了保證LDPE固定管板式換熱器的正常運行，延緩部件的使用壽命，了解和掌握LDPE固定管板式換熱器出現的故障及其產生原因和處理方法顯得尤為重要，其中采用先進技術避免腐蝕的產生則更為重要。

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中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：

0、引言：金屬材料在使用過程中易受環境作用隨時間的延長而逐漸受到損壞或性能下降,根據發達國家的調查統計,全世界每年因腐蝕損失高于7000億美元。由此可見,金屬腐蝕問題十分嚴重和普遍。

1、概述

1.1管線的腐蝕原理分析

傳統的腐蝕理論認為金屬腐蝕是金屬材料及其制件在周圍介質的作用下逐漸產生損壞或變質現象。輸油管道按其腐蝕作用機理主要分為化學腐蝕、流速腐蝕、電化學腐蝕。這三種腐蝕都會給管線造成不同程度的損壞。

化學腐蝕是金屬直接和介質起作用，在腐蝕過程中沒有電流伴隨。確定被輸送介質的質量，從腐蝕觀點分析，如下成分將極大影響腐蝕速度：各種鹽、有機酸、水、氧、二氧化碳、硫化氫、細菌、生成的硫化物等。這些物質和管道內壁發生化學反應，一方面造成管道內部腐蝕，另一方面產物在管內的積累，會引起管內結垢。

流速大能減少腐蝕，所以水管內的流速建議不小于0.9m／s，水管內間時流速不應小于0.3m／s，設計時應給出使腐蝕最小的流速控制范圍。流速的下限應使雜質保持懸浮在介質中的速度，從而使管線中的腐蝕物質的積存量小；流速的上限應使磨蝕、腐蝕、氣蝕或沖擊作用最小。

電化學腐蝕是金屬和電解質組成原電池而使金屬腐蝕的過程。金屬在腐蝕的過程中有電流伴隨。碳鋼有主要成分(Fe)、少量的碳化鐵(Fc3C)和碳(c)及其他合金元素，由于Fc，C具有不同的電位，C的電位局(惰性)是陰極，Fe的電位低(活潑)是陽極，Fc―C之間存在電位差，在導電介質中就產生腐蝕電流造成電位低的鐵腐蝕，即鐵轉變成鐵離子。在油田管線腐蝕過程中，電化學腐蝕起主導作用。

1.2油田陰極保護簡介

外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電流從土壤中流向被保護金屬，為其表面上進行的還原反應提供電子，使被保護金屬結構電位低于周圍環境，從而抑阻被保護體自身的腐蝕過程。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結構，如長輸埋地管道。外加電流法陰極保護則是利用外部電源對被保護體施加陰極電流。

2、油田外輸管線的保護措施

2.1聯合保護的優越性

聯合保護的優越性主要表現在以下三個方面：

一是延長防腐層的保護壽命，消除防腐層破損造成穿孔的隱患。單憑防腐層保護還存在腐蝕穿孔的隱患，有陰極電流保護使裸鐵部位不再發生腐蝕。同時，鋼管不生銹，不會造成銹層因體積膨脹而使防腐層鼓破、脫落，大大延長防腐層壽命。

二是可減少陰極保護電流的消耗。由于大面積防腐層，使保護電流只消耗在裸鐵部位的小面積上，故所需電流大大減小，減少陽極消耗和設備的輸出功率。

三是縮短陰極極化到保護電位的時間，使保護電位達到均勻分布、保護距離長，效果好。因此聯合保擴是目前最經濟最有效的防腐措施。

2.2油田外輸管道外防腐保溫層簡介

油田外防腐保溫層采用擠出聚乙烯泡沫夾克保溫管簡稱夾克管，中國有的油田稱作黃夾克，它是擠出聚乙烯覆蓋層在防腐保溫管中的具體應用。該防腐層是由聚氨酯及AB組合料等組成。通過聚氨酯發泡設備加溫、加熱、組合按比例注入鋼管與保護層中間，使聚氨酯通過化學反應迅速膨脹發泡形成硬質泡沫體，在保護層與鋼管中間對鋼管起保溫作用，保溫層均勻厚度為40mm，外保護層是使用局密度聚乙烯通過加熱制成，保護層厚度為3mm，外保護層具有抗拉、耐壓、防潮、不易受損等優點，可延長管道使用壽命，可用于高溫度65℃環境中，鋼管除銹達St3級以上，按要求刷環氧煤瀝青兩遍。

(1)底漆作用，一則為增強聚氨酯與鋼管的粘結性，二則以防聚氨酯遇水后對鋼材的腐蝕。

(2)硬質聚氨酯泡沫塑料的導熱系數很低，比重輕，強度適宜，化學穩定性好，是一種較理想的保溫材料。需要注意的是在發泡時密度的控制，泡沫推薦密度為60kg／m3。

(3)塑料夾克管：對埋地管道而言，目前多數國家認為聚乙烯覆蓋層是外防腐保溫管的理想保護材料。為保證聚氨酯泡沫與夾克管的牢固粘接，聚乙烯管內壁要進行電火花極化處理。

(4)防水帽：泡沫管接頭密封的好壞對于整個管的保溫效果以及使用壽命起著重要作用。接頭密封不僅在防止儲存、運輸和施工過程中的水分從端部滲入，還在于管道埋設后，―旦發生外防腐層局部損壞使水分滲入時，防水帽還起到阻隔作用。

熱烤纏帶是瀝青類防腐層的專用補口材料，其特點是技術成熟、施工簡捷，關鍵性工藝參數是管體、纏帶表面的烘烤溫度及纏繞方式，對操作人員要求較嚴格。如果操作得當，纏帶與防腐層相容性較好，會獲得滿意的補口結果。但在現場實際工作中受環境、溫度、人員技術水平的影響和限制，各工序間的工藝參數不易始終如一達到標準的要求，易造成補口質量的不穩定。如烘烤溫度的控制，烘烤過度，引起瀝青流淌，使厚度達不到要求，基帶產生焦化；烘烤濕度不足或不均勻，瀝青未達到熔融狀態，導致補口區粘結不良，這些影響因素都會成為日后管道腐蝕的隱患。

2.3外輸管線陰極保護效果及經濟效益

外輸管線自2006年7月陰極保護系統投入運行以來，運行效果良好，達到了方案設計保護效果。主要表現在以下幾個方面：一是現場應用效果。管線腐蝕速度明顯降低，腐蝕穿孔次數明顯減少，降低了維修工作量；通過檢測發現和修復防腐保溫層97處，避免了因腐蝕穿孔造成的不安全生產因素，為生產順利平穩運行創造了條件。

二是經濟效益。陰極保護運行后管線腐蝕穿孔次數的明顯減少，節約了維修費用和人力、物力的投入，為整個油田降耗增效做出了貢獻，同時延緩了外輸管線的腐蝕。

三是環境保護方面。同時避免了因管線腐蝕穿孔造成的跑油對當地環境造成的污染，為公司的環保工作做出巨大貢獻。四是更重要的是由于陰保系統剛剛投入運行，隨著時間的推移，陰極保護效果將越來越明顯。

3、結語

總之，通過上述了解，我們知道了陰極保護是一種公認的防腐蝕技術,其應用領域廣,涉及到地下、水中及化工介質中的管道、容器、港口碼頭、船舶及化工設備等各個方面,其防腐蝕效果和其它防腐技術相比具有無可替代的作用。本文簡單介紹了油田外輸管線的保護措施油及輸管線陰極保護效果和其經濟效益，對陰極保護方法進行了探討，論文對油田外輸管線具有一定的實用價值和指導意義。

參考文獻

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1.引言

隨著經濟全球化的發展及全球經濟的迅猛發展，人們對于陸地資源的開發力度越來越大。人類社會的發展面臨著資源危機的困擾。海洋面積約占全球面積的70%，其中蘊藏著豐富的礦產資源。按照海洋礦產資源形成的海洋環境和分布特征，從濱海淺海至深海大洋分布有：濱海砂礦、石油與天然氣、磷鈣土、多金屬軟泥、多金屬結核、富鈷結殼、熱液硫化物以及未來的替代新能源--天然氣水合物[1]。海洋中除了豐富的礦產資源外還擁有豐富的生物資源。據統計約有20多萬種生物生存在海洋中。可以說海洋資源開發利用的程度和人類對于海洋資源的認識與開發的能力對于人類社會的未來的發展是至關重要的。

人們對于海洋開發與利用的，離不開開發海洋所需要利用的材料。我們將從海洋中提取出來的及專門用于海洋開發的各類特殊材料稱之為海洋材料[2]。在海洋資源開發與利用過程中，材料應用的最主要破壞形式就是腐蝕，其中因海洋微生物影起的腐蝕約占海洋材料的70%到80%，每年因此種腐蝕而影起的損失高達上千億美元[3]。

所謂海洋微生物的腐蝕是指由各種各種微生物的生命活動而造成海洋環境中使用的各種材料的腐蝕過程統稱為微生物腐蝕（ Microbiologically influenced corrosion， MIC） 。附著于材料表面的微生物膜是誘發材料表面生物性腐蝕的重要因素， 微生物的附著是高度自發過程， 它幾乎可以導致所有材料的腐蝕[4]。從微生物腐蝕的機理上去徹底研究材料表面與微生物的相互作用對于提高材料的抗微生物腐蝕的是極其重要的。

2 微生物腐蝕

2.1 微生物腐蝕研究的發展歷史

1891年，蓋瑞特首次報告了微生物腐蝕的例子[5]。近20年后， 蓋恩斯首先發現了微生物腐蝕，他在地下埋設的鋼管腐蝕產物中提取出了鐵嘉氏桿菌， 并發現有大量的硫的存在， 這表明有腐蝕過程是有硫酸鹽還原菌的參與。荷蘭學者屈爾等在1934年，提出硫酸鹽還原菌參與金屬腐蝕中陰極氫去極化的理論，指出了硫酸鹽還原菌在金屬腐蝕中起到非常重要的作用。1949 年，Butlin 和Vernon給出了這個領域的一些經典的基本概念。后來，劍橋的Postgate系統地研究了硫酸鹽還原菌的生理、生態和生化特征及營養需求，奠定了微生物腐蝕的理論基礎。20世紀60年代以來，歐洲各國及美國的許多學者都對微生物的腐蝕機理進行了大量的研究。但人們對于微生物腐蝕的認識還僅僅還處于對個別的微生物腐蝕失效事故的描述的階段。到80年代中期， 隨著環境掃描電鏡、原子力顯微和激光共焦顯微等表面分析技術的發展，人們可以測量到生物膜的厚度和組成成份， 使得精確確定微生物和腐蝕之間的空間關系成為可能， little等[4]綜述了各種環境、各行業存在的微生物腐蝕現象。Mansfeld等[6]介紹了各種電化學技術在微生物腐蝕研究中的應用。此外還引進了微生物技術進行微生物腐蝕的研究。微生物腐蝕的研究也從失效事故的表面現象日益發展成為一門多領域的交叉學科。

2.2微生物膜

2.2.1微生物膜的形成過程及其影響因素

研究表明，材料表面浸入海水后，微生物就會迅速附著在上面，幾個小時之后就會生成一層生物膜。海水中的微生物以各種形式被運送到固體材料的表面，如在深海環境中，由于海水是相對靜止的，這時微生物是以沉積作用接觸到固體表面的。此外海洋微生物還會由于洋流的作用，自身的趨化性及布朗運動等方式吸附到材料的表面。付玉斌[7～8]研究了玻片、鋼片、防銹漆片、防污漆會由于微生物的群落的生長繁殖在材料表面形成一層由活的和片表面細菌粘膜中異養細菌的組成、數量和菌體形態。結果表明，附著細菌均是運動性很強的帶有鞭毛的細菌， 其中鞭毛在細菌附著過程中起著重要作用，此外還會由于微生物種類的不同以及材料表面的性質不同都會對微生物吸附成膜過程產生影響。微生物吸附到材料表面之后，利用金屬表面吸附的一層有機分子，催化營養物的生物降解，以獲微生物自身繁殖所需的各種養分。無論微生物是以何種方式吸附到材料的表面，最終都會形成由活的死的細胞以及細胞外分泌物（Extracellular polymer substances 簡稱EPS）所構成的生物膜。不同類型的附著菌種，不同類型的附著菌種互相接近，互相協作，形成混合菌群，最終導致生物膜的逐漸成熟。

2.2.2生物膜的的性質

生物膜是一種凝膠相的物質，其具有較好的親水性、粘彈性、通透性以及一定的吸附能力。由于細菌高聚物的存在，如丙酮酸或糖醛酸中的荷電基團等的存在，使得生物膜具有離子交換器的性質.在任何情況下，EPS都具有親水性， 因此生物膜賦于疏水表面以親水性質，基體的表面性質也就因此發生了變化。生物膜通常具有以下作用和特點：凝膠相的EPS使得微生物在其中生長繁殖的過程中，空間上是靠近于生長表面，各種菌具有固定的微同生現象存在，并且細菌的整個生長過程的空間位置的變換也是比較固定的。這樣就使得了覆蓋于材料表面的生物膜在垂直和水平方向的基質濃度、pH值、氧濃度、代謝產物的濃度、溶解鹽濃度、有機物的濃度及無機物的濃度在空間上的不均分布。各處金屬/生物膜的界面電化學參數由此發生了變化，最終導致金屬腐蝕速率的加快或減慢和形態的各種變化。

2.3微生物腐蝕機理

不同種類的微生物在生物膜內的代謝類型多種多樣， 微生物腐蝕的機理也多種多樣， 但歸結起來， 微生物腐蝕有以下幾種類型： （1）形成氧濃差電池；（2）微生物代謝過程中產生的各種酸（有機酸和無機酸）引起的腐蝕；（3） 局部厭氧環境的形成使得硫酸鹽還原菌活性增強，腐蝕增強；（4）微生物活動引起的生物礦化作用[9]。相應地腐蝕機理如下：

2.3.1氧濃差電池的形成

生物膜內的細菌群落由于自身的呼吸和發酵作用，導致生物膜內形成氧氣濃度的梯度，除此之外由于微生物膜自身結構的不規則不均勻性，腐蝕產物的局部堆積、EPS基質阻礙了氧向材料表面的擴散等因素都會形成局部的濃度差電池，即氧濃度差電池。菌落區相對于周圍無菌群環境， 構成原電池的陽極區，金屬發生溶解； 周圍無菌富氧區構成原電池的陰極區，發生還原反應， 從而導致腐蝕的發生。

另外一種情況是海藻和光合作用細菌利用光產生氧氣，積聚于生物膜內。氧氣濃度加大，加速了陰極過程， 也就加快了腐蝕速度。海藻象其它細菌一樣， 無論光線強弱， 即使在黑暗中也呼吸， 將O2轉化成CO2。局部的呼吸作用/ 光合作用可形成氧濃差電池， 導致局部陰、陽極區的產生[10]

L. Hostis 等采用旋轉電極技術分析了金電極上天然海水生物膜內氧擴散動力學[11]，氧濃差存在滿足了局部腐蝕。氧濃差存在滿足了局部腐蝕的初始條件腐蝕產物及代謝物沉積使局部腐蝕得以發展。

2.3.2 酸的產生

微生物腐蝕酸的產生多指有氧區好氧菌代謝產物無機酸（硫酸和硝酸）和各種有機酸的產生，其中硫氧化菌和硝化細菌是常見的好氧型產酸菌， 在新陳代謝過程中消耗介質中的氧形成硫酸和硝酸。同時，由于這些反應都是好氧反應，因此材料表面也會形成類似鐵細菌的氧濃差電池腐蝕， 加速材料腐蝕進程。細菌代謝養份時，有機物會除去代謝過程產生的電子，在好氧菌中， 電子的最終接收者通常是氧， 有機物發酵時大多數異養細菌代謝分泌有機酸.酸的種類和數量依賴于微生物的類型和有效基層分子數。有機酸能可以使腐蝕發生趨勢轉變。如果酸性代謝物被困在微生物腐蝕的反應界面時，對腐蝕影響將更加明顯。

2.3.3硫化物的產生

硫酸鹽還原菌（ Sulfate-Reducing Bacteria，SRB） 是一種 廣泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油氣井等缺氧環境中的厭氧菌。它能利用金屬表面的有機物作為碳源， 并利用細菌生物膜內的氫， 將硫酸鹽還原成硫化氫， 從還原反應中獲得生存的能量。[12]局部無氧區厭氧菌代謝會生成破壞性極強的硫、硫化物、硫代硫酸鹽等物質。關于SRB菌腐蝕研究報道很多，其腐蝕機制早在20世紀30年代Von Wolzogen Kuhr和Vander Vlugt就提出了氫化酶陰極去極化理論。SRB菌所引起的腐蝕是一系列電化學過程， 當形成的硫化物覆蓋在鋼鐵表面時，容易產生小孔腐蝕，并加速金屬的局部腐蝕。鄭強、李進[13]曾報道過硫酸鹽還原菌生物膜下銅合金的腐蝕行為， 發現SRB的存在使電極自腐蝕電位發生劇烈負移， 腐蝕電流密度顯著增大， 銅合金發生了嚴重點蝕。

2.3.4 生物礦化作用

微生物在金屬表面沉積無機物，或者選擇性的去除金屬基體中的合金元素的過程我們稱之為生物礦化作用。微生物作用沉積的礦物質在熱力學、動力學上都與溶解的物質保持平衡。金屬與沉積物間有相互的電子轉移過程，這種平衡影響了金屬的電位。金屬電位的改變可以導致惰性金屬腐蝕電位的升高，甚至接近點蝕電位，從而增強了金屬對點蝕的敏感性。無機沉積物不僅影響電化學腐蝕的熱力過程，同時還改變腐蝕過程和微生物氧化還原反應間的電子轉移。生物礦化作用對于微生物的腐蝕影響已經成為最近幾年人們研究的熱點。

結語

21世紀是海洋的世紀，世界各國都在積極努力推進自身海洋事業的發展，我國政府更是制定出了我國海洋戰略發展的規劃。我國在2010年8月26日成功對"蛟龍號"載人潛水器實現了3000米以下實驗。中國成為第五個掌握3500米以上大深度載人深潛技術的國家。這無疑是中國科技成果的驕傲，也是我國廣大科技工作者的驕傲。但是，面向海洋的進一步發展，我們所面臨的挑戰也是巨大的，這就要求我們廣大的科技工作者為此付出更為艱辛的工作。海洋耐微生物腐蝕材料的研發對于進軍海洋事業的發展是十分重要的，只有好的經久耐用的材料才能經得起我們在開發海洋過程中所以面臨的各種復雜的海洋環境的挑戰，才能讓我們在開發海洋的過程中更好的保護我們的美麗的海洋環境，才能真正造福于我們人類自身事業的發展。

參考文獻：

[1] 高亞峰 海洋礦產資源及其分布 海洋環境保護 2005

[2] 尹衍升. 海洋材料的微生物附著腐蝕[M]. 北京：科學出版社，2012.

[3] 劉濤. 金屬基體超疏水表面的制備及其海洋防污染功能的研究[博士學位論文]. 青島：中國海洋大學，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]李會榮，付玉斌，李筠，在不同基質表面微生物粘膜中海洋細菌的數量變化 [J].青島海洋大學學報， 1999

[8]李會榮，付玉斌， 李筠， 等. 海洋細菌在不同基質表面微生物粘膜中的組成[J].青島海洋大學學報，2001

[9]涂小華，王修杰. 石油工業中管道的腐蝕與防腐[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

篇（6）

一、引言

材料的腐蝕是整個工業生產中面臨的共同的難題，每年因為材料的腐蝕造成的經濟損失多達數千億元人民幣。尤其是在氯堿工業中，所用的原材料都是具有強烈腐蝕性的強酸、強堿、氯氣等，因此腐蝕性問題是制約氯堿工業安全的重要的限制因素。

腐蝕發生的機理較為復雜，涉及的范圍比較廣泛，大體上可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。在整個氯堿工業中，正確選取氯堿裝置材料是氯堿工業防腐蝕的關鍵。

二、氯堿生產的腐蝕與防護

1、氯氣的腐蝕與防護

氯氣在常溫常壓下為黃綠色氣體，是氯堿工業的主要產品之一，具有強氧化性。氯氣的化學性質非常活潑，在常溫下干燥的氯氣的腐蝕性較低，當溫度升高后氯氣的腐蝕性會增強。氯氣與水反應會生成鹽酸和次氯酸，這些產物都具有強烈的腐蝕性，大多數金屬物質都會被腐蝕，特定的金屬或者非金屬材料在一定條件下才具有防腐性能。因此氯堿生產生成的濕氯氣必須經過特定的工序處理。干燥的氯氣溫度在90℃以下時碳鋼還是較為穩定的，但濕氯氣卻容易將碳鋼腐蝕。碳鋼中部分物質會溶于飽和食鹽水中，會加速碳鋼的腐蝕，并且由于溶鹽所用的熱水溫度達到55~60℃，不斷攪動的鹽水更增加了溶解氧的濃度，造成碳鋼腐蝕加快。一般的碳鋼設備不能直接接觸鹽水，必須對碳鋼設備采取專業的防腐措施。某廠采用適當的鹽水工序村里設備材料、優化施工質量，取得了較好的經濟效益。

鈦是一種活性金屬，但是在常溫下鈦生成的氧化膜具有非常好的耐腐蝕特性，能起到很好的保護作用。能耐各種酸性物質的腐蝕。但是還原性的酸有腐蝕作用。與其他少量貴金屬制作成合金，能提高鈦一定的防腐性能。在工業生產中，橡膠的應用范圍較為廣泛，所制成的各種橡膠制品具備優良的防腐性和防滲性能。橡膠有天然橡膠和合成橡膠。具有優良化學性能的天然橡膠可以承受一般的酸性腐蝕，但在強氧化性的酸和芳香化合物中不穩定。

2、鹽酸的腐蝕與防護

氯化氫是氯堿工業中的副產物之一，遇水變成鹽酸溶液具有比較強的腐蝕性，對生產設備和管道造成損壞。另外生產中所用的硫酸也會造成設備的腐蝕。鹽酸裝置所用的材料必須合理選取，做好防腐工作。目前合成爐、換熱器、吸收器廣泛采用石墨材質，鹽酸貯槽目前大多采用玻璃鋼。

玻璃鋼的原材料有增強材料和基體材料兩種。作為玻璃鋼主要承載材料的增強材料是玻璃鋼的強度和剛度的直接影響因素，一般是玻璃纖維或其織物。基體材料的主要成分是合成樹脂，組成物質是合成樹脂和輔料。在纖維間傳遞有效載荷是基體材料的主要作用，并且使載荷均勻分布。玻璃鋼的性能受到基體材料性能，如耐腐蝕性、耐熱性等的影響。如雙酚A型不飽和聚酯玻璃鋼耐溫只有60～70℃，乙烯基酯玻璃鋼能耐110℃濃鹽酸，在化工生產企業中正在取代碳鋼、不銹鋼等。不透性石墨具備較為優良的耐腐蝕性，能適應絕大多數的惡劣環境，但是在強氧化性介質如硝酸、濃硫酸等中防腐性也較差。不同的浸漬樹脂使得不透性石墨的品種也不一樣，耐腐蝕性能有差異。

3、燒堿的腐蝕與防護

氫氧化鈉也是氯堿生產的主要產品之一，燒堿的存在會導致在鍋式法固堿生產過程中設備的應力性腐蝕開裂，濃縮的氫氧化鈉溶液也會腐蝕相關的設備器材。在氯堿工業中必須采取相應的方法較少設備的腐蝕，從而延長設備的使用壽命。

燒堿所用大鍋一般為鑄鐵材質，大鍋的損壞有兩方面原因：一是堿液中氯酸鹽在熬煮時對大鍋存在腐蝕，二是由于大鍋壁內與壁外有較大的溫度差會產生應力，在反復的不均勻的應力作用下造成大鍋的腐蝕開裂。延長大鍋壽命可以有以下幾點措施：⑴在生產過程中嚴格按照章程操作，盡量減少堿液中氯酸鹽的形成。⑵向鍋內加入少量的硝酸鈉，再進行進料點火，鍋內表面生成的氧化保護膜可以有效減少大鍋的腐蝕。⑶對堿液進行預熱，在預熱后再加入到熬堿鍋中。⑷在對鍋底進行清理時，必須先用熱堿溶解后用熱水稀釋，減緩鍋溫的變化。⑸盡量使鍋體均勻受熱，可以優化大鍋的設計，防止偏燒。⑹操作要嚴格要求，升溫降溫要均勻。

擁有優良的機械、加工性能的鎳同樣有較強的耐腐蝕性，能夠承受熱濃堿液的腐蝕，同時也耐中性和酸性溶液以及有機溶液的腐蝕，但是對氧化性酸和含有氧化劑的溶液以及熔金屬的抗腐蝕性較差。在多種氯堿工業設備裝置上，鎳都有較為廣泛的運用。

4、次氯酸鈉的腐蝕與防護

次氯酸鈉在強酸性或堿性條件下是穩定的，次氯酸鈉具有非常強的腐蝕性，在高溫時腐蝕性最大。當次氯酸鈉較為穩定時，有許多的非金屬材料有較強的防腐蝕性。聚酯FRP及乙烯酯FRP、氯丁橡膠、PVC和PP等都具有較高的經濟性和適用性。次氯酸鈉的分解反應會產生大量的熱，如果熱量不能及時散去集中于一個區域，會造成局部溫度過高導致設備器壁的損壞，同時分解反應會使許多非金屬材料遭到破壞。P11FE、FEP及PFA等材質對次氯酸鈉的防腐性能較好，能夠滿足防腐要求。

當次氯酸鈉溫度較高時，對大多數金屬物質都具有一定的腐蝕性，嚴重的話會造成金屬穿孔。應用鈦金屬材料能夠對次氯酸鈉起到很好的防腐性，在實際運用的中運行的效果也比較好。在實際的氯堿生產中，選用玻璃鋼與PVC材料儲存輸送次氯酸鈉具有較好的經濟性。

三、氯堿工業的電化學保護

陰極保護和陽極保護是電化學保護的兩種形式。

在氯堿生產中廣泛采用陰極保護法。陰極保護就是將直流電源的負極與工業設備連接，電源正極與其他陽極連接。陰極保護的原理是金屬—電解質溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負移，金屬陽極氧化反應過電位ηa減小，反應速度減小，因而金屬腐蝕速度減小。輔助陽極材料一般選用石墨或者硅等。目前我國應用較多的還有陽極保護，對于陰極保護來說它是比較新的防腐蝕技術。陽極保護是電化學防腐蝕技術之一，它基于金屬的陽極鈍化性。鈍性機理目前為止有兩種：（1）氧化膜理論：認為鈍化了的金屬，其表面被一層氧化膜所遮蓋。膜的穩定性很高，不容易溶解，從而保護了金屬；（2）吸附理論：認為金屬在鈍化時，其表面吸附了一層氧的原子（或其它原子），并飽和金屬表面原子的活潑價，或者是被金屬中的電子所離子化而形成雙電層的結構，因此阻滯了金屬陽極溶解過程，使腐蝕速率極低。陽極適合致鈍電流密度和維鈍電流教小的情況，這樣可以降低能耗提高生產的經濟效益。

四、結束語

氯堿工業中氯堿產品的生產環境非常復雜，所用的原材料都是強酸、強堿等腐蝕性較強的物質，發生腐蝕的機理也比較多樣，如果不重視防腐問題，由于腐蝕造成的后果也會非常嚴重，企業應予以高度重視，切實采取有關措施保護氯堿設備，歸結起來有以下幾點：

⑴優化工程設計，采用先進的科學技術，恰當選取設備材料。⑵對相關氯堿設備定期檢查維修。⑶使用操作過程必須嚴格按照相關章程要求，做到零失誤。⑷完善氯堿生產的管理體制，加強對工作、安全人員的教育，提升相關的專業素質，增強防腐專業力量。

參考文獻

[1]王香愛.氯堿生產中三氯化氮的生成及防治措施[期刊論文]-氯堿工業,2007(08)

篇（7）

二氧化碳（CO2）常作為天然氣或石油伴生氣的組分存在于油氣中。CO2溶入水后對鋼鐵及水泥環都有極強的腐蝕性。在井下適宜的濕度及壓力環境條件下，CO2會對水泥和油套管產生嚴重的腐蝕，使得管道和設備發生早期腐蝕失效，甚至造成生產油、套管的腐蝕斷裂。從而縮短油氣井的生產壽命，造成巨大的經濟損失。

本文針對油氣井鉆采過程中的CO2腐蝕問題展開深入的調研和分析，分析了不同環境條件下對油氣井管柱的腐蝕機理，進行了CO2腐蝕的影響因素和影響規律的討論。

1 油氣井井下油套管

1.1 CO2基本特性

二氧化碳是無色、無臭的氣體，分子式為CO2，分子量為44，比重約為空氣的1.5倍。二氧化碳在不同溫度和壓力條件下分別以氣、液、固三種狀態存在。當溫度高于臨界溫度（31.1℃）時，純CO2為氣相；當溫度與壓力低于臨界溫度與臨界壓力（7.383MPa）時，CO2為液相或汽相；當溫度低于-56.6℃、壓力低于0.535MPa時，CO2呈現固態，固體二氧化碳也叫干冰，其密度可達1512.4kg/m3，隨著外界溫度的升高，固態（干冰）又升華轉變為汽相。

二氧化碳的化學性質不活潑，既不可燃，也不助燃。二氧化碳可在水中溶解，其水溶液顯弱酸性，可使石蕊試紙變紅。由此可知，二氧化碳在水中有一部分變為碳酸。碳酸可以看作二氧化碳的一水化合物，或直接寫成H2CO3。碳酸在水中可離解為離子：

H2CO3 H+ + HCO3-

HCO3- H+ + CO32-

二氧化碳的臨界狀態是純物質的一種特殊狀態，在臨界狀態時，氣相和液相的性質非常接近，兩相之間不存在分界面。臨界點的參數叫做臨界常數，包括臨界溫度、臨界壓力、臨界體積等。其臨界溫度和臨界壓力為氣液兩相共存的最高溫度和壓力。在臨界溫度以上，不管施加多大壓力，都不能使氣體液化[2]。

1.2 金屬腐蝕機理

1.2.1 化學腐蝕

化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生化學作用而引起的破壞。其反應歷程的特點是在一定的條件下，金屬表面的原子與非電解質中的氧化劑直接發生氧化還原反應，形成腐蝕產物。腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進行的，因而沒有電流產生。

1.2.2 電化學腐蝕

電化學腐蝕是指金屬表面與離子導電的介質發生電化學作用而產生的破壞。任何以電化學機理進行的腐蝕反應至少包含一個陽極反應和一個陰極反應，并以流過金屬內部的電子流和介質中的離子流形成回路。陽極反應是金屬離子從金屬轉移到介質中并放出電子，即陽極氧化過程；陰極反應是介質中的氧化劑組分吸收來自陽極的電子的還原過程，例如，碳鋼在酸溶液中腐蝕時，在陽極區鐵被氧化為Fe2+離子，所放出的電子由陽極鐵（Fe）流至鋼中的陰極（Fe3C）上，被擴散離子吸收而還原成氫氣。

1.3 金屬腐蝕形態

1.3.1 均勻腐蝕

腐蝕分布在整個或大部分金屬表面上（包括較均勻的和不均勻的）。在全面腐蝕過程中，進行金屬陽極溶解反應和物質還原反應的區域都很小（甚至是超顯微的），陰陽極區域的位置不固定，在腐蝕過程中隨機變化，結果使腐蝕分布非常均勻，危害也相對小些。

1.3.2 局部腐蝕

金屬表面只有一部分遭受腐蝕而其它部分基本上不腐蝕的稱為局部腐蝕。局部腐蝕又可分為：點蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕，絲狀腐蝕，電偶腐蝕，選擇性腐蝕，磨耗腐蝕，應力腐蝕，氫損傷[3]。

1.4 CO2對油套管腐蝕破壞形態

CO2對鋼鐵設備的腐蝕的形態可分為全面腐蝕（也稱均勻腐蝕）和局部腐蝕兩大類。形成全面腐蝕時，金屬的全部或大部分表面積上均勻地受到破壞。形成局部腐蝕時，鋼鐵表面某些局部發生嚴重的腐蝕而其它部分沒有腐蝕或只發生輕微的腐蝕。點蝕屬局部腐蝕，點蝕出現凹孔并且四周光滑；臺地侵蝕屬均勻腐蝕，會出現較大面積的凹臺，底部平整，周邊垂直凹底；但在流動條件下，流動會誘使臺地侵蝕出現局部腐蝕形成凹溝，形狀呈平行于物流方向的刀線槽溝[4]。

a 內壁

b 外壁

圖2-1 華北油田餾58井N80油管使用18個月后的腐蝕形貌

圖2-2 CO2對四通的局部腐蝕

以華北油田餾58井的N-80油管為例，該井油管使用18個月后的腐蝕形貌如圖2-1所示。整個油管腐蝕得千窗百孔，形同篩網。從內側表面可明顯看出有平行于油流方向的槽溝和凹孔，充分表明了存在嚴重的流動誘使局部腐蝕和點蝕的現象，說明了油管在發生全面腐蝕的同時，又產生了嚴重的局部腐蝕。此外，該井四通及閥門等在生產過程中接觸CO2介質的工作部件，表面上存在大量的凹孔或凹臺，表明了也存在點蝕和臺地侵蝕的現象（如圖2-2）。

1.5 CO2腐蝕機理

干燥的CO2氣體本身是沒有腐蝕性的。CO2較易溶解在水中，而在碳氫化合物（如原油）中的溶解度則更高，氣體CO2與碳氫化合物的體積比可達3比1。當CO2溶解在水中時，會促進鋼鐵發生電化學腐蝕。并在不同的溫度等條件下產生不同形式的腐蝕破壞。因此，根據腐蝕破壞形態，可以提出不同的腐蝕機理[4]。

下面以碳鋼和含鉻鋼的CO2腐蝕為例來進一步闡述鋼鐵在CO2介質中發生腐蝕的基本原理。前述分析說明，從大體上來說，CO2腐蝕可以分為全面腐蝕和局部腐蝕兩大類，且隨著溫度、金屬材質等不同有不同的腐蝕形態。根據金屬表面產生的腐蝕破壞形態，可以按介質溫度范圍將腐蝕分為三類（如圖2-3、2-4、2-5）。

圖2-5 高溫時碳鋼和含鉻鋼腐蝕類型（類型3）

在溫度較低時，主要發生金屬的活性溶解，為全面腐蝕，而對于含鉻鋼可以形成腐蝕產物膜（圖2-4）。在中溫區，兩種金屬由于腐蝕產物在金屬表面的不均勻分布，主要發生局部腐蝕，如點蝕等（圖2-5）。在高溫時，無論碳鋼還是含鉻鋼，腐蝕產物可較好地沉積在金屬表面，從而抑制金屬的腐蝕。

在沒有電解質存在的條件下，CO2本身并不腐蝕金屬，這說明CO2腐蝕主要表現為電化學腐蝕，即由于天然氣中的CO2溶于水生成碳酸后引起的電化學腐蝕，CO2電化學腐蝕原理及其總體基本化學反應可描述為[4]：

CO2 + H2O + Fe FeCO3 + H2

事實上，CO2腐蝕常常表現為全面腐蝕與典型沉積物下方的局部腐蝕共存。然而，對于局部腐蝕機理的研究目前尚不夠深入和詳盡。大體上來說，在含有CO2介質中，腐蝕產物FeCO3及結垢物CaCO3或不同的生成物膜在鋼鐵表面不同區域的覆蓋度不同，不同覆蓋度的區域之間形成了具有很強自催化特性的腐蝕電偶，CO2的局部腐蝕正是這種腐蝕電偶作用的結果[4]。

1.6 油套管CO2腐蝕影響因素

CO2的腐蝕過程是一種錯綜復雜的電化學過程，影響腐蝕的因素很多，概括起來主要可劃分為環境因素和油套管材料組成兩大類。環境因素主要包括介質溫度（T）、CO2分壓（PCO2）、水介質礦化度、pH值、水溶液中Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、微量H2S和O2、細菌含量、油氣混合介質中的蠟含量、介質載荷、流速及流動狀態等。材料組成及種類因素主要包括材料中合金元素等的含量、材料表面膜等[4]。

2 油氣井井下水泥環CO2腐蝕機理

CO2對水泥石的腐蝕作用機理與水泥石水化產物的關系十分密切，CO2的腐蝕作用機理主要體現在濕相CO2滲入到水泥石中與水泥石水化產物發生不同的化學反應，產生不同的化學物質，最終導致水泥石的成分發生變化，嚴重的破壞了油井水泥石的孔隙度、滲透率、強度。為此，以下在了解和分析不同養護條件下油井水泥水化產物組成特征的基礎上，從腐蝕產物的形貌及微觀結構、主要腐蝕作用形式和腐蝕作用過程等方面深入研究分析了CO2對油井水泥產生腐蝕作用機理[6]。

2.1 油井水泥石腐蝕機理

由油井水泥石的主要水化產物的物理化學性質可以得出，CO2對水泥石的腐蝕作用方式大致可分為：淋濾作用、溶蝕作用、碳化收縮作用、高礦化度地層水的協同作用等四種主要形式[6]。

轉貼于

（1） 淋濾作用：CO2溶于水后滲入油井水泥石時，可以與水化產物發生系列化學反應： CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Ca（OH）2 + H+ + HCO3- CaCO3 + 2H2O

CSH + H+ + HCO3- CaCO3 + SiO2（無定型）+ H2O

水泥石表面初始碳化后即生成CaCO3。碳化結果是水泥石的孔隙度降低、抗壓強度增大。隨著與富含CO2地層水的不斷作用，會持續發生下列反應：

CO2 + H2O + CaCO3 Ca（HCO3）2

Ca（HCO3） + Ca（OH）2 2CaCO3 + H2O

從CO2腐蝕水泥環實驗后的掃描電鏡圖中可以看出（見圖3-1），油井水泥石的孔隙度和滲透性增大，水泥石的致密性明顯降低，導致抗壓強度降低。

（2） 溶蝕作用：當Ca（OH）2被消耗完之后，CO2又與CSH反應生成非膠結性的無定形SiO2，破壞水泥石的整體膠結狀態，水泥石被CO2溶蝕后溶蝕孔隨處可見（見圖3-2），并造成水泥石體系pH值降低，為腐蝕性氣體繼續滲入水泥環提供了便利條件，造成水泥石的進一步腐蝕，最終導致水泥環失去對鋼套管的保護作用。

（3） 碳化收縮作用：在水化溫度低于80℃時，純水泥水化時可生成膨脹性組分鈣釩石（AFt），其反應式如下：

C3A + Ca（OH）2 + CaSO4·2H2O AFt

當CO2存在時，CO2與上述反應爭奪Ca（OH）2，抑制了AFt的生成，因而造成水泥石體積收縮，從而可能誘發環空微間隙（見圖3-3），為富含CO2的地層水打開通道，加劇了CO2對水泥石和套管的腐蝕。

圖3-1 淋濾作用對水泥石的腐蝕形貌

（4） 地層水的協同作用：高礦化度的地層水使CaCO3的溶解度增大，淋濾作用增強。地層水中含有多種腐蝕性離子，如Mg2+、SO42-和Cl-，以及腐蝕性組分H2S，這些組分的協同作用也會加劇CO2對水泥環和套管的腐蝕（如圖3-4）。

圖3-2 溶蝕作用對水泥石的腐蝕形貌

圖3-3 碳化收縮作用對水泥石的腐蝕形貌

圖3-4 協同作用對水泥石的腐蝕形貌（150℃）

由上述幾種CO2在低溫下的腐蝕作用對水泥石腐蝕的機理和腐蝕形貌可以看出，地層水中的CO2侵入水泥環并與其水化產物產生多種作用，嚴重破壞了水泥環的強度、滲透率等，對水泥環保護油管的作用產生一系列的不良影響，從而會影響油井的正常生產和使用壽命。

2.2 水泥環CO2腐蝕影響因素

CO2對水泥石的腐蝕機理主要體現在CO2與水泥石不同水化產物的化學作用上，可見水泥石所處的地質環境對于CO2腐蝕水泥石起著至關重要的作用；當然水泥本身的材料組成也不容忽視；現場施工情況對與水泥環的性能也有很大影響。因此可以得出CO2對油井水泥環腐蝕的三大影響因素，雖然CO2對水泥石的腐蝕過程是一種錯綜復雜的物理、化學過程，影響其腐蝕過程的因素很多，但是，歸納起來，影響CO2腐蝕油井水泥環的因素可以大致分為：周圍地質環境因素、施工因素和水泥材料等三大類[7]。

周圍地質環境因素主要指水泥石周圍介質的相對濕度、溫度、壓力及CO2分壓、濃度對水泥石碳化的影響。環境介質的相對濕度直接影響水泥環的潤濕狀態和抗碳化性能。在環境的相對濕度比較大的情況下，水泥石的毛細管處于相對的飽和狀態，使其氣體滲透性大大降低，水泥石的碳化速度則大大降低，但是，當周圍介質的相對濕度達到某個范圍時，水泥石的碳化速度達到最快，這個范圍值隨不同的地質條件而各不相同。

至于施工因素對水泥石的影響主要指的是固井施工時對水泥的配制、攪拌和注入等條件的影響。顯然，這些因素對油井水泥環的密實性的影響是很大的。所以，保證在固井施工時的規范操作是十分重要的。

水泥材料主要是指水泥石的品種，外加劑及外摻料的加入、現場水泥漿的配制等都對水泥石的碳化有一定的影響。因此明確這些影響因素對腐蝕產生的影響規律，對于合理制定腐蝕防護措施具有重要意義。

3 結論

本文針對油氣井油套管、水泥環CO2腐蝕機理，及腐蝕影響因素進行分析研究，所取得的主要結論如下：

（1） 根據CO2和金屬腐蝕特性，分析給出了油套管CO2腐蝕機理。機理分析表明，在電解質存在的條件下，CO2促使井下油套管發生電化學腐蝕，腐蝕主要與環境因素和油套管材料組成有關，其腐蝕破壞產生形式隨所處條件不同而不同，主要表現為全面腐蝕與典型沉積物下方的局部腐蝕，但破壞主要由局部腐蝕造成。

（2） 油氣井井下水泥石CO2腐蝕機理分析表明，CO2對水泥石的腐蝕與水泥石水化產物有關，其機理為濕相CO2滲入到水泥石中與水泥石水化產物發生不同的化學反應，產生不同的化學物質，最終導致水泥石的成分發生變化，嚴重的破壞了油井水泥石的孔隙度、滲透率、強度由于國內各油氣田的油氣組分、開采年限、腐蝕介質、地質狀況、土壤成分等都不盡相同，所以在選擇油氣管的防腐措施時，要綜合考慮各種實際情況，針對不同油氣井的實際情況，應采用最經濟最簡單的防腐技術。

參考文獻

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[2] 張學元．二氧化碳腐蝕與控制[M] ．北京：化學工業出版社，2000：56-61．

[3] 王建剛．油氣管材的二氧化碳腐蝕行為研究．http：//lsg.cnki.net/ grid20/detail/QueryID=163&CurRec=3，2004-09-08．

[4] 李繼豐．油井管柱抗CO2腐蝕技術研究．http//lsg．cnki．net/grid20/ detail．Aspx？QuervID=163&CurRec=1，2006-11-15．

[5] UedaM， Ikeda A. Effect of Microstructure and Cr Content in Steel on CO2 Corrosion. Corrosion /1996， paper No. 13， Houston ： NACE， 1996．

[6] 朱健軍．CO2對油井水泥的腐蝕規律及應用研究. http：//lsg.cnki. net/grid20/detail/?QueryID=267&CurRec=2，2006，06，12．

篇（8）

研究性學習與傳統的接受性學習和訓練性學習相比，內容注意體現專題性、綜合性、實踐性和開放性；形式注意體現學生的主體性、探索性、合作性。因此教師也由原來的傳道、授業解惑者變為學習的設計者、組織者、指導者，教師的角色變了，要求也高了。筆者結合研究性學習的實踐，談談教師的“三者”作用。

一、教師的設計者作用

1.設計疑問，激趣

由于研究性學習以學生為主體，主要是學生自主設計、自行修習、自主探索的，整個學習過程都需要學生全身心投入，如果缺乏對本學科知識的興趣，是不可能全身心投入，也不可能知難而進的。教師在教學中要設計問題，激趣。

例如：在學習《原電池原理及應用》專題內容時，通過介紹鋼鐵每年因腐蝕的數量約占金屬年產量的10%，全世界每年腐蝕的鋼鐵幾千萬噸。要想防止鋼鐵的腐蝕，就必須弄清楚鋼鐵腐蝕的原理是什么?通過這些實例激發學生去探索金屬腐蝕的成因及防護??原電池的原理及應用。也可以設計讓學生去調查金屬的腐蝕狀況及防腐的措施，去激發學生探索原電池原理及應用知識。通過以問激疑，以疑激趣，使學生產生追求化學科學的強烈動機和愿望，培養執著探索、主動學習的精神。

2.創設有利于自主探索的氛圍

由于長期以來學生習慣于教師站在講臺上講，學生怕老師提問，在心里設置了心理防線，在這樣的課堂氣氛和心理氛圍中是無法進行研究性學習的。因此教師要走進學生，融洽與學生的關系，創設寬松的學習氛圍，消除學生的心理負擔，采用不用舉手，不用提名，自動回答問題的形式，鼓勵學生大膽發言，表達自已的觀點。

例如：學習氧化還原反應中的有關概念，電離平衡有關概念時，鼓勵學生根據原理，能反映特征，給這些概念下定義或起名稱。在學習元素周期表時，鼓勵學生用紙牌給元素原子量，原子半徑、化學性質、最外層電子數等規律分組，自已編制能體現出周期律的周期表。在這樣的課堂上，學生的思維活躍，主動探索的意識增強，師生關系融洽，教師以一位學習的參與者加入到研究性學習中，學生也能樂于接受了。

3.設計探究的情境，模擬研究的過程

研究性學習是由學生在一定情境中發現問題、選擇課題、設計方案的，通過主體的探索、研究求得問題解決，從而體驗和了解科學的探索過程，形成自主探究、創新的意識和習慣，培養創新能力，增長知識，積累和豐富直接經驗的活動過程。經歷探究過程，獲得理智和情感體驗，積累知識的方法是研究性學習關注的三個目標，而不在于學生真正地發現什么，創造什么。因此教師要設計有利于探究的情境，讓學生充當科學家，去經歷科學的發現過程。

例如：學習《元素周期律、元素周期表》內容時，通過介紹科學家探索元素周期律的過程，播放科學家發現“三元素組”、“八音律”以及門捷列夫發現元素周期的錄相，然后設計讓學生觀察分析教材中給出的核外電子排布、原子半徑和化合價等數據，發現問題，形成假說，再尋求理論去解釋假說，從而得出結論，模擬科學家的發現過程與方法。

二、教師的組織者作用

1.教師是教學形式的組織者

班級授課制在我國有幾千年的歷史，以教師為中心的觀念在人們頭腦中根深蒂固。因此在實施以學生為中心的研究性學習中，教師要組織好課堂教學形式。要帶領學生走出校園，走進社會，去親身感受知識的來龍去脈，到生活實踐中了現問題，調查研究。用所學的化學知識解決生產生活中的問題。根據研究的內容，依照學習者的性別、性格特點，組織好合作學習、合作研究的形式，注意培養學生協作精神。

2.教師是各類學術活動的組織者

在實施研究性學習過程中，有關的方法指導，解決實際問題所需的知識，中學教師不一定勝任，必要的時候要邀請、組織專家學者舉行學術講座、專家論壇等活動。組織好學生的學習經驗交流會、學習成果評價會、開題、結題報告會等學術活動。

3.教師是活動場所的組織者

研究性學習形式多樣，在校內要查閱資料、上網探索、動手實驗，在校外，要到工廠、社區、家庭調查，這些活動的場所都需要教師精心組織安排好，防止組織不當，浪費時間，影響效果。

三、教師的指導者作用

1.指導學生選題

研究性學習的選題一要注意與學生現有水平相一致，超越學生的現有水平，使所有學生能夠參與研究，能用現有知識解決問題，要指導學生選題小而實，避免大而全。二要指導學生到生活實踐中發現問題，以問題作為自已研究課題，才能使學生全身心地投入到課題的研究中。例如：針對一些工廠排放的廢液污染河流，提出的“城中河污染的調查與處理”課題。針對走私鹽中缺碘情況，提出“鹽中碘含量的測定”課題等。三要指導學生選擇的內容應該是學科領域中的核心知識，有一定的研究寬度，使研究的過程就是經歷科學的探索過程，通過研究，對提高學生的理解能力和創造性思維能力具有重要的價值。例如：在學習氧化還原反應時，先擇“氧化還原反應知識的由來、發展與應用”作為研究課題。在學習物質結構知識時，選擇“物質的結構與質關系的探索”作為研究課題等。

2.指導學生的研究方法

在研究學習過程中，教師要及時給學生方法指導，以幫助學生解決研究過程中發生的偏差和問題。首先是向學生進行普及研究方法的教育，使參與的學習者明確研究性學習常用的方法、步驟：確立課題，制定方案，搜集信息、資料，得出結論，撰寫論文、報告等。其次是對具體課題的調查內容進行指導。如“城中河的污染調查及處理”的課題，要指導學生調查該河流的污染源有哪些?這些工廠排放的污水主要成分是什么?日排放量多少?根據污水成分的理化性質如何消除污染等?在方法指導時要把指導的重點放在“指導方法，解答疑難”上，要留給學習者思考的空間，有利于學習者發揮主體作用。

3.指導學生撰寫報告、論文

篇（9）

中圖分類號： TK223 文獻標識碼： A 文章編號：

1引言

以水為介質的工業鍋爐作為動力源和熱源是生產和人民生活中廣泛使用的能源轉換設備。在鍋爐內，水吸收燃料燃燒放出的熱量而產生熱水（熱水鍋爐）或蒸發為蒸汽。如果使用的水質不良，水中含有較多的有害雜質，這種水不經任何處理進入鍋爐，則必然會使運行中的鍋爐產生結垢、金屬腐蝕等危害。因此，鍋爐水處理工作是確保鍋爐安全、經濟運行，延長鍋爐使用壽命的重要措施，尤其在當前提倡節能減排的形勢下，鍋爐水處理發揮著重要作用，也是鍋爐最基礎的技術管理工作。為了保證鍋爐水處理的有效性，我國于1979年頒布了第一版鍋爐水質標準，其編號為GB1576-79《低壓鍋爐水質標準》，使我國的鍋爐水處理工作走向科學化、正規化。在三十年的生產實踐中，分別于1985年、1996年、2001年及2008年進行修訂，逐漸完善，并更名為《工業鍋爐水質標準》。筆者所在單位，天津市特種設備監督檢驗技術研究院，2008年度共對本市在用鍋爐3260臺進行了鍋爐水質檢驗，其中1336臺次鍋爐水質不合格，占總數的40.98%。主要問題存在于鍋爐給水硬度、溶解氧以及鍋水堿度、PH、溶解固形物招標。新四區及五縣超過60%的鍋爐未進行水處理，直接使用地下水及自來水作為鍋爐的給水。鍋爐普遍存在結垢現象。平均一至三年進行一次酸洗除垢作業，既浪費能源又污染環境，同時降低鍋爐使用壽命。從統計數據看，加強鍋爐水質監督管理工作任重道遠。

2水垢的形成及其危害

水垢的形成過程

實踐經驗表明，如果鍋爐給水硬度不合格，水進入鍋爐運行一段時間后，經過不斷地蒸發、濃縮，當達到過飽和程度時，在鍋爐受熱面上就會結生一些不溶性固態附著物，這種以固體析出的沉淀物即稱為水垢。水垢的結生是一個復雜的物理化學過程。工業鍋爐中常結生鈣、鎂水垢，以碳酸鹽水垢居多。鍋爐受熱面上結生的水垢，有一次水垢和二次水垢之分，一次水垢又稱初生水垢。一次水垢是生成水垢的鈣、鎂鹽類直接在鍋爐受熱面上析出的產物，而二次水垢則是鈣、鎂鹽類在鍋水中形成水渣以后，重新附著在受熱面上的產物。

水垢對鍋爐的危害

鍋爐鋼板、管路因過熱而被燒損

人們稱水垢是鍋爐的“百害之源”，關鍵是水垢的導熱性能很差。物質的導熱性能一般用其導熱系數（λ）的大小來衡量，即單位時間內、單位溫度差、垂直通過單位厚度導熱介質的熱量（千卡/米˙小時·℃）。水垢的導熱系數比鍋爐鋼板小數十倍到數百倍。其中混合水垢是由多種金屬鹽類和金屬氧化物構成，很少有單一類型水垢的垢樣。當鍋爐受熱面結有水垢時，傳熱情況變壞，使爐管從火焰、煙氣吸收的熱量不能很好地傳遞給水，從而使受熱面溫度升高，金屬強度下降，容易造成鍋爐爐管起鼓包、變形以至爆破。此外，爐管結垢后管內流通截面積減小，水循環阻力增大，嚴重時會破壞正常的鍋爐水循環和冷卻，造成爐管燒損。

浪費燃料降低鍋爐出力

當鍋爐結有水垢時，會使鍋爐受熱面的傳熱情況變壞，排煙溫度升高（排煙損失增加），由于水垢導熱系數很低，阻礙了傳熱，從而降低了鍋爐熱效率，增加燃料消耗或降低鍋爐出力。試驗證明對于工作壓力為1.4兆帕的鍋爐，結生一毫米厚的混合水垢，可浪費燃料5-8%。

增加鍋爐檢修量并危及安全

鍋爐受熱面結垢后，非常難以清除，需經常清垢或酸洗鍋爐，而酸洗鍋爐很容易給鍋爐造成腐蝕，同時酸洗廢液的排放對環境造成污染。特別是水垢引起鍋爐的金屬蠕脹、裂紋、泄漏、爆管等故障，不僅損害了鍋爐壽命，而且需要大量的人力、物力進行檢修，同時也威脅著人身安全，影響了安全生產。

防止工業鍋爐結垢的措施

鈉離子交換水處理

目前，根據天津市的水質情況，絕大部分工業鍋爐可以采用鈉離子交換的水處理方法，使鍋爐給水軟化，防止鍋爐結生水垢。當含有鈣鎂離子的原水，流經離子交換器（軟木器）中的鈉離子樹脂層時，水中的鈣鎂等陽離子被樹脂中的鈉離子所置換 ，從而將在鍋爐內形成水垢的鈣、鎂鹽類，轉換為易溶性鈉鹽，而使水得到軟化。經鈉離子交換樹脂軟化后的水質，其硬度可以降低至0.03mmol/L以下，甚至可以完全消除，使水質達到GB1576—2001《工業鍋爐水質標準》的要求。根據水源和鍋爐參數的不同，除了上述鈉離子交換以外，還可以采用氫離子交換法，陰陽離子交換法，電滲析除鹽法，反滲透除鹽法等。

鍋內加藥處理法

國家工業鍋爐水質標準（GB1576—2001）規定額定蒸發量≤2噸/小時，且額定蒸汽壓力＜1.0兆帕的蒸汽鍋爐，以及額定功率≤4.2兆瓦非管架式承壓的熱水鍋爐和常壓熱水鍋爐可以采用鍋內加藥處理。鍋內加藥處理具有投資少，對原水水質適用范圍廣、操作簡單，易于實行等優點。鍋內加藥水處理方法的實質是針對產生水垢的原因和過程，向鍋內投加適當的化學藥劑，使水中能夠形成水垢的物質在鍋內變成松散的非粘結性的、可流動的水渣，沉降于鍋筒或聯箱的底部，通過排污排出鍋爐，達到防止或減緩水垢生長或金屬腐蝕的目的。鍋爐的腐蝕與防護

3鍋爐腐蝕

金屬表面與周圍介質發生化學或電化學作用而遭到破壞的現象成為腐蝕。鍋爐金屬的腐蝕嚴重威脅鍋爐的安全運行，因此日益引起人們的重視。

3.1氧對鍋爐的腐蝕

水中溶解氧氣是加速電化學腐蝕的重要因素。氧腐蝕在鍋爐中主要是起陰極去極化作用。氧氣是強烈的去極劑，能夠吸收陰極的電子。在含有氯離子的電解質溶液中（鍋水），鐵原子失去2個電子，變成二價鐵離子，氯和水得到電子而變成氫氧根離子。二價鐵離子于氫氧根離子結合成氫氧化亞鐵。Fe(OH)2在水溶液中很不穩定，容易與水中溶解氧發生進一步反應：

4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3

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中圖分類號：TU37文獻標識碼： A

1 引言

在建筑工程中，鋼筋混凝土因具有成本低廉、堅固耐用且材料來源廣泛等優點而被土木工程的各個領域普遍采用。鋼筋混凝土既保持了混凝土抗壓強度高的特性、又保持了鋼筋很好的抗拉強度，同時鋼筋與混凝土之間有著很好的黏結力和相近的熱膨脹系數，混凝土又能對鋼筋起到很好的保護作用，從而使混凝土結構物更好的工作，提高了混凝土的耐久性。所以鋼筋混凝土已成為現代建筑中材料的重要組成部分。

鋼筋混凝土結構的腐蝕類型

2.1 混凝土碳化混凝土碳化是由于混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳和水發生反應降低了混凝土孔隙水溶液的ph值，由于混凝土中的水泥石水化物只能存在于高堿性溶液(ph值>12.5)中，當碳化反應發生后，水泥石水化物穩定存在的條件遭到破壞，水解形成的氫氧化硅、氫氧化鐵和氫氧化鈣等堿性氧化物都變成碳酸鹽，使混凝土的孔隙率和滲透性發生改變，減少了水氣的吸附。同時，ph值的降低導致鋼筋發生鈍化的堿性條件遭到破壞，鋼筋處于活化狀態，在水和氧的作用易發生銹蝕。混凝土碳化是大氣環境混凝土腐蝕的一種最常見形式。由于碳化作用離不開水的作用，因此干燥環境下碳化作用較為緩慢，此外合理設置保護層厚度是避免混凝土碳化作用引起鋼筋銹蝕的有效方法。

2.2 氯離子侵蝕氯離子是極強的去鈍化劑。當鋼筋混凝土結構處于氯鹽環境下，氯離子會通過液相擴散或毛細管結構深入混凝土中，游離的cl-與水形成鹽酸，并與混凝土中的氫氧化鈣發生反應，使水泥石水化產物發生分解，降低混凝土的密實性。當氯離子滲透至鋼筋表面時，會對鋼筋表面的鈍化膜產生完全或部分的破壞，造成預埋鋼筋的嚴重腐蝕和開裂。鋼筋銹蝕的氧化物體積會膨脹4倍，會在混凝土內部產生內應力，導致混凝土進一步開裂，使鋼筋與混凝土的握裹力降低，而影響混凝土結構的承載力和使用壽命。海洋環境與除冰鹽環境下的鋼筋混凝土結構腐蝕多為這種情況。在有氯離子的情況下，混凝土的碳化作用遠小于氯離子對鋼筋的腐蝕速度，在多種腐蝕情況同時存在的情況下，氯離子對結構的危害最大。

2.3 凍融循環區別于以上兩種腐蝕類型，混凝土的凍融循環屬于物理現象，混凝土凍融循環的發生主要原因是混凝土中存在孔隙和外界環境溫度的循環變化。位于北方地區的海洋浪濺區和水位變動區的橋梁墩臺表面的混凝土經常會發生這種腐蝕。在北方海洋環境下的秋冬季節，晝夜溫差可達到10~20度左右。白天海水中的水汽通過毛細孔和微裂縫滲入混凝土并留在孔隙里，晚上留在混凝土孔隙中的水汽遇冷結冰，在毛細孔壁周圍形成拉應力，此外由孔隙冰與過冷水的飽和蒸汽壓差和鹽分濃度差會引起的過冷水在混凝土毛細孔中的遷移而形成的滲透壓力，膨脹壓力和滲透壓力都會損傷混凝土的內部微觀結構，在凍融循環的反復作用下，混凝土內部的損傷逐步累積擴大，最終在疲勞作用下，造成了結構的破壞。

2.4 堿-集料反應堿-集料反應是指混凝土原材料中的水泥、外加劑和水中的堿性物與集料中的活性成分發生反應，在混凝土澆筑成型后若干年逐漸反應，反應生成物吸水膨脹使混凝土產生內部應力，膨脹開裂，導致混凝土失去使用功能。為了避免堿-集料反應的發生，降低混凝土拌合物水泥中的堿性成分是解決堿-集料反應最直接有效的措施。

由于鋼筋混凝土組成材料之間的特性差異，導致混凝土產生腐蝕的原因較多，通常在某種環境下的混凝土腐蝕影響因素并不是單一的。例如在北方海洋性環境下，鋼筋混凝土結構同時面臨著凍融循環、碳化、堿-集料反應和氯離子侵蝕等危害，它們之間相互作用、相互影響加劇了鋼筋混凝土的破壞。因此深刻理解混凝土各種類型的腐蝕機理，針對環境作出準確判斷是做好腐蝕防護措施的第一步。

3.鋼筋銹蝕的影響因素

3.1氯化物的影響

氯化物是鋼筋銹蝕的最重要原因，氯離子能加速鋼筋銹蝕。但并非混凝土孔隙中氯離子都會引起鋼筋銹蝕破壞，只有自由氯離子才能對鋼筋起到破壞作用。氯離子主要是通過擴散進入混凝土達鋼筋表面，其擴散過程與周圍介質中氯離子濃度，混凝土的滲透性也有關系，同時受到混凝土的毛細孔結構及孔膜被水飽和程度等因素的影響。研究表明，產生混凝土中鋼筋銹蝕的氯離子臨界值與pH值間存在一定的關系，Hausmann發現當[Cl-]/[OH-]＞0.6時，鋼筋開始發生腐蝕破壞。Couda認為Cl-臨界濃度與OH-臨界濃度之間的關系為pH=0.83logCl-+KC(K為常數)，關于混凝土結構被破壞時的臨界Cl-濃度問題，已被很多學者研究。

3.2混凝土碳化

正常狀態下，混凝土空隙液呈強堿性，鋼筋表面的混凝土形成鈍化膜，對鋼筋有保護作用。當大氣中二氧化碳向混凝土內部滲透，并與混凝土中Ca(OH)2反應，生成CaCO3，使得混凝土堿性減低。當碳化層發展到鋼筋表面，使鋼筋表面的高堿環境(pH為12.513.5)的pH值下降。當pH值下降到11.5以下時，鈍化膜開始不穩定。當pH降到9左右時，鋼筋鈍化膜就遭到破壞。

3.3硫酸鹽的影響

硫酸鹽能與混凝土發生中和作用，生成微溶的鈣鹽，此鈣鹽結晶時結合大量的水，使固相體積大大增大，導致混凝土發生結晶性腐蝕。另外，硫酸根離子是否對混凝土中鋼筋直接產生破壞存在著不同的見解。Cornet和Schikor以及孫成的實驗均表明，由于SO42-的去鈍化作用只是混凝土中的鋼筋發生強烈腐蝕。而劉曉敏等的實驗發現，在Cl-存在時，硫酸根具有緩釋作用，提高了鋼筋表面鈍化膜的抗腐蝕性能。

3.4水和氧氣的影響

混凝土孔隙液中水和氧氣的存在是鋼筋銹蝕的必要條件，即使鈍化膜受到破壞，如果氧氣沒有擴散到鋼筋表面也不會發生鋼筋銹蝕。

3.5環氧溫度的影響

Mamdouh M Nassar的研究認為，隨著溫度的增加鋼筋銹蝕增強。沈德健等的研究認為，在40℃以下時，隨著溫度增加，鋼筋銹蝕率增加，在40℃以上時，鋼筋銹蝕反而會延緩。

4 常見腐蝕控制措施

4.1 耐腐蝕材料的使用混凝土目前最常用的防腐蝕材料是高性能混凝土。從上述分析來看，混凝土腐蝕因素大部分都與混凝土的滲透有關。高性能混凝土中摻加的礦物質組分微硅粉能有效減小混凝土中的孔隙尺寸和阻斷毛細孔，使氯離子在混凝土中的滲透率顯著降低，并且顯著減少凍融循環對混凝土的危害。

4.2 防腐涂料的使用 防腐涂料的作用是形成屏蔽阻隔層，隔絕離子通路，阻止腐蝕反應的發生，可分為混凝土外表面涂層和鋼筋表面涂層。混凝土外表面涂層主要包括聚合物改性砂漿、滲透型涂層和表面涂料等。聚合物改性砂漿有著良好的密實、抗滲性，并兼有耐磨、粘結力強等優點。滲透型涂層在混凝土表面涂覆后，可以深入混凝土內部一定范圍，與混凝土組分起化學反應并堵塞孔隙，或自行聚合形成連續性憎水膜，形成一個特殊的防護層。表面涂料通常具有抗氧化、防紫外線和紅外線的能力，有時對抗磨、防沖擊及耐適度化學物質侵蝕也有一定要求。鋼筋表面涂層主要包括鍍鋅鋼筋、包銅鋼筋、合金鋼鋼筋、不銹鋼鋼筋及環氧樹脂涂層鋼筋等。環氧樹脂涂層鋼筋是最常用的鋼筋防腐涂層。

4.3 陰極保護陰極保護法分為外加電流法和犧牲陽極法。外加電流法把要保護的鋼鐵設備作為陰極，另外用不溶性電極作為輔助陽極，兩者都放在電解質溶液里，接上外加直流電源。通電后，大量電子被強制流向被保護的鋼鐵設備，使鋼鐵表面產生負電荷（電子）的積累，只要外加足夠強的電壓，金屬腐蝕而產生的原電池電流就不能被輸送，因而防止了鋼鐵的腐蝕。杭州灣跨海大橋是我國首個應用陰極防護技術的橋梁結構工程。

犧牲陽極法是將還原性較強的金屬作為保護極，與被保護金屬相連構成原電池，還原性較強的金屬將作為負極發生氧化反應而消耗，被保護的金屬作為正極就可以避免腐蝕。犧牲陽極法一般不適用于新建混凝土結構且陽極提供的電流有限，只能用于保護陽極附件較小范圍的鋼筋。

4.4 電化學除氯電化學除氯是指在無需破壞原混凝土結構保護層的條件下,通過外加電場使侵入混凝土保護層的氯鹽有害組分直接排出,并且使已經活化開始銹蝕的鋼筋表面重新鈍化的一種新技術,可以對鋼筋混凝土進行高效、快速、低成本且非破損型修復。電化學除氯技術在歐美應用比較廣泛，我國在此方面研究起步較晚。

5結論

篇（11）

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2013）09-0090-02

《表面處理技術》課程是機械類專業的一門專業拓展課，簡要介紹有關材料表面的基本概念和某些重要理論，闡述現代表面技術的形成、分類、涵義和內容，然后通過一些典型的表面技術來說明主要設備、技術路線、工藝路線、分析檢驗和具體應用等，從而使學生對表面技術的形成、現狀和發展有一些基本了解。該門課程是跨學科、跨行業的綜合課程，包括表面物理、表面化學、有機化學、無機化學、電化學、冶金學和材料學科等學科技術。由于在高職院校對于這門課程的各方面投入相對較少，學生難免感到枯燥、乏味，所以有效的教學設計就顯得尤為重要。所謂“有效”，主要是指通過教師在一段時間的教學后，學生所獲得的具體進步或發展。也就是說，學生有無進步是檢驗教學是否有效益的標準。教學有沒有效益，并不是指教師是否完成教學內容或教得認真與否，而是指學生學習內容是否有效。如果學生沒有學習興趣或者學習沒有收獲，即使教師教得再辛苦也是無效教學。凡是能有效促進學生發展、有效實現預期教學效果的教學活動，都可以稱之為有效教學。下面以“緒論”部分為例談談該門課程的教學設計。

課前系統

課前準備包括教材、學生、目標、教法、教具等內容，這些都是上好每一節課不可或缺的必要條件。《表面處理技術》在我院是焊接、質檢和機制三個專業的專業拓展課，學生總體學習比較認真，但是對該門課程缺乏學習興趣。該課程內容簡單、知識面廣、工藝繁瑣、應用廣泛，尤其在高、精、尖領域應用率較高。針對這些特點，教師在第一節課就應用一些前沿的成果及與生活息息相關的案例來吸引學生。“緒論”從總體上給學生講述這門課程的學習內容、學習方法、相關領域的發展概況等。該課程內容包括：表面處理技術的涵義；表面處理技術的目的和意義；表面處理技術的分類；表面處理技術的應用；表面處理技術的現狀和發展。學好該課程可以拓寬學生的專業知識面，并且培養學生撰寫技術論文的方法。第一節課重點需展現自己較有特色的教學風格，教學方法選擇的恰當與否也直接影響后續課程的教學效果。經過大量搜集資料，采用案例教學方法、分組討論法等教學方法，利用多媒體教學手段，在制作多媒體課件時盡量減少文字描述，大量采用生動的畫面、視頻等來展現課程的信息。由于關于表面處理相關的工藝較多，同樣為了增加基體表面的耐蝕性，可以通過電鍍、化學鍍、熱噴涂、堆焊等工藝來實現，具體使用什么工藝，要結合實際條件恰當選擇，但在學習過程中，可以把不同的工藝做比較，了解各種工藝的優缺點、在實際工作中才能正確選擇，所以建議學生多看資料、做讀書筆記，采用橫向比較的方法來學習。

課堂系統

《表面處理技術》課程緒論教學過程包括導入、講授、總結、作業等四部分。導入部分筆者借助兩個問題：（1）磨損、腐蝕和斷裂是機件的三種主要失效形式，每年鋼材因腐蝕和磨損而造成的損失約占鋼材總產量的10%，損失金額占國民經濟總產值的2%～4%。如果將因金屬腐蝕和磨損而造成的停工、停車和相應引起的各種事故等損失統計在內的話，其數值則更加驚人。（2）隨著現代工業的迅猛發展，對機械工業產品質量的要求更高，這就必然對材料表面的耐磨、耐蝕等性能以及表面裝飾提出了更高的要求。因此，發展金屬表面防護和強化技術，是各國普遍關心的重大課題（具體講授過程如圖1所示）。教學過程中采用的教學方法是案例教學法和分組討論法（各教學環節的時間分配見下頁表1）。

課后系統

這門課程采用過程考核的方法全方位地考查學生（課程總評成績構成見下頁表2）。課后要及時輔導，了解學生對所講內容的理解、掌握程度。和同事進行交流，請專家進行評課，分析教學目標的實現情況，看有沒有創造性地挖掘和利用教學資源，教育、教學理念是否轉化為具體的教學行為，教學設計最突出的亮點是什么，存在的問題和癥結在哪里，針對存在的問題提出改進的策略。

總之，通過以上的教學設計真正使教師從講解員轉變為教練員，最終才能實現教師會教與學生會學兩者的統一。

參考文獻：

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