金属腐蚀与防护论文 金属腐蚀与防护论文【汇编5篇】

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金属腐蚀与防护论文【第一篇】

关键词天然气管道 盐碱地 阴极保护

1 引言

目前，国内外输送天然气资源主要依靠埋地方式铺设长距离管道来实现，据声明所说，仅中国石油天然气股份有限公司，至2012年末，建设管道总长度增长到为66776千米，天然气管道长度也增加到40995千米，是2000年为止所建天然气管道长度的两倍，且该公司目前拥有的天然气管道长度已占到全国天然气管道总长度的80%左右。预计2015年时，其天然气管道长度可达到万千米，使长度再延长一倍。Visiongain也着眼于全球石油与天然气管道市场分析表明，全球石油与天然气管道市场将在2013年达到亿美元，包括世界各地的所有新的石油和天然气管道的施工成本。

但由于埋地铺设的输气管道大都处于复杂的土壤环境中，且土壤中含有不同分量的水和易电离的盐类等物质，使土壤与管道金属构成原电池，导致金属管道外壁上发生不同程度的电化学腐蚀，甚至造成管道失效。一旦输气管道出现腐蚀穿孔就会造成油气泄漏，不仅运输中断，而且会污染环境，还可能引发灾难性事故，造成的经济损失难以估量[1]。据调查，我国石油石化工业每年因腐蚀所造成的直接经济损失达数亿元。由于土壤的腐蚀性大小主要取决于土壤的含水量、含盐种类和含量、pH值及有机物质和微生物含量等因素。因此，盐类聚集的盐碱地地区铺设的输气管道所承受的腐蚀作用更为严重。

然而，输气管道一直是管道工程中的重要环节，它的防腐保护对保障能源运输乃至于国民经济的发展等起着十分重要的作用，故一直受到研究人员的关注。为了解决腐蚀问题，除可以在管道外壁覆盖防腐绝缘层外，阴极保护技术也是防止金属腐蚀的有效方法，适用于对土壤、淡水和海水等介质中的金属腐蚀的保护，且经济效益十分显著。

2 土壤的腐蚀性分析

土壤是具有固、液、气三相的毛细管多孔性的胶质体，土壤的空隙为空气和水所充满，水中含有一定量的盐使土壤具有离子导电性[2]。土壤的PH值以及土壤中的含盐量明显高于一般的其他地区，其腐蚀性也相应变强。除此以外，还可依照土壤电阻率、自然电位、和氧化还原电位来判断土壤的腐蚀性的强弱。

由于管道所埋土壤各处的物化性质不同、管道各部分的金相结构不同，如晶格缺陷、杂质、内部应力、表面粗糙程度等原因，一部分金属易电离，带正电的金属离子进入土壤中，从而该段电子过剩电位变负；而另一部分金属不容易电离，电位变正，从而在两段间发生电子流动即发生氧化还原反应。失去电子的管道段成为阳极区，得到电子管道段则成为阴极区，并和土壤一起组成回路，形成了电化学电流即腐蚀电流，从而产生了土壤腐蚀[1]。假如管道各段落所处土壤透气性不同，土壤中氧的浓度也就不同，从而使腐蚀电池发育，腐蚀电池两极间的距离可达数公里。

3 阴极保护技术

在实际的工程应用中，将被保护的金属阴极极化以消除电化学不均匀性所引起的金属腐蚀的方法称为阴极保护。阴极保护技术就是通过向被保护的管道通以足够的直流电流，使管道表面产生阴极极化，减小或消除造成管道土壤腐蚀的各种原电池的电极电位差，使腐蚀电流趋于零，进而达到阻止管道腐蚀的目的[3]。该技术方法经过几十年的快速发展，已� 阴极保护作为防腐层保护的一种补充手段是必不可少的，它可以弥补涂层的缺陷（破坏、漏点等）。因此，阴极保护技术作为第二道防线更好地抑制管线的腐蚀，也是反应管线防腐状态的重要指标。

目前较为常用的两种阴极保护方法分别是牺牲阳极阴极保护法和强制（外加）电流阴极保护法。前者是用一种腐蚀电位比被保护金属腐蚀电位更负的金属或合金与被保护体组成电偶电池，依靠负电性金属不断腐蚀溶解产生的电流供被保护金属阴极极化而构成保护的方法，由于低电位金属所在电偶电池中作为阳极，偶接后其自身腐蚀速度增加；后者则是利用外部直流电源直接向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化，实现被保护体进入免蚀区而受到保护的方法，由辅助阳极、参比电极、直流电源和相关的连接电缆组成[4]。

牺牲阳极法和外加电流阴极保护法各有优缺点，有其各自的应用范围，应根据供电条件、介质电阻率、所需保护电流的大小、运行过程中工艺条件变化情况、寿命要求、结构形状等决定[4]。牺牲阳极阴极保护法不需外部电源，投产后维护管理工作量小，但在高电阻率环境中不宜使用，同时保护范围和输出电流小且输出电流还不可调；强制电流阴极保护法输出电流连续可调，保护范围大，不受土壤电阻率的限制，适用性强，保护装置使用寿命长，但是却需外部电源，投产后需进行维护管理。通常情况下，对有电源、介质电阻率大、所需保护电流大、条件变化大、使用寿命长的大系统，应选用外加电流阴极保护，反之宜选用牺牲阳极保护[4]。在一些情况下，需要将牺牲阳极法和外加电流阴极保护法并联防护才能取得良好的效果。

4 结论

天然气输送管道的防腐保护对保障能源运输乃至于国民经济的发展等起着十分重要的作用，尤其在盐类聚集的地区，天然气输送管道的腐蚀穿孔问题十分严重，除在管道上覆盖防腐绝缘层外，还可以辅助采用阴极保护技术抑制土壤对天然气输送管道的腐蚀作用。

参考文献

[1] 刘佳。 天然气管道的腐蚀原因防治措施[J].内江科技，2012（6）： 104-105

[2] 陈胜利，兰志刚，宋积文，等。 长输天然气管线的腐蚀与防护[J]. 全面腐蚀控制，2011（1）： 38-41

[3] 黄腾飞。 埋地管道阴极保护电位参数及电位测试技术研究[D]. 西南石油大学博士学位论文，2004

金属腐蚀与防护论文【第二篇】

关键词：埋地金属管道防腐阴极保护

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。

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。

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

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）。

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，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：

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[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，

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[5]秦国治， 丁良棉， 田志明。管道防腐蚀技术[M]. 北京： 化学工业出版社， 2003.

金属腐蚀的控制方法【第三篇】

摘 要：研究腐蚀的目的，是为了防止腐蚀和控制腐蚀的危害，延长材料的使用寿命。各种工程材料，从原料加工成产品，直到使用和长期储存过程中都会遇到不同的腐蚀环境，产生不同程度的腐蚀。金属腐蚀的过程是一个自发的过程，完全避免材料的腐蚀是不可能的，因此腐蚀控制的问题也就应运而生。本文从多角度来讨论金属的腐蚀控制方法，

关键词：腐蚀 控制腐蚀 金属腐蚀 防腐工作

一、基于腐蚀控制的设计考虑

1.正确选用材料和加工工艺

材料有各类金属材料和非金属材料，合理选材应主要从材料的力学性能、耐蚀性能、加工性能和经济性四个方面进行考虑。选材时应遵循以下原则：

选材需要考虑经济上的合理性，在保证其他性能和设计的使用前提下，尽量选用价格便宜的材料。

综合考虑整个设备的材料，根据整个设备的设计寿命和各部件的工作环境选择不同的材料。易腐蚀部分应选择耐蚀性强的材料。

对选择材料要查明对哪些腐蚀具有敏感性，在选用部位所承受的应力、所处环境的介质条件以及可能发生的腐蚀类型，与其它接触的材料是否相容，是否发生接触腐蚀。

结构材料的选材不可单纯追求强度指标，应考虑在具体腐蚀环境条件下的性能。

选择杂质含量低的材料可以提高耐蚀性。

尽可能选择腐蚀倾向性小的热处理方法。

采用特殊的焊接工艺防止焊缝腐蚀，采用喷丸处理改变表面应力状态防止应力腐蚀。

基体材料加涂层可 选择耐蚀性能差的材料施加涂层，还是选择高耐蚀材料，需要综合考虑设备的设计寿命和经济成本。

2.防腐蚀结构设计

设备的腐蚀在很多情况下都与其结构有关。不良的结构常常会引起应力集中、局部过热、液体流动停滞、固体颗粒的沉积和积聚、电偶电流形成等，这些都会引起或加速腐蚀过程。因此，在设计中应充分注重设备的结构设计。

防腐蚀结构设计，就是在保证满足设备的功能和工艺要求的条件下，适当地改变设备及部件的形状、布局，调整其相对位置或空间位置，达到控制腐蚀的目的。

二、表面保护覆盖层

1.覆盖层保护机理

阻隔作用

覆盖层都有一定致密性，能有效阻隔水、氧气等腐蚀成分渗入并和底层金属发生腐蚀反应。根据这个思路，可以有意识强化覆盖层的这种功能。

阴极保护作用

某些覆盖层含有活性金属成分。如钢铁表面涂锌层，一旦涂层有空隙，侵入水气后形成的电偶腐蚀，锌为阳极，加速腐蚀，保护作为阴极的铁板。

钝化、缓蚀作用

许多传统防锈涂料的底漆填料往往具有缓蚀或钝化作用。如红丹防锈漆加了作为填料的红丹，它可看做铅酸盐，是一种良好的钝化剂，涂漆后使钢铁表面保持钝态，不受腐蚀。

2.覆盖层的合理使用

金属覆盖层

金属覆盖层技术是指在金属基体上覆盖一层或多层金属涂层的技术，以达到保护金属、防止基体金属腐蚀的目的。金属覆盖层根据其在腐蚀电池中的极性，可分为阳极性覆盖层和阴极性覆盖层。选用金属覆盖层作为基体金属的腐蚀控制与防护措施时，既要根据基体金属的种类和性质、产品的使用环境和条件来确定金属覆盖层的材料类型，也要根据机体的表面状态、制件的结构形式、基体与覆盖层的相容性等因素来考虑选择适当的金属覆盖层技术。

非金属覆盖层

非金属覆盖层技术是将非金属涂料涂覆于材料表面形成具有一定功能并牢固附着的连续薄膜，以保护和装饰基体材料的方法。涂层在材料表面涂覆成膜的施工就称为涂装。非金属覆盖层技术又包括有机涂层技术、无机涂层技术和转化膜技术。

三、缓蚀剂防腐方法

1.缓蚀剂的分类

按缓蚀剂的化学组成分类，可将缓蚀剂分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。

按缓蚀剂对电极过程的影响分类，可把缓蚀剂分为阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂和混合型缓蚀剂。

按缓蚀剂对金属表面状态的影响分类，可分为成膜型缓蚀剂和吸附型缓蚀剂。

按环境介质不同，可分为中性介质缓蚀剂、酸性缓蚀剂、气相缓蚀剂等。

2.缓蚀剂的作用机理

吸附理论

吸附理论认为，许多有机缓蚀剂属于表面活性物质，有机分子由亲水疏油的极性基和疏水亲油的非极性基两部分组成。当将它们加入到介质中时，缓蚀剂的极性基因定向吸附排列在金属的表面，从表面上排出了水分子或氢离子等腐蚀性介质，或者使介质的分子或离子接近金属表面，从而起到缓蚀作用。

成膜理论

成膜理论认为，缓蚀剂的分子能与金属或腐蚀性介质的离子发生化学作用，其结果在金属表面生成了具有保护作用的、不溶或难溶的化合物膜层，从而起到了缓蚀的作用。

电极过程抑制理论

电极过程抑制理论认为，缓蚀剂之所以起到缓蚀作用，是由于缓蚀剂的加入抑制了金属在介质中发生腐蚀的电化学过程，从而使腐蚀速率减慢，即起到了缓蚀作用。

四、电化学保护

电化学保护方法，就是根据电化学原理，在金属设备或设施上施加一定电流或保护电位，从而防止或减轻金属腐蚀的防护方法。电化学保护技术分为阳极保护和阴极保护两种。将金属电位向正值移动到致钝电位以上，使金属钝化的技术称为阳极保护。阳极保护特别适合强腐蚀环境的金属防腐，我国硫酸工业已有应用。阴极保护是将金属电位向负值移动到其腐蚀电池的阳极平衡电位以下，这种技术目前成为埋地金属构件，特别是钢制管道的标准做法。

参考文献

[1]肖纪美，曹楚南。材料腐蚀学原理。北京：化学工业出版社，2002.

[2]卢绮敏。石油工业中的腐蚀与防护。北京：化学工业出版社，2001.

[3]崔斌。油气集输管道内腐蚀及内防腐技术。石油化工设计。2007，24（1）：5 l-54.

[4]杨赫，刘彦礼。近年我国油气管道防腐技术的应用。化学工程师，2008，149（2）： 28-31.

作者简介：梅粉萍（1990年11月生，籍贯江苏省泰州市）女，汉族，本科学历，单位：长江大学石油工程学院，学生。

金属腐蚀与防护论文【第四篇】

关键词油气储运管道问题防腐问题研究分析

中图分类号： +62 文献标识码： A

一．引言

近年来国内外在管道防腐层材料和技术应用方面都取得了快速发展，防腐蚀新材料、新工艺和新设备不断出现并得到广泛应用。防腐层技术是新建钢质管道和在役管道安全运行的保障技术，防腐层的生产制造质量决定着钢质管道的使用寿命，了解国内外解钢质管道防腐层技术应用现状及发展趋势，抓住钢质管道建设快速增长的发展机遇，进一步提高防腐蚀技术应用水平是非常必要的。

二．对腐蚀的理解。

腐蚀金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏现象。按管道被腐蚀部位，可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀；按管道腐蚀形态，可分为全面腐蚀和局部腐蚀；按管道腐蚀机理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀等。

管道腐蚀一般是指避免管道遭受土壤、空气和输送介质（石油、天然气等）腐蚀的防护技术。

三．管道腐蚀的原因。

管道内壁腐蚀金属管道内壁因输送介质的作用而产生的腐蚀。主要有水腐蚀和介质腐蚀。水腐蚀指输送介质中的游离水，在管壁上生成亲水膜，由此形成原电池条件而产生的电化学腐蚀。介质腐蚀指游离水以外的其他有害杂质（如二氧化碳、硫化氢等）直接与管道金属作用产生的化学腐蚀。

长输管道内壁一般同时存在着上述两种腐蚀过程。特别是在管道弯头、低洼积水处和气液交界面，由于电化学腐蚀异常强烈，管壁大面积减薄或形成一系列腐蚀深坑。这些深坑是管道易于内腐蚀穿孔的地方。

管道外壁腐蚀视管道所处环境而异。架空管道易受大气腐蚀；土壤或水环境中的管道，则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。

（1）. 大气腐蚀。大气中含有水蒸气会在金属表面冷凝形成水膜，这种水膜由于溶解了空气中的气体及其他杂质，可起到电解液的作用，使金属表面发生电化学腐蚀。影响大气腐蚀的自然因素除污染物外，还有气候条件。在非潮湿环境中，很多污染物几乎没有腐蚀效应。如果相对湿度超过80％，腐蚀速度会迅速上升。因此，敷设在地沟中的管道或潮湿环境的架空管道表面极易锈蚀。

（2）. 土壤腐蚀。土壤颗粒间充满空气、水和各种盐类，使它具有电解质的特征。管道金属在土壤电解质溶液中构成多种腐蚀电池。

（3）. 细菌腐蚀。也称微生物腐蚀。参与管道土壤腐蚀过程的细菌通常有硫酸盐还原菌、氧化菌、铁细菌、硝酸盐还原菌等。

（4）. 杂散电流腐蚀。流散于大地中的电流对管道产生的腐蚀，又名干扰腐蚀，是一种外界因素引起的电化学腐蚀。管道腐蚀部位由外部电流的极性和大小决定，其作用类似电解。杂散电流从管道防腐层破损处流入，在另一破损处流出，在流出处形成阳极区而产生腐蚀。杂散电流源有电气化铁路、阴极保护设施、高压输电系统等。

四．管道的主要防腐方法。

我国钢质管道外防腐层材料和制造应用技术主要经历了石油沥青、煤焦油沥青、煤焦油瓷漆、胶带、夹克、液体环氧涂料、挤压聚乙烯（2PE）、熔结环氧粉末(FBE)、三层聚乙烯(3PE)等发展过程。目前，我国管道防腐层材料生产制造基本实现了标准化，并不断有新品出现，近年来新建的埋地油气输送管道的外防腐层结构根据输送介质温度和施工条件的不同，主要采用熔结环氧粉末(FBE)、（3PP）、(DPS)和三层聚乙烯(3PE)防腐技术，并使用阴极保护技术。

3PE的底层为熔结环氧粉末防腐蚀层，中间层为聚乙烯共聚物热熔胶粘剂，面层为聚乙烯专用料保护层。上述三种材料构成的钢管防腐蚀结构层称为3PE防腐，压力管道元件行业称之为“聚烯烃防腐蚀（3PE）管道”。

3PE防腐是目前世界范围内广泛采用的钢质管道涂层体系，是我国输油、输气、输水大型管道工程和市政工程的首选防腐蚀结构，西气东输、西南成品油等重大工程全部使用了3PE防腐。

涂层防腐用涂料均匀致密地涂敷在经除锈的金属管道表面上，使其与各种腐蚀性介质隔绝，是管道防腐最基本的方法之一。70年代以来，在极地、海洋等严酷环境中敷设管道，以及油品加热输送而使管道温度升高等，对涂层性能提出了更多的要求。因此，管道防腐涂层越来越多地采用复合材料或复合结构。这些材料和结构要具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应范围等。

内壁防腐涂层：为了防止管内腐蚀、降低摩擦阻力、提高输量而涂于管子内壁的薄膜。常用的涂料有胺固化环氧树脂和聚酰胺环氧树脂，涂层厚度为 ～毫米。为保证涂层与管壁粘结牢固，必须对管内壁进行表面处理。70年代以来趋向于管内、外壁涂层选用相同的材料，以便管内、外壁的涂敷同时进行。

防腐保温涂层：在中、小口径的热输原油或燃料油的管道上，为了减少管道向土壤散热，在管道外部加上保温和防腐的复合层。常用的保温材料是硬质聚氨脂泡沫塑料，适用温度为－185～95℃。这种材料质地松软，为提高其强度，在隔热层外面加敷一层高密度聚乙烯层，形成复合材料结构，以防止地下水渗入保温层内。

外加电流法是利用直流电源，负极接于被保护管道上，正极接于阳极地床。电路连通后，管道被阴极极化。当管道对地电位达到最小保护电位时，即获得完全的阴极保护。

阴极保护：将被保护金属极化成阴极来防止金属腐蚀的方法。这种方法用于船舶防腐已有 150多年的历史；1928年第一次用于管道，是将金属腐蚀电池中阴极不受腐蚀而阳极受腐蚀的原理应用于金属防腐技术上。利用外施电流迫使电解液中被保护金属表面全部阴极极化，则腐蚀就不会发生。判断管道是否达到阴极保护的指标有两项。一是最小保护电位，它是金属在电解液中阴极极化到腐蚀过程停止时的电位；其值与环境等因素有关，常用的数值为- 850毫伏（相对于铜-硫酸铜参比电极测定，下同）。二是最大保护电位，即被保护金属表面容许达到的最高电位值。当阴极极化过强，管道表面与涂层间会析出氢气，而使涂层产生阴极剥离，所以必须控制汇流点电位在容许范围内，以使涂层免遭破坏。此值与涂层性质有关，一般取－至－伏间。实现地下管道阴极保护有外加电流法和牺牲阳极法两种。

五．结束语

当今世界经济迅猛发展，石油和天然气作为我国的经济发展命脉及现代工业的主要能源得到了广泛运用，防腐蚀行业已成为国民经济中一个不可或缺的新兴产业，防腐涂层技术的应用，对于钢质管道建设工程的安全运行起到了很好的保障作用，在几十年的实践中，防腐涂层技术不断的提高和发展，材料方面朝着环保、高性能、适合流水作业施工的方向发展，施工方面朝着自动化生产线发展，正是上述技术的发展进步使得管道的高效建设及投产得到支持。因此，我们应该大力研发防腐技术并且进行推广，从而促进我国油气储运的发展。

参考文献：

[1] 石磊 油气储运过程中的管道防腐问题研究与分析 [期刊论文] 《科技创新导报》 -2011年12期

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[4] 张旭魏子昂 浅谈油气储运中管道的防腐问题 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2011年10期

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[6] 廖宇平 李志勇LIAO YupingLI Zhiyong 长输管道外防腐层的应用与存在的问题 [期刊论文] 《油气储运》 -2005年4期

金属腐蚀与防护论文【第五篇】

关键字：微生物腐蚀 金属材料 微生物膜 腐蚀防护

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� 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

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� 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。

微生物膜

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。

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。

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：

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。

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。

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。

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�

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 overview of Microbiologically influenced corrosion[J].Electrochemical Acta，1992

[5] Garret J H. The Action of Water on Lead. London： H. ，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 influenced corrosion of metals and alloys[ J] . Intern. Mater. Revi. ， 1991

[11]L. Host is E， Com pere C， Desloais C. Characterization of bio films formed on gold in natural seawater by oxygen diffusion analysis[ J] . Corrosion， 1997.

[12]陈金龙， 陈思作。 碳钢的微生物腐蚀[ J ]. 建筑技术开发，2005.