管道防腐专业基础知识培训
北京输气管理处-刘 卿
培训目的


理解金属腐蚀与控制原理 掌握埋地管道外腐蚀防护的方法 掌握三层PE防腐层结构 理解管道阴极保护原理 掌握外加电流阴极保护系统结构 掌握管道阴极保护准则 掌握管道电位测试方法

第一章：金属腐蚀与控制原理 第二章：管道外涂层系统 第三章：管道外加电流阴极保护系统 第四章：管道阴极保护测试
腐蚀原电池—电化学腐蚀的前提

金属回路：连接阴极和阳极的任何金属； 阴极：被保护的部分，得电子； 阳极：被腐蚀的部分，自身失去电子； 电解质：导电介质。
导线 eˉ Fe 阳 极 C 阴 极
Fe2+
腐蚀原电池
0Hˉ
金属电化学腐蚀热力学




金属从矿石（金属氧化物）中提炼出来需要很大的 能量，使其处于一个高能级状态。 热力学的一个规律是：材料总是趋向于以最低能量 状态存在。 因此，多数的金属处于热力学不稳定状态，具有寻 求低能量状态的倾向，如形成氧化物或其他化合物。 金属转化成低能量氧化物的过程就是腐蚀。
阳极（Fe）：Fe - 2e = Fe2+ 阴极（C）：2H2O + O2 + 4e = 4OH4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（铁锈）
钢铁表面的微小原电池示意图
金属腐蚀的控制途径

正确选用耐腐蚀材料 合理的防腐设计（结构设计、工艺设计） 电化学保护（阴极保护、阳极保护） 介质处理（脱硫、脱水、添加缓蚀剂） 金属表面覆盖层（金属与腐蚀性介质隔离）
管道防腐蚀保护示意图
金属 + 土壤
腐蚀
金属 + 土壤
腐蚀
涂层 将金属与土壤隔离开
金属 + 土壤 涂层 将金属与土壤隔离开
腐蚀 阴极保护 针对有的缺陷涂层
整流器 将交流电流转变成 脉动直流电流
通过涂层以及阴极保护系统，最终 形成一个完整的管道保护系统。
V
V
第二章：管道外涂层系统



涂层 常用外涂层种类 三层PE防腐层
种破坏性侵蚀。腐蚀是一种化学过程，而且大多都是电化
学过程，伴随着氧化-还原反应的发生。
金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应

而引起的腐蚀。 金属的电化学腐蚀 ：不纯的金属或合金与电解质溶液接 触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的 腐蚀。
腐蚀的本质：金属发生氧化-还原反应。
根据德国调研数据,三层PE涂层的使用寿命在30年以上，是一种 性能优异的外防腐涂层。从强度方面考虑，三层PE分为普通型 和加强型（穿跨越段），普通型涂层总厚度为3.0mm左右，加强 型涂层总厚度超过3.7mm。
屏蔽土壤中的阴保电可能对 阴保电流造成屏蔽
三层PE防腐层
陕京管道埋地干线防腐采用三层PE防腐涂层，其结构为： 底层：熔结环氧底层,厚度≥100μ m； 中间层：共聚物热熔胶厚度170～250μ m；
外层（背层）：聚乙烯防腐层,厚度≥3.0或≥3.7mm。
-0.1V
阳极 -0.5V（Fe） _
㏒I I
金属腐蚀的分类

按腐蚀机理分类：化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀 按腐蚀破坏的形貌特征分类：全面腐蚀、局部腐蚀 按腐蚀环境分类：大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀以 及化学介质中的腐蚀。
埋地管道的外腐蚀

钢在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀。 由于钢管的材质不同；土壤环境中的透气性、含水量、酸 度、含盐量、电阻率、氧气浓度等不同，使得管道在土壤 中的电位不同，从而在管道表面形成阴、阳极，驱动腐蚀 的发生。管道是金属回路、土壤是电解质。
壤应力或是管道在土壤中移动而产生的，有时也可能来自未被及
时发现的第三方破坏。
管道常用外涂层种类
涂层
煤焦油瓷漆
优点
80年+的使用寿命 ，针孔少与钢 材黏结力高，抗阴极剥离
不足
对健康和空气质量的 影响
工厂预制缠 30年+的使用寿命，针孔少，与钢 带系统 材黏结力高
熔结环氧 35+年的使用寿命，针孔少，与钢 双 层熔结 环 材黏结力高，抗阴极剥离 氧 多 层 环 氧 / 低的保护电流需要量，高的抗阴 挤 出聚烯 烃 极剥离能力，与钢材优异的黏结 系统 性，高抗冲击和磨损性能
埋地管道外腐蚀防护的方法




采用外涂层和施加阴极保护是管道外腐蚀防护的主要 手段 尽管管道的绝大多数表面都被涂层有效地保护着，但 是在漏点处或是剥离区中将会产生较高的腐蚀速率， 很可能导致穿孔或开裂。所以埋地管线的涂层系统少 有不与阴极保护共同使用的。 阴极保护分类：牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保 护。 目前陕京管道常采用外加电流阴极保护的方式。
思考：大家都知道，铁放在潮湿的空气中一 段时间会生锈，谁知道这是为什么？
铁生锈是铁与空气中的氧气和水接触，发生化学 反应，而产生的一种化学腐蚀。 4Fe+3O2+H2O=2Fe2O3·H2O 铁失去电子被氧化；氧得到电子被还原。
金属腐蚀的定义
腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一
金属电化学腐蚀动力学



金属在电解质中受自身材质、电解液种类、电解液浓 度、温度、PH值等影响其电极电位不相同。 当这些金属在电解液中作为腐蚀电池的阴、阳极时会 产生电位差，引起腐蚀电池中的电流流动，即腐蚀电 流。 腐蚀的驱动力是电极电位差
碳-铁电池在中性土壤中的腐蚀图
E（V）+ 0.3V（C） 阴极
涂层

涂层的用意是要在金属表面上形成一层绝缘材料的连续覆盖层，
将金属与其直接接触的电解质之间进行绝缘（防止电解质直接接 触到金属），即设置一个高电阻使得电化学反应无法正常发生。

现实中，所有的涂层，不论总体质量如何都存在空洞（通常称为
不连续点）被称做漏点，这些漏点一般是在涂敷、运输或者安装 过程中产生的；使用过程中，涂层漏点一般是由于涂层老化、土
第一章：金属腐蚀与控制原理



金属腐蚀的定义 腐蚀电池 金属电化学腐蚀热力学 金属电化学腐蚀动力学 金属腐蚀的分类 埋地管道的外腐蚀 金属腐蚀的控制途径 埋地管道外腐蚀防护的方法 管道防腐蚀保护示意图
金属腐蚀
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、变形等现象。