1絕緣層防護(hù)法
金屬腐蝕是由于環(huán)境介質(zhì)作用在金屬表面產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)，涂層對金屬的作用是通過抑制上述反應(yīng)而達(dá)到，具體來看，是基于下面三方面的作用：（1）屏蔽作用：許多涂層對酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)顯示化學(xué)惰性，且介電常數(shù)高，阻止了腐蝕電路的形成，因此金屬表面涂覆漆膜后，把金屬表面與環(huán)境隔開，起到了屏蔽腐蝕介質(zhì)的作用。但必須指出，涂料用高聚物具有一定的透氣性，并與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。（2）鈍化緩釋作用：借助涂料中的防銹顏料與金屬表面反應(yīng)，使其鈍化或生成保護(hù)性的物質(zhì)以提高涂層的保護(hù)作用，另外，許多油料在金屬皂的催化作用下生成降解產(chǎn)物也能起到有機(jī)緩蝕劑的作用（3）電化學(xué)保護(hù)作用：涂料中使用電位比鐵較低的金屬為填料（如鋅），會起到犧牲陽極的陰極保護(hù)作用，并且鋅的大氣腐蝕產(chǎn)物堿式碳酸鋅比較穩(wěn)定，又起到封閉、堵塞期末空隙的作用。
1.1防腐涂層的結(jié)構(gòu)
在實際應(yīng)用中，一種涂層往往不能很好的起到保護(hù)金屬的作用，或不能同時滿足防腐、耐候、美觀等使用要求，因此大多在金屬表面涂覆幾種涂層，以組成一個整體系統(tǒng)共同發(fā)揮功效，這一涂層體系包括底漆，中間層，面漆，每層按需要分別涂刷一至數(shù)次，也有的僅是單層結(jié)構(gòu)就同時滿足了不同的使用要求，如粉末涂料。
1.2防腐涂層的選擇
在選擇防腐層的時候防腐涂層應(yīng)具備以下基本性能：有效的電絕緣性；有效的隔水屏障性；涂敷于管道的方法不會對管道性能產(chǎn)生不利影響；涂敷于管道上的涂層缺陷最少；與管道表面有良好的附著力；能防止針孔隨時間發(fā)展；能抵抗裝卸、儲存和安裝時的損傷；能有效地保持絕緣電阻隨時間恒定不變；抗剝離性能；抗化學(xué)介質(zhì)破壞；補(bǔ)傷容易；物理性能保持能力強(qiáng)；對環(huán)境無毒；能防止地面儲存和長距離運(yùn)輸過程不發(fā)生變化和降解。
目前國內(nèi)外適用于長輸管道的防腐蝕涂層主要有煤焦油瓷漆、PE二層結(jié)構(gòu)、PE三層結(jié)構(gòu)、熔結(jié)環(huán)氧粉末(FBE)、雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末(雙層FBE)覆蓋層等[4]。下面將各種防腐蝕材料的主要優(yōu)缺點、國內(nèi)外應(yīng)用狀況及評價簡述如下:(1)煤焦油瓷漆具有絕緣性能好、吸水率低、耐細(xì)菌腐蝕和植物根莖穿透、國內(nèi)材料充足及使用壽命長、價格低(約55～60 元/ m2) 等優(yōu)點。主要缺點是機(jī)械強(qiáng)度較低,適宜溫度范圍窄,低溫易變脆,生產(chǎn)施工過程中可能會逸出有毒氣體,需要嚴(yán)格的煙霧處理措施。國外使用已有70多年歷史,近年來因受環(huán)保的限制逐漸被其他覆蓋層代替。我國已研制出達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的煤焦油瓷漆產(chǎn)品,分3 種型號,以適應(yīng)不同的溫度需要。(2) PE 兩層結(jié)構(gòu) 具有絕緣性能好、吸水率低、機(jī)械強(qiáng)度高、堅韌耐磨、耐酸堿鹽和細(xì)菌腐蝕、耐溫度變化、國內(nèi)材料充足等優(yōu)點,價格較低(約60～65 元/ m2 ) 。缺點是耐紫外線性能差,陽光下過久暴露易老化,與鋼管表面結(jié)合力較差,抗陰極剝離性能差。PE 層的靜電屏蔽作用不利于外加電流陰極保護(hù)。國外采用聚乙烯防腐蝕有40 多年歷史,目前仍有一定的使用量,其中,在中小管徑上的用量占第一位,中等管徑應(yīng)用上僅次于熔結(jié)環(huán)氧粉末。國內(nèi)1985 年后廣泛應(yīng)用,到目前為止油田和各地中小管徑采用此種覆蓋層的防腐蝕管道已超過上萬公里。(3) PE 三層結(jié)構(gòu) PE 三層結(jié)構(gòu)防腐蝕層結(jié)合了高密度聚乙烯包覆、熔結(jié)環(huán)氧粉末的優(yōu)點。它利用環(huán)氧粉末與鋼管表面牢固結(jié)合,利用高密度聚乙烯耐機(jī)械損傷,兩層之間特殊的膠層使三者形成分子鍵結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu),實現(xiàn)防蝕性能、機(jī)械性能的良好結(jié)合,是目前我國大型管道工程首選的涂層。PE 三層結(jié)構(gòu)防腐蝕層從1995 年在庫鄯線、陜京線應(yīng)用以來,防蝕效果很好。但有人認(rèn)為:PE 三層結(jié)構(gòu)覆蓋層破損后,容易形成靜電屏蔽,陰極保護(hù)作用不能良好發(fā)揮。目前我國對此觀點尚未重視。PE 三層結(jié)構(gòu)防腐蝕層造價相對較高(約100 元/ m2) ,是其缺點之一。(4) 熔結(jié)環(huán)氧粉末(FBE)具有與鋼管表面結(jié)合牢固、絕緣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐溫度變化、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點,可適用于各種惡劣自然環(huán)境。主要缺點是耐紫外線性能差;由于覆蓋層較薄(0.35～0. 50 mm) ,耐劃傷和磕碰性能較厚覆蓋層要差。國外從20 世紀(jì)60 年代開始應(yīng)用于管道防腐蝕,發(fā)展很快,是目前國際管道防腐蝕上采用量最多的覆蓋層。價格約在65～70 元/ m2。(5) 雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末（雙層FBE）與PE三層結(jié)構(gòu)類似,具有和PE三層相同的綜合性能,機(jī)械性能尤其高,補(bǔ)口也用雙層FBE ,相容性好,覆蓋層表面光滑。另外可避免陰極屏蔽問題。
2陰極保護(hù)的兩種方法
根據(jù)提供極化電流的方法不同，陰極保護(hù)可以分為犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)兩種，犧牲陽極法是用一種腐蝕電位比被保護(hù)金屬腐蝕電位更負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)體組成電偶電池，依靠負(fù)電性金屬不斷腐蝕溶解產(chǎn)生的電流對被保護(hù)金屬構(gòu)成保護(hù)的方法，由于低電位金屬所在電偶電池中作為陽極，偶接后其自身腐蝕速度增加，故被稱作“犧牲陽極”。外加電流陰極保護(hù)是利用外部直流電源對被保護(hù)體提供陰極極化，實現(xiàn)對被保護(hù)體的保護(hù)方法。外部電源的負(fù)極與被保護(hù)體相連，正極接輔助陽極，輔助陽極的作用是為了構(gòu)成陰極保護(hù)完整的回路。
犧牲陽極保護(hù)方法的主要特點是：1）不需要外加直流電源，適用于無電源地區(qū)和小規(guī)模、分散的保護(hù)對象；2）驅(qū)動電壓低，輸出功率低，保護(hù)電流小且不可調(diào)節(jié)，陽極有效保護(hù)距離小，使用范圍受介質(zhì)電阻率的限制，但保護(hù)電流的利用率較高，一般不會造成過保護(hù)，對鄰近金屬設(shè)施干擾��；3）陽極數(shù)量較多，電流分布比較均勻，但陽極重量大，會增加結(jié)構(gòu)重量，且陰極保護(hù)的時間受犧牲陽極壽命的限制；4）系統(tǒng)牢固可靠，施工技術(shù)簡單，單次投資費(fèi)用低，不需要專人管理。
外加電流陰極保護(hù)方法的主要特點是：1）需要外部直流電源；2）驅(qū)動電壓高，輸出功率和保護(hù)電流大，能靈活調(diào)節(jié)，控制陰極保護(hù)電流，陽極有效保護(hù)半徑大，因此在惡劣的腐蝕條件或高電阻率的環(huán)境中葉適用，但有可能造成過保護(hù)，也可能對附近金屬設(shè)施造成干擾；3）陽極數(shù)量少，系統(tǒng)重量輕，結(jié)構(gòu)重量增加不多，難溶和不溶性輔助陽極消耗低、壽命長、可作長期的陰極保護(hù)、但由于系統(tǒng)使用的陽極數(shù)量少，保護(hù)電流可能分布不均勻。4）在惡劣環(huán)境中，系統(tǒng)易受損傷，設(shè)備安裝、施工、維護(hù)較復(fù)雜、一次投資費(fèi)用高。因此，陰極保護(hù)方法的選擇應(yīng)根據(jù)供電條件、介質(zhì)電阻率、所需保護(hù)電流的大小、運(yùn)行過程中工藝條件變化情況、壽命要求、結(jié)構(gòu)形狀等決定，通常情況下，對無電源、介質(zhì)電阻率低、條件變化不大、所需保護(hù)電流較小的小型系統(tǒng)，宜選用犧牲陽極保護(hù)；相反，對有電源、介質(zhì)電阻率大、所需保護(hù)電流大、條件變化大、使用壽命長的大系統(tǒng)，應(yīng)選用外加電流陰極保護(hù)，因此長輸天然氣管道適宜用外加電流陰極保護(hù)。
2.1陰極保護(hù)的參數(shù)
保護(hù)電位，是指通過陰極保護(hù)金屬使金屬結(jié)構(gòu)達(dá)到完全保護(hù)或者有效保護(hù)所需達(dá)到的電位值，保護(hù)電位有時是個電位區(qū)間，人們習(xí)慣上將為達(dá)到陰極保護(hù)所諸極化電位中的最正的電位稱為最小保護(hù)電位，而將最負(fù)的電位稱作最大保護(hù)電位。如果被保護(hù)結(jié)構(gòu)的電位太負(fù)，超過最大保護(hù)電位，不僅會造成電能的浪費(fèi)，而且還可能由于被保護(hù)結(jié)構(gòu)表面析出氫氣，造成表面涂層嚴(yán)重剝落或?qū)е陆饘贇浯啵闯霈F(xiàn)過保護(hù)的情況，美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）在《埋地和水下金屬管道外部腐蝕控制推薦規(guī)范》RP-01-69(1983)的標(biāo)準(zhǔn)中，對陰極保護(hù)準(zhǔn)則做出了某些規(guī)定，對于天然水和土壤中的鋼和鑄鐵構(gòu)筑物，規(guī)定保護(hù)電位至少因為-0.85V（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極，即SCSE），最大保護(hù)電位則根據(jù)環(huán)境而定，對于天然氣管道而言一般應(yīng)為-1.3V（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極，即SCSE）。
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