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海水中管道腐蚀概述

通过迈赫迪雅里
发布日期:2021年2月22日
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影响海水腐蚀的三个重要因素是氯化物浓度、氧气和温度。

当涉及到腐蚀工程,海水是最重要的讨论环境之一。当涉及到输油管道时,这一点可能尤其正确。这些管道纵横交错地在海洋中输送着世界各地的石油和天然气,当然,如果它们失败,就会造成最大的问题。(请点击业内专家讨论海底管道腐蚀管理.)在这里,我们将看看影响金属在盐水中腐蚀的重要因素和结构材料在盐水中的应用。

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海水腐蚀的三个重要因素

1.氯离子浓度

氯离子盐水是海水中最具腐蚀性的物质之一。水中氯化物的浓度通常称为“盐度”。在海水中,这通常在3.1%到3.8%之间变化,这取决于太阳能蒸发率水的沉淀和淡水的稀释和循环。

腐蚀性海水中氯离子的变化可以用三个因素来解释:

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  • 氯离子可与溶解的亚铁离子反应生成氯化亚铁,反应如下:

    铁=铁2++ 2 e-
    2++ 2氯-= FeCl2

    在这个反应中产生的氯化亚铁可以与之反应溶解氧和生产三氧化二铁(Fe2O3.氯化铁(FeCl3.),它被认为是一种氧化剂,可以增强一般腐蚀速率点状腐蚀.铁离子可以使腐蚀电位(E相关系数)到大于E的值b让潜在的击穿电压),从而造成更严重的腐蚀。
  • 在点蚀中,氯离子被称为“侵略性阴离子”,它可以影响点蚀的形成和生长。它们可以穿透钝化膜并进一步增加起坑风险。此外,氯化物可以通过自催化过程恶化坑的生长。(相关阅读:如何有效识别、预防和处理点蚀.)

    应该指出的是积水是必要的防止点蚀发生。换句话说,点状腐蚀不太可能发生在水流动和被取代的地区。
  • 溶解氧是影响海水腐蚀性的另一个重要因素。氯化物的浓度会影响溶解度海水中的氧气。当氯化钠质量分数为3.5%时,氧气浓度最高,如下图所示:图中显示了氯化物浓度和溶解氧浓度的组合如何导致最大腐蚀速率。

图1所示。图中显示了氯化物浓度和溶解氧浓度的组合如何导致最大腐蚀速率。

2.氧气

由于海水的pH值在7.5 ~ 8.5范围内变化,因此,氧气的含量也随之增加还原反应是主要的阴极反应与…竞争析氢反应.事实上,溶解氧对金属在海水中的腐蚀速率有显著的影响。

影响氧阴极反应的因素有很多。波浪搅动海水会增加海水中的氧气浓度。温度是另一个因素,它会产生两种相反的效果。乍一看,温度会对溶解氧的溶解度和溶解度产生影响扩散率溶解氧。随着海水温度的升高,氧在海水中的扩散速率增大。因此,腐蚀速率随着腐蚀极限的增加而增加电流密度氧还原阴极反应.另一方面,在高温下,氧在海水中的溶解度降低。这种作用可以降低腐蚀速率。尽管有上述影响,但温度对氧在盐水中的溶解度的影响并不像对扩散系数的影响那么大。

此外,盐度可以影响溶解氧浓度。一般情况下,在NaCl质量分数为3.5%时,可获得最大氧浓度。

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3.温度

温度是一个可以影响两者的因素活化极化浓差极化,可增加大多数腐蚀类型的腐蚀性。例如,每增加1.5°F(1°C),钢在水中的腐蚀将从2%增加到4%。因此,热带地区的海水腐蚀比北极地区更为严重。

海水中的结构材料

这里我们将看一看最重要的结构材料在海水中的腐蚀行为。

普通钢

不受保护的,轻微的钢在海洋环境中不耐腐蚀。然而,它们通常以板桩、船体等形式在海洋环境中使用,经过适当的保护技术,如阴极保护或者应用聚合物涂层.(有关案例研究,请参见液体尼龙涂层如何帮助创建一个不透水的针孔涂层屏障.)对于海水中未受保护的钢结构,腐蚀速率随其相对于海洋的位置而显著变化,如下图所示。金属厚度的相对损耗。腐蚀速率随其相对海洋的位置而显著变化。

(来源:Copper Development Association Inc.)

在海底(浸入区),海水停滞不前,温度最低,氧气浓度最低。因此,与其他区域相比,该区域的腐蚀速率预计非常低。

在海平面较高的地方,这是潮汐带,材料暴露在一个循环的干湿过程中。此循环每24小时重复一次,可增加腐蚀速率。根据之前的研究,该区域低碳钢的腐蚀速率约为100µm/yr,而浸入区则认为腐蚀速率小于50µm/yr,甚至接近于零。高温、氧气饱和和海水的飞溅会导致最严重的腐蚀,其程度被称为“腐蚀”。浪溅区“飞溅区域的腐蚀达到900µm/yr(例如在阿拉斯加的库克湾)。

值得一提的是,正是在飞溅区之下,腐蚀速率略高于潮汐区的其他部分。这种较高的腐蚀速率是由于产生了氧浓差电池.在这个电池中,阳极位于O2分压低,阴极位于溅射区2分压很高。

在高于海平面的水平,即所谓的“海洋大气”,一层海水薄膜在金属表面凝结,并可能导致大气腐蚀.风的强度,海水的盐度温度是影响海洋大气腐蚀最重要的参数。

阴极保护,油漆和护套介绍了防止钢柱、钢桩在海水中腐蚀的三种有效方法。

不锈钢

不锈钢由于具有保护铬氧化层.然而,由于海水中的氯化物浓度过高,这些合金在停滞的海水环境中容易发生点蚀。例如,304型不锈钢是一种常用的不锈钢,在海水中不易受点蚀。的抗点蚀性当在不锈钢的化学成分中加入2%的钼时,不锈钢的含量增加到一个可接受的值,结果是316型不锈钢.类似于钼,提高不锈钢中的铬含量能增强在静止海水中的抗点蚀能力。

铜合金

铜及其合金(青铜和黄铜)通常是耐海水一般腐蚀.因此,建议在海洋工业中使用不同种类的铜合金。

有时,黄铜合金的化学成分被修改以在海洋环境中更有效地发挥作用,例如,海军黄铜或海军黄铜合金,其中包含1%的锡以防止脱锌或含砷黄铜,含极少量的砷以抑制脱锌现象。为了改善黄铜的硬度,通常把铝加到黄铜中侵蚀腐蚀黄铜合金在船舶中的阻力叶轮白铜(铜和10-30%的镍合金)由于具有很强的抗海水腐蚀能力而被广泛用于船舶应用。(在文章中了解更多关于这个和其他用途的信息镍铜的11种用途和为什么你现在应该使用它.)

混凝土

氯化物可以渗透到混凝土通过它的缺陷(孔隙和裂缝)和触摸钢筋钢棒,可在混凝土的强碱性环境中钝化。这可能会导致局部腐蚀.最终,混凝土由于生锈的内部压力而破裂。

耐蚀性铝及其合金在海洋环境中很大程度上取决于合金元素和表面光洁度。例如,铝中铁和/或铜的存在降低了铝的耐腐蚀性。然而,5xxx系列铝合金,其中包括镁,通常是很好的候选人在海洋应用(如5052合金)。此外,形成坚硬的阳极氧化层(厚氧化铝铝层),可抑制海洋腐蚀。

钛及钛合金

而钛合金是海事服务的最佳选择之一。尽管钛价格高,但也应该考虑。

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写的迈赫迪雅里西安大略大学电化学与腐蚀实验室

迈赫迪·雅里的头像

Mehdi Yari目前是西安大略大学电化学与腐蚀实验室的博士后。他曾在伊朗阿扎德大学(Azad University)科学与研究分支机构的材料工程系工作了8年多。在此期间,他成为冶金行业的科学和工程顾问。他分别获得了冶金工程、腐蚀工程和材料工程先进材料的学士学位、硕士学位和博士学位。他曾多次获得教学和研究奖项。他在腐蚀和表面工程领域的知名期刊上发表了超过15篇科学论文。

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