時間：2022-10-01 04:27:36
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇金屬腐蝕與防護論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】天然氣；管道運輸；防腐措施
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
[3]王剛，李會影，劉振興.油氣管道的腐蝕與防護[J] 黑龍江科技信息，2010
關鍵詞：外輸管線；防腐技術； 陰極保護
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
[1]黎洪珍,徐立,龐宇來,蔣曉蓉.集輸管道陰保效果分析及措施研究[J].天然氣與石油.2007(02)
論文摘要：腐蝕是現代工業中一種重要的破壞因素，是三大失效形式之一，在目前的油田生產過程中，腐蝕所造成的損失也十分巨大。油田開采過程中存在的腐蝕有很多種，其中CO2腐蝕是世界石油工業中一種常見的腐蝕類型，也是困擾油氣工業發展的一個極為突出的問題。本文針對油氣井鉆采過程中的CO2腐蝕問題及其相應井下防腐工藝和措施展開深入的調研和分析，分析了CO2在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。
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]。
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（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。
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關鍵詞：混凝土；腐蝕；預防措施
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
雖然鋼筋銹蝕會給混凝土建筑物帶來嚴重的危害，但在實際施工中，只要加強領導，嚴格管理，精心施工，并根據環境的特點和材料的性質，采取相應的措施，是完全能夠防止和推遲混凝土中鋼筋的銹蝕，從而提高混凝土的使用性和耐久性。
關鍵詞：金屬材料工程；實踐教學；教學改革；人才培養
沈陽化工大學金屬材料工程專業是應社會經濟發展需求，尤其是化工行業建設的需求，在原金工教研室師資力量和實驗設備條件的基礎上，經過充分的論證、申請，于2006年國家教委批準，開始面向全國招生，同年獲批材料學碩士學位授予權。在專業建設中，充分發揮化工大學化工行業特色優勢及高素質專業教師隊伍的優勢，不斷改革完善培養方案、培養模式，逐步形成了立足行業、與遼寧工業產業緊密銜接、全方位實踐創新能力培養的專業特色，專業定位符合本校辦學定位和發展方向，已納入本校專業建設規劃并進行重點建設，成效顯著。在2013年遼寧省普通高等學校本科專業綜合評價中，全省九所學校金屬材料工程專業參評，沈陽化工大學的金屬材料工程專業排名第二。實踐教學是培養本科生理論聯系實際，也是培養本科生創新意識和創新能力的主要途徑[1]。但近年來，在市場經濟的影響下，許多生產企業以影響生產和安全為由不愿接待本科生實習，同時，本科生實習的積極性也不高，導致實習效果不盡如人意。
1金屬材料工程專業實踐教學的現狀
當前我國普通院校本科生教育普遍存在的一個突出問題是本科生創新意識差和創新能力不足，動手能力較很弱，難以適應激烈的市場競爭和知識經濟的快速發展的需要[2]。而實踐教學是培養本科生綜合素質，提高本科生解決實際問題的能力，以及促使本科生將所學的理論知識向實際技能轉化的環節。通過實踐教學可以鞏固、加深本科生對所學的理論知識的理解，并能夠培養本科生嚴肅認真的科學態度[3]。高等學校中的傳統的金屬材料工程專業實踐教學通常具有如下特點：首先，本科生實驗教學內容主要以演示性、驗證性實驗居多，綜合性實驗和設計性實驗相對較少，實驗教學多以模仿為主，創新內容涉及較少。其次，部分本科生的課程設計和畢業設計與實際生產相脫節，影響本科生的就業競爭力。最后，由于受到現實條件的限制，目前的本科生生產實習和畢業實習主要采取到相關企業生產現場進行觀摩教學的方式，大多數本科生很難徹底認識企業生產的組織和實施過程。實踐教學環節存在的這些問題制約著本科生創新能力的提高[4]，為培養二十一世紀合格的金屬材料專業人才，沈陽化工大學金屬材料工程專業近年來對金屬材料工程專業實踐教學體系進行了一系列改革，形成了穩定而有效的實踐性教學體系。
2專業課程實驗的優化
為培養二十一世紀化工行業合格的金屬材料工程專業人才，自2006年以來，沈陽化工大學金屬材料工程專業對實驗教學內容統籌規劃、整體安排。經過幾年的改革和實踐，建立了具有化工行業特點及金屬材料工程專業特色、科學合理的實驗教學內容，結合沈陽化工大學的化工特色，針對化工單元設備的主要加工方法，如壓力加工、焊接、機械加工及化工單元設備的腐蝕問題。強化金屬塑性加工原理、焊接冶金學、焊接工藝與設備、金屬腐蝕與防護、金屬熱處理和材料無損檢測等主要專業課程。這些主要專業課程均設置有實驗內容，同時優化了驗證性實驗，增加了綜合性和設計性實驗的數量，使本科生動手能力得到提高。鞏固科研教學資源化的成果，進一步完善校內實踐實訓基地的建設，創造學生動手操作的條件，培養學生的工程實踐能力。此外，金屬材料工程專業每年投入一定的資金對現有實驗設備進行改造，更新部分專業實驗，增加創新性實驗硬件條件，增加開放實驗室公用設備的種類及臺套數。進一步開放實驗室，一周至少兩天全天開放實驗室，保證本科生根據需要自主進行實驗。
3加強校企合作，強化實習管理
原有認識實習、生產實習、畢業實習的企業很多設備比較陳舊，幾乎沒有先進的設備和技術，實習效果大打折扣，為此，近年來金屬材料工程專業增加個性化實習，采用校企合作，結合學生的興趣愛好、就業方向、教師的科研課題以及就業單位的培訓等等，分別送學生到企業去學習實踐，為方便學生到企業實習，金屬材料工程專業先后建立了與沈陽鑄鍛工業有限公司、富奧遼寧汽車彈簧有限公司、撫順機械設備制造有限公司等十余家企業的實習基地。通過實習基地，加強了與相關企事業單位的合作，利用其設備開展金屬材料工程專業的實踐教學，結合企業實際進行企業課程教學、現場教學和案例教學，這樣也促使本科生了解金屬材料及其相關材料最新的科技發展動態，使本科生具有分析和解決生產中的實際問題的能力。對于本科生畢業論文和設計結合企業實際項目或在實踐教育基地、企業開展，校內校外指導教師共同指導，以強化學生綜合運用所學知識進行獨立分析問題和解決問題的能力。為保證實習效果，加強本科生對實習的重視，金屬材料工程專業主任及全體實習指導教師參加實習動員，強調實習過程安全問題，明確每次實習的集合時間、地點、著裝和注意事項等。在實習期間，每到一個車間，先請車間主任介紹該車間的典型設備和工藝流程，使本科生在參觀前對參觀內容有大概了解。實習成績評定主要依據實習期間的出勤、紀律、實習筆記、實習報告等。通過各方的努力，大大增強了本科生實習的主動性。
4開展創新活動，推進實踐教學
鼓勵本科生積極開展多樣化的科技創新活動[4-5]，例如參加教師的科研項目以及各類大學生競賽等。通過組織各種類型、各種形式和不同層次的課外活動，將各類工程實踐活動、創新實踐訓練、學科競賽活動、學術前沿講座、社會實踐、公益活動等課外活動作為第二課堂課程模塊納入到課程體系中統一實施和管理。近年來，金屬材料工程專業參賽學生項目獲第三屆全國機械創新設計大賽國家二等獎一項；“第十一屆挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽國家三等獎一項；2011年、2013年分別獲全國大學生英語競賽三等獎、二等獎各一項；省級獎項幾十多項。通過創新競賽的開展，培養了學生的創新能力，同時也提高了教師指導學生創新的積極性，活躍了創新教育的氛圍，為金屬材料工程專業學生的個性發展提供平臺，為學生畢業后從事科學研究活動奠定了一定的基礎。
5結論
當今，素質教育快速發展[6-7]，金屬材料在化工行業中占有舉足輕重的地位，為培養二十一世紀化工行業合格的金屬材料專業人才的需要，我們將繼續優化實踐課程建設，建設具有化工行業特點及金屬材料工程專業特色、科學合理的實踐教學內容，努力培養學生創新能力，使其畢業后能在化工企業、高等學校或科研院所從事金屬材料及金屬基復合材料的研究、成分-工藝及設備設計、組織和性能檢驗、生產制造、技術開發和經營管理等方面工作的高素質應用型人才。
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