金属腐蚀与防护论文大全11篇

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中图分类号：U473文献标识码： A

一、天然气管道腐蚀的因素

（1）土壤腐蚀因素。土壤是具有固、液、气三相的多孔性的胶质体，土壤的空隙被气和水充满，水中含有一定的盐使土壤具有离子导电性。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。

（2）管道腐蚀因素。长输埋地管道表面大都包裹有防腐层，将钢管和腐蚀介质隔离，切断电化学腐蚀电池的电路。 土壤腐蚀性介质从而浸入管体外壁，引起管道外腐蚀，再加上阴极保护不善，杂散电流的影响等均会使管道遭受腐蚀。

（3）金属材料因素。金属化学稳定性、合金成分、金属表面状态等都会影响金属材料的腐蚀性 。

（4）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它杂质，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。假如相对湿度超过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。

（5）细菌腐蚀 。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。其中厌氧性硫酸盐还原菌最具代表性。它在pH6～ 8 碱性和透气性差的土壤中繁殖，广泛地分布在海、 河 、湖泊水田、 沼泽的淤泥中， 它利用自身的生息，将硫酸盐离子还原，同时促进阴极反应，生成硫化铁等腐蚀产物，覆于管道表面，形成二次的局部腐蚀（孔蚀），所以在硫酸盐还原菌腐蚀的现场，土壤颜色发黑，有硫化氢臭味。

（6）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原油管道受电气化铁路的杂散电流腐蚀。在建成后约4个月即遭电流腐蚀穿孔交流电引起的腐蚀是在管道沿高压输电线敷设时，因电磁耦合在管道上感应的交流电所造成的，对人体和设备均有危害。

二、管道腐蚀防治措施

针对以上腐蚀原因提出相应防腐措施如下：

（1）涂层防护。涂层防护是管道防护最基本的方法。它的主要原理在于采用一些特殊材料涂抹到管道外侧，起到隔离金属管道的作用，腐蚀性物质无法与金属直接接触，因而起到防腐的作用。值得注意的是，有些管道在架设过程汇总不可避免的经过一些环境比较恶劣的地区，因此这就对涂膜材料的选择提出了要求。一般来说，涂膜材料应该满足以下几个要求：材料自身性能稳定，不会与周围腐蚀性物质发生反应，水的渗透率低，防止水与管道的接触，耐微生物腐蚀能力强，出现问题时方便修复，成本低，可以大规模使用，满足防腐要求的前提下满足工程要求。

（2）改善金属的本质。根据不同的用途选择不同的材料组成耐腐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢可以增强钢的防腐蚀能力。

（3）电化学保护法。将被保护金属极化成阴极来防止金属腐蚀的方法。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。判定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）；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。

（4）改善环境。改善环境对减少和防止金属腐蚀有重要作用。例如，减少腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度、湿度等，都可以减少和防止金属腐蚀；也可以采用在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质（缓蚀剂）来减少和防止金属腐蚀。

（5）电蚀防止法。一是在杂散电流源有关设施上采取措施，使漏泄电流减小到最低限度；二是在敷设管道时尽量避开杂散电流地区，或提高扰管段绝缘防腐层质量，采用屏蔽、加装绝缘法兰等措施；三是对干扰管道作排流保护，即将杂散电流从扰管道排回产生漏泄电流的电网中，以消除杂散电流对管道的腐蚀。

三、天然气管道腐蚀防治改进措施探讨

当前，相对国外管道防腐较为先进的技术而言，我国对城市天然气管道腐蚀防治的研究还存在着一些问题急需解决，管道防腐技术还有待改进。

3.1 积极开发管道防腐材料

我国当前所使用的管道防腐材料虽然基本已经实现了国产化，但是由于技术上的缺陷，所生产出来防腐材料难免会出现一些问题。因此，我们要加大对管道防腐材料的研究力度，通过借鉴国外先进的技术，结合国内的实情，运用到生产实践当中去，生产出高质量的材料来更好的进行管道腐蚀的防护。

3.2 积极提升腐蚀管道的定位技术

进行天然气管道腐蚀程度的测量需要我们拥有一个完善的防腐数据库管理系统，我们要不断的加强腐蚀管道的定位能力，使得腐蚀管道的定位快速而准确，这样才能够有效的找出天然气管道的安全问题，排除安全隐患。当前我国在这一方面的技术和先进国家相比还存在着很大的差距，对管道防腐检测技术投入足够的精力，才能够缩小和国外技术上的差距，增强我国管道腐蚀检测的实力。

3.3 确保阴极的准确到位

在对管道进行电化学反应保护时我们要确保阴极的准确到位，才能够保障腐蚀的是充当阳极的其他金属，而不是消耗阴极的管道金属。要确保阴极的准确到位，我们必须要关注阴极保护的关键参数。保护电流和保护电位是对阴极进行保护的关键参数，保护电位是金属完全停止腐蚀时所需要的电位，保护电流则是被保护的结构单位面积中所需要的保护电流。只有准确的把握了阴极保护的关键参数，才能够确保阴极保护的准确到位，对管道的保护才能够得到保障。

四、结语

管道的防腐不仅关系到资源的有效利用，还关系到城市的正常运转。保证管道不被腐蚀才能保证社会的平稳运行，因此管道的防腐问题应该引起足够的重视，在开发新技术新材料的同时，注意对于现有工艺的改善，完善管道施工中的管理，避免人为因素对管道造成腐蚀，从多个方面综合治理管道的腐蚀问题，才能将损失降到最低。

参考文献：

[1]刘佳 天然气管道的腐蚀原因及防治措施 2012年第6期 内江科技

[2]冯士明，胡延新.油气管道腐蚀现状及修复技术对策.99中国国际腐蚀控制大会论文集，1999

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中图分类号：TU279文献标识码： A

石油化工装置中流体输送是必不可少的，工艺管线是流体输送的重要组成部分，其投资占总投资的比例相当高，所以做好工艺管线的防腐工作至关重要。

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，老化变形现象。

一、管道腐蚀控制的基本方法

管道腐蚀的控制方法应根据腐蚀机理的不同和所处环境条件的不同采用相应的腐蚀控制方法，其基本原则有以下几方面：

1、选用在该管道具体运行条件下的适用钢材和焊接工艺

2、选用管道防腐层及阳极保护的外防护措施

3、控制管输流体的成分如净化处理除去水以及酸性组分

4、使用缓蚀剂控制内腐蚀

5、选用内防腐涂层

6、建立腐蚀监控和管理系统

二、常见管道防腐层的结构及特点

防腐层 石油沥青 熔结环氧粉末 3PE 聚乙烯胶粘带

防腐材料 石油沥青 环氧粉末 环氧粉末+高（低）密度聚乙烯 聚乙烯胶粘带

防腐层结构 石油沥青+玻璃布+塑料薄膜（3-5层沥青总厚度4-7mm） 环氧粉末熔结在管壁上涂层厚0.3~0.5mm 环氧粉末+胶黏剂+聚乙烯（挤压）总厚度度2~4mm 底胶+防腐胶粘带（内带）+保护胶粘带（外带）总厚度1~4mm

适用温度 -20~70 -40~100 -40~70 -30~60

施工方法 人工或半机械化作业 静电或等离子喷涂工厂机械化作业线分段预制现场热收缩套补口 挤出成型法工厂机械化作业线分段预测现场热收缩套补口 人工或机械化作业

优缺点 机械强度和低温韧性差，吸水率高，易受细菌腐蚀，施工流动性条件差但成本低目前国内应用广泛 机械化性能和粘结性能强，耐阴极剥离及耐温性对施工质量要求高，成本低，损耗小 机械性能耐温性及电绝缘性能强，其突出的优点是耐磨对现场补口质量要求较高，损耗小 防腐性可靠性高便于施工进度快对管材焊接部位的包覆质量不易达标

根据图表所示，在选择防腐层时应根据每一种防腐层的适用范围，选择能满足管道沿线环境的防腐要求的防腐层，在此基础上考虑施工方便，经济合理等因素通过技术经济综合分析与评价确定最佳方案。

三、工艺管线腐蚀的表现特征

1、均匀腐蚀：整个表面腐蚀深度比较一致均匀的腐蚀又称一般腐蚀或连续性腐蚀，在腐蚀中腐蚀发生在金属的整个表面上，沿金属表面均匀进行。

2、缝隙腐蚀（表面腐蚀深度不一致，呈斑点状态）：金属管道内通入介质如金属与金属或金属与非金属介质处于滞流状态，从而引起缝内金属的加速腐蚀。这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。

3、点腐蚀腐蚀（集中在较小范围，腐蚀深度较大也称为孔腐蚀）：在金属表面的局部地区出现向深处发展的腐蚀小孔，这些小孔有的孤立存在，有些则紧凑在一起看上去像一片粗糙的表面这种腐蚀叫做点腐蚀。

四、预防工艺管线腐蚀常用方法和措施

根据金属腐蚀原理分析，可以对腐蚀性介质的金属材料及其制品采用各种不同的防腐蚀技术进行防腐蚀处理，只要措施得当就可以延长金属制品的使用寿命，保证工艺设备的安全和顺利进行，常用的防腐蚀技术和措施主要有下列几类

1、合理选材：这是防止和控制设备腐蚀的普通和最有效的方法之一，管道的种类繁多，常用的有碳素钢管，不锈钢管以及塑料管等它们的工作压力通过的介质的性质和温度，敷设的条件，所处的环境都各不相同，为了延长管道的使用寿命，达到经久耐用的目的，施工时要根据各种管材的腐蚀特性合理选用管材。

2、缓蚀剂法：管理内壁用涂料防腐比较困难，常用的方法是在腐蚀介质中添加能降低腐蚀速率的物质也就是缓蚀剂法。根据化学组成，习惯上将缓蚀剂分为无极缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类。

A无极缓蚀剂：通常在中性介质中使用无极缓蚀剂有NaNO2，K2Gr2O7、Na3PO4等，例如Ca(Hco3)2在碱性介质中发生如下反应：

Ca2++2Hco3-+2OH-=CaCo3+CO3+2H2o

生成的难溶碳酸盐覆盖于阳极表面成为具有保护性的薄膜，阻滞了阳极反应，降低了金属的腐蚀速率。

B 有机缓蚀剂：在酸性介质中通常使用有机缓蚀剂，如动物胶，六次甲基四胺以及含氮，硫的有机物等有机缓蚀剂对金属的缓蚀作用。一般认为是由吸附膜生成即金属将缓蚀剂的离子或分子吸附在表面上形成一层难溶而腐蚀性介质又很难透过的保护膜阻碍了氢离子的阴极反应，因而减慢了腐蚀。

3、阴极保护法：阴极保护法就是被保护的金属作为腐蚀电池的阴极或作为电解池的阴极而不受腐蚀。

牺牲阳极保护法：

阳极：Zn=Zn2++2e-

阴极：O2+H2O+4e=4OH-

4、外加电流保护法：取不溶性的电极为阴极把要保护的钢铁设备作为阴极，两只都放在电解质溶液里，接上外加直流电源，通电后，大量电子被强制流向被保护的钢铁设备中是钢铁表面生成负电荷的累计，金属腐蚀产生的原电池电流就不能被输送因而防止了钢铁的腐蚀。

参考文献：

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换热器是化工生产过程中的重要设备,约占建厂投资费用的20%,占工艺设备总重量的40%。在生产运行过程中由于腐蚀、冲刷等作用,使换热器遭到破坏,使用寿命缩短,造成巨大的经济损失。因此,解决好化工换热器的腐蚀问题,可以带来巨大的经济效益。

一、LDPE固定管板式换热器的泄漏原因—腐蚀

在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程的指标，以满足工业流程上的需要。但是换热器的腐蚀问题严重影响了换热设备的质量，其中主要的腐蚀有：氧腐蚀，冲刷腐蚀以及由于生产工况处于高温高压下，振动加速了腐蚀的速率。

1.换热器几种常见的腐蚀破坏类型

1.1接触腐蚀

两种电位不同的金属或合金互相接触,并浸于电解质溶解质溶液中,它们之间就有电流通过,电位正的金属腐蚀速度降低,电位负的金属腐蚀速度增加。

1.2孔蚀

集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为孔蚀,或称小孔腐蚀、点蚀。

1.3缝隙腐蚀 在金属表面的缝隙和被覆盖的部位会产生剧烈的缝隙腐蚀。

1.4冲刷腐蚀 冲刷腐蚀是由于介质和金属表面之间的相对运动而使腐蚀过程加速的一种腐蚀。

2.冷却介质对金属腐蚀的影响

工业上使用最多的冷却介质是各种天然水。影响金属腐蚀的因素很多,主要的几个因素及其对几种常用金属的影响:

2.1溶解氧

水中的溶解氧是参加阴极过程的氧化剂,因此它一般促进腐蚀。当水中氧的浓度不均匀时,将形成氧的浓差电池,造成局部腐蚀。对碳钢、低合金钢、铜合金和某些牌号的不锈钢而言,熔解氧是影响它们在水中腐蚀行为的最重要因素。

2.2其他溶解气体

在水中无氧时CO2将导致铜和钢的腐蚀,但不促进铝的腐蚀。微量的氨腐蚀铜合金,但对铝和钢没有影响。H2S促进铜和钢的腐蚀,但对铝无影响。SO2降低了水的pH值,增加了水对金属的腐蚀性。

2.3硬度

一般说来,淡水的硬度增高对铜、锌、铅和钢等金属的腐蚀减小。非常软的水腐蚀性很强,在这种水中,不宜用铜、铅、锌。相反,铅在软水中耐蚀,在硬度高的水中产生孔蚀。

2.4离子的影响

氯离子可以破坏不锈钢等钝化金属的表面,诱发孔蚀或SCC。

二、腐蚀产生的机理

腐蚀污垢的形成机理腐蚀污垢的形成是由换热面上腐蚀产生的污秽物质和污秽物质被流体冲击而剥离两种现象叠加的结果。腐蚀污垢的电化学机理腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类,而换热器表面的腐蚀就属于电化学腐蚀。腐蚀在阳极和阴极上涉及了两个同时的电化学反应。

1.介质中存在氧化性物质，氧气和氢离子，构成吸氧和析氢腐蚀（这是根本原因）：

阳极反应：Fe-2eFe2+

阴极反应：O2+2H2O+4e4OH-2H+2eH2

2.钛与碳钢构成电偶，固相侧电阻太小，同时构成大阴极/小阳极不利面积比（腐蚀速度增加与Ac/Aa比值成正比，这是过快加速穿孔的主要原因）；

3.介质侧同样由于运行原因，造成出现液相，且电阻太小（这是腐蚀时的离子通道）。

4.结论

4.1注水量小，初凝区位于空冷器回弯管附近；

4.2原油电脱盐开得不正常，造成脱后含盐升高；

4.3中和剂注量不足；

4.4电偶腐蚀起加速作用。

三、如何在现代石化生产中采用先进技术避免腐蚀的产生

在富氢环境中高温硫化物腐蚀特性较为复杂，在氢的促进下，硫化氢可以加速对金属的腐蚀。这是因为在富氢气氛中，氢作为间隙型质子能够不断地侵入硫化物腐蚀层中，造成垢层疏松多孔，破坏了硫化氢腐蚀膜的保护作用，使金属原子和硫化氢介质得以互相扩散渗透，从而引起硫化氢的腐蚀不断地进行。影响高温硫化氢腐蚀的主要因素是温度和H2S浓度，其腐蚀速度一般随着温度的升高而增加，干的硫化氢气体在200~250℃以下对钢的腐蚀甚微。研究表明，H2-H2S体系中，当H2S的分压在3.43~343kPa,操作温度大于316℃时，硫化氢的腐蚀加剧，一般的铬钼钢不能满足要求。那么应该如何在现代石化生产中采用先进技术避免腐蚀的产生呢？

1.采用能耐介质腐蚀的金属和非金属材料。

1.1首先是能耐住介质腐蚀的金属材料

这里说的介质主要是以水为主，应该说双相不锈钢在常温下抗水腐蚀能力远好于奥氏体不锈钢；其金属活性如果比氢的活性弱，一般能耐酸腐蚀。如铜、金、银等。

1.2其次是能耐住介质腐蚀的非金属材料

这个主要是陶瓷方面，因为大部分陶瓷都能耐介质腐蚀有机方面；如果有机物表现为酸性或弱酸性，一般能耐住介质。

2.采取有效的防腐蚀措施

2.1防腐涂层

在换热器与腐蚀介质接触表面，覆盖一层耐腐蚀的涂料保护层，涂层要有较好的耐蚀性、防渗性和较好的附着力和柔韧性。对水冷系统，管内清洗干净后进行预膜处理。

2.2金属保护层

常用方法有衬里、复合板(管)、金属喷涂、金属堆焊等。

2.3电化学保护

阴极保护因费用太高，一般不用。阳极保护是接以外用电源的阳极保护换热器，金属表面生成钝化膜而得到保护。

四、结语

LDPE固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，由于其结构简单，制造方便等优点，因此LDPE固定管板式换热器是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。为了保证LDPE固定管板式换热器的正常运行，延缓部件的使用寿命，了解和掌握LDPE固定管板式换热器出现的故障及其产生原因和处理方法显得尤为重要，其中采用先进技术避免腐蚀的产生则更为重要。

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中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

0、引言：金属材料在使用过程中易受环境作用随时间的延长而逐渐受到损坏或性能下降,根据发达国家的调查统计,全世界每年因腐蚀损失高于7000亿美元。由此可见,金属腐蚀问题十分严重和普遍。

1、概述

1.1管线的腐蚀原理分析

传统的腐蚀理论认为金属腐蚀是金属材料及其制件在周围介质的作用下逐渐产生损坏或变质现象。输油管道按其腐蚀作用机理主要分为化学腐蚀、流速腐蚀、电化学腐蚀。这三种腐蚀都会给管线造成不同程度的损坏。

化学腐蚀是金属直接和介质起作用，在腐蚀过程中没有电流伴随。确定被输送介质的质量，从腐蚀观点分析，如下成分将极大影响腐蚀速度：各种盐、有机酸、水、氧、二氧化碳、硫化氢、细菌、生成的硫化物等。这些物质和管道内壁发生化学反应，一方面造成管道内部腐蚀，另一方面产物在管内的积累，会引起管内结垢。

流速大能减少腐蚀，所以水管内的流速建议不小于0.9m／s，水管内间时流速不应小于0.3m／s，设计时应给出使腐蚀最小的流速控制范围。流速的下限应使杂质保持悬浮在介质中的速度，从而使管线中的腐蚀物质的积存量小；流速的上限应使磨蚀、腐蚀、气蚀或冲击作用最小。

电化学腐蚀是金属和电解质组成原电池而使金属腐蚀的过程。金属在腐蚀的过程中有电流伴随。碳钢有主要成分(Fe)、少量的碳化铁(Fc3C)和碳(c)及其他合金元素，由于Fc，C具有不同的电位，C的电位局(惰性)是阴极，Fe的电位低(活泼)是阳极，Fc―C之间存在电位差，在导电介质中就产生腐蚀电流造成电位低的铁腐蚀，即铁转变成铁离子。在油田管线腐蚀过程中，电化学腐蚀起主导作用。

1.2油田阴极保护简介

外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，为其表面上进行的还原反应提供电子，使被保护金属结构电位低于周围环境，从而抑阻被保护体自身的腐蚀过程。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如长输埋地管道。外加电流法阴极保护则是利用外部电源对被保护体施加阴极电流。

2、油田外输管线的保护措施

2.1联合保护的优越性

联合保护的优越性主要表现在以下三个方面：

一是延长防腐层的保护寿命，消除防腐层破损造成穿孔的隐患。单凭防腐层保护还存在腐蚀穿孔的隐患，有阴极电流保护使裸铁部位不再发生腐蚀。同时，钢管不生锈，不会造成锈层因体积膨胀而使防腐层鼓破、脱落，大大延长防腐层寿命。

二是可减少阴极保护电流的消耗。由于大面积防腐层，使保护电流只消耗在裸铁部位的小面积上，故所需电流大大减小，减少阳极消耗和设备的输出功率。

三是缩短阴极极化到保护电位的时间，使保护电位达到均匀分布、保护距离长，效果好。因此联合保扩是目前最经济最有效的防腐措施。

2.2油田外输管道外防腐保温层简介

油田外防腐保温层采用挤出聚乙烯泡沫夹克保温管简称夹克管，中国有的油田称作黄夹克，它是挤出聚乙烯覆盖层在防腐保温管中的具体应用。该防腐层是由聚氨酯及AB组合料等组成。通过聚氨酯发泡设备加温、加热、组合按比例注入钢管与保护层中间，使聚氨酯通过化学反应迅速膨胀发泡形成硬质泡沫体，在保护层与钢管中间对钢管起保温作用，保温层均匀厚度为40mm，外保护层是使用局密度聚乙烯通过加热制成，保护层厚度为3mm，外保护层具有抗拉、耐压、防潮、不易受损等优点，可延长管道使用寿命，可用于高温度65℃环境中，钢管除锈达St3级以上，按要求刷环氧煤沥青两遍。

(1)底漆作用，一则为增强聚氨酯与钢管的粘结性，二则以防聚氨酯遇水后对钢材的腐蚀。

(2)硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数很低，比重轻，强度适宜，化学稳定性好，是一种较理想的保温材料。需要注意的是在发泡时密度的控制，泡沫推荐密度为60kg／m3。

(3)塑料夹克管：对埋地管道而言，目前多数国家认为聚乙烯覆盖层是外防腐保温管的理想保护材料。为保证聚氨酯泡沫与夹克管的牢固粘接，聚乙烯管内壁要进行电火花极化处理。

(4)防水帽：泡沫管接头密封的好坏对于整个管的保温效果以及使用寿命起着重要作用。接头密封不仅在防止储存、运输和施工过程中的水分从端部渗入，还在于管道埋设后，―旦发生外防腐层局部损坏使水分渗入时，防水帽还起到阻隔作用。

热烤缠带是沥青类防腐层的专用补口材料，其特点是技术成熟、施工简捷，关键性工艺参数是管体、缠带表面的烘烤温度及缠绕方式，对操作人员要求较严格。如果操作得当，缠带与防腐层相容性较好，会获得满意的补口结果。但在现场实际工作中受环境、温度、人员技术水平的影响和限制，各工序间的工艺参数不易始终如一达到标准的要求，易造成补口质量的不稳定。如烘烤温度的控制，烘烤过度，引起沥青流淌，使厚度达不到要求，基带产生焦化；烘烤湿度不足或不均匀，沥青未达到熔融状态，导致补口区粘结不良，这些影响因素都会成为日后管道腐蚀的隐患。

2.3外输管线阴极保护效果及经济效益

外输管线自2006年7月阴极保护系统投入运行以来，运行效果良好，达到了方案设计保护效果。主要表现在以下几个方面：一是现场应用效果。管线腐蚀速度明显降低，腐蚀穿孔次数明显减少，降低了维修工作量；通过检测发现和修复防腐保温层97处，避免了因腐蚀穿孔造成的不安全生产因素，为生产顺利平稳运行创造了条件。

二是经济效益。阴极保护运行后管线腐蚀穿孔次数的明显减少，节约了维修费用和人力、物力的投入，为整个油田降耗增效做出了贡献，同时延缓了外输管线的腐蚀。

三是环境保护方面。同时避免了因管线腐蚀穿孔造成的跑油对当地环境造成的污染，为公司的环保工作做出巨大贡献。四是更重要的是由于阴保系统刚刚投入运行，随着时间的推移，阴极保护效果将越来越明显。

3、结语

总之，通过上述了解，我们知道了阴极保护是一种公认的防腐蚀技术,其应用领域广,涉及到地下、水中及化工介质中的管道、容器、港口码头、船舶及化工设备等各个方面,其防腐蚀效果和其它防腐技术相比具有无可替代的作用。本文简单介绍了油田外输管线的保护措施油及输管线阴极保护效果和其经济效益，对阴极保护方法进行了探讨，论文对油田外输管线具有一定的实用价值和指导意义。

参考文献

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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统称为微生物腐蚀（ Microbiologically influenced corrosion， MIC） 。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

2.1 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系成为可能， little等[4]综述了各种环境、各行业存在的微生物腐蚀现象。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。

2.2微生物膜

2.2.1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。

2.2.2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。

2.3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：

2.3.1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。

2.3.2 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。

2.3.3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。

2.3.4 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经成为最近几年人们研究的热点。

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

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

篇（6）

一、引言

材料的腐蚀是整个工业生产中面临的共同的难题，每年因为材料的腐蚀造成的经济损失多达数千亿元人民币。尤其是在氯碱工业中，所用的原材料都是具有强烈腐蚀性的强酸、强碱、氯气等，因此腐蚀性问题是制约氯碱工业安全的重要的限制因素。

腐蚀发生的机理较为复杂，涉及的范围比较广泛，大体上可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。在整个氯碱工业中，正确选取氯碱装置材料是氯碱工业防腐蚀的关键。

二、氯碱生产的腐蚀与防护

1、氯气的腐蚀与防护

氯气在常温常压下为黄绿色气体，是氯碱工业的主要产品之一，具有强氧化性。氯气的化学性质非常活泼，在常温下干燥的氯气的腐蚀性较低，当温度升高后氯气的腐蚀性会增强。氯气与水反应会生成盐酸和次氯酸，这些产物都具有强烈的腐蚀性，大多数金属物质都会被腐蚀，特定的金属或者非金属材料在一定条件下才具有防腐性能。因此氯碱生产生成的湿氯气必须经过特定的工序处理。干燥的氯气温度在90℃以下时碳钢还是较为稳定的，但湿氯气却容易将碳钢腐蚀。碳钢中部分物质会溶于饱和食盐水中，会加速碳钢的腐蚀，并且由于溶盐所用的热水温度达到55~60℃，不断搅动的盐水更增加了溶解氧的浓度，造成碳钢腐蚀加快。一般的碳钢设备不能直接接触盐水，必须对碳钢设备采取专业的防腐措施。某厂采用适当的盐水工序村里设备材料、优化施工质量，取得了较好的经济效益。

钛是一种活性金属，但是在常温下钛生成的氧化膜具有非常好的耐腐蚀特性，能起到很好的保护作用。能耐各种酸性物质的腐蚀。但是还原性的酸有腐蚀作用。与其他少量贵金属制作成合金，能提高钛一定的防腐性能。在工业生产中，橡胶的应用范围较为广泛，所制成的各种橡胶制品具备优良的防腐性和防渗性能。橡胶有天然橡胶和合成橡胶。具有优良化学性能的天然橡胶可以承受一般的酸性腐蚀，但在强氧化性的酸和芳香化合物中不稳定。

2、盐酸的腐蚀与防护

氯化氢是氯碱工业中的副产物之一，遇水变成盐酸溶液具有比较强的腐蚀性，对生产设备和管道造成损坏。另外生产中所用的硫酸也会造成设备的腐蚀。盐酸装置所用的材料必须合理选取，做好防腐工作。目前合成炉、换热器、吸收器广泛采用石墨材质，盐酸贮槽目前大多采用玻璃钢。

玻璃钢的原材料有增强材料和基体材料两种。作为玻璃钢主要承载材料的增强材料是玻璃钢的强度和刚度的直接影响因素，一般是玻璃纤维或其织物。基体材料的主要成分是合成树脂，组成物质是合成树脂和辅料。在纤维间传递有效载荷是基体材料的主要作用，并且使载荷均匀分布。玻璃钢的性能受到基体材料性能，如耐腐蚀性、耐热性等的影响。如双酚A型不饱和聚酯玻璃钢耐温只有60～70℃，乙烯基酯玻璃钢能耐110℃浓盐酸，在化工生产企业中正在取代碳钢、不锈钢等。不透性石墨具备较为优良的耐腐蚀性，能适应绝大多数的恶劣环境，但是在强氧化性介质如硝酸、浓硫酸等中防腐性也较差。不同的浸渍树脂使得不透性石墨的品种也不一样，耐腐蚀性能有差异。

3、烧碱的腐蚀与防护

氢氧化钠也是氯碱生产的主要产品之一，烧碱的存在会导致在锅式法固碱生产过程中设备的应力性腐蚀开裂，浓缩的氢氧化钠溶液也会腐蚀相关的设备器材。在氯碱工业中必须采取相应的方法较少设备的腐蚀，从而延长设备的使用寿命。

烧碱所用大锅一般为铸铁材质，大锅的损坏有两方面原因：一是碱液中氯酸盐在熬煮时对大锅存在腐蚀，二是由于大锅壁内与壁外有较大的温度差会产生应力，在反复的不均匀的应力作用下造成大锅的腐蚀开裂。延长大锅寿命可以有以下几点措施：⑴在生产过程中严格按照章程操作，尽量减少碱液中氯酸盐的形成。⑵向锅内加入少量的硝酸钠，再进行进料点火，锅内表面生成的氧化保护膜可以有效减少大锅的腐蚀。⑶对碱液进行预热，在预热后再加入到熬碱锅中。⑷在对锅底进行清理时，必须先用热碱溶解后用热水稀释，减缓锅温的变化。⑸尽量使锅体均匀受热，可以优化大锅的设计，防止偏烧。⑹操作要严格要求，升温降温要均匀。

拥有优良的机械、加工性能的镍同样有较强的耐腐蚀性，能够承受热浓碱液的腐蚀，同时也耐中性和酸性溶液以及有机溶液的腐蚀，但是对氧化性酸和含有氧化剂的溶液以及熔金属的抗腐蚀性较差。在多种氯碱工业设备装置上，镍都有较为广泛的运用。

4、次氯酸钠的腐蚀与防护

次氯酸钠在强酸性或碱性条件下是稳定的，次氯酸钠具有非常强的腐蚀性，在高温时腐蚀性最大。当次氯酸钠较为稳定时，有许多的非金属材料有较强的防腐蚀性。聚酯FRP及乙烯酯FRP、氯丁橡胶、PVC和PP等都具有较高的经济性和适用性。次氯酸钠的分解反应会产生大量的热，如果热量不能及时散去集中于一个区域，会造成局部温度过高导致设备器壁的损坏，同时分解反应会使许多非金属材料遭到破坏。P11FE、FEP及PFA等材质对次氯酸钠的防腐性能较好，能够满足防腐要求。

当次氯酸钠温度较高时，对大多数金属物质都具有一定的腐蚀性，严重的话会造成金属穿孔。应用钛金属材料能够对次氯酸钠起到很好的防腐性，在实际运用的中运行的效果也比较好。在实际的氯碱生产中，选用玻璃钢与PVC材料储存输送次氯酸钠具有较好的经济性。

三、氯碱工业的电化学保护

阴极保护和阳极保护是电化学保护的两种形式。

在氯碱生产中广泛采用阴极保护法。阴极保护就是将直流电源的负极与工业设备连接，电源正极与其他阳极连接。阴极保护的原理是金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小。辅助阳极材料一般选用石墨或者硅等。目前我国应用较多的还有阳极保护，对于阴极保护来说它是比较新的防腐蚀技术。阳极保护是电化学防腐蚀技术之一，它基于金属的阳极钝化性。钝性机理目前为止有两种：（1）氧化膜理论：认为钝化了的金属，其表面被一层氧化膜所遮盖。膜的稳定性很高，不容易溶解，从而保护了金属；（2）吸附理论：认为金属在钝化时，其表面吸附了一层氧的原子（或其它原子），并饱和金属表面原子的活泼价，或者是被金属中的电子所离子化而形成双电层的结构，因此阻滞了金属阳极溶解过程，使腐蚀速率极低。阳极适合致钝电流密度和维钝电流教小的情况，这样可以降低能耗提高生产的经济效益。

四、结束语

氯碱工业中氯碱产品的生产环境非常复杂，所用的原材料都是强酸、强碱等腐蚀性较强的物质，发生腐蚀的机理也比较多样，如果不重视防腐问题，由于腐蚀造成的后果也会非常严重，企业应予以高度重视，切实采取有关措施保护氯碱设备，归结起来有以下几点：

⑴优化工程设计，采用先进的科学技术，恰当选取设备材料。⑵对相关氯碱设备定期检查维修。⑶使用操作过程必须严格按照相关章程要求，做到零失误。⑷完善氯碱生产的管理体制，加强对工作、安全人员的教育，提升相关的专业素质，增强防腐专业力量。

参考文献

[1]王香爱.氯碱生产中三氯化氮的生成及防治措施[期刊论文]-氯碱工业,2007(08)

篇（7）

二氧化碳（CO2）常作为天然气或石油伴生气的组分存在于油气中。CO2溶入水后对钢铁及水泥环都有极强的腐蚀性。在井下适宜的湿度及压力环境条件下，CO2会对水泥和油套管产生严重的腐蚀，使得管道和设备发生早期腐蚀失效，甚至造成生产油、套管的腐蚀断裂。从而缩短油气井的生产寿命，造成巨大的经济损失。

本文针对油气井钻采过程中的CO2腐蚀问题展开深入的调研和分析，分析了不同环境条件下对油气井管柱的腐蚀机理，进行了CO2腐蚀的影响因素和影响规律的讨论。

1 油气井井下油套管

1.1 CO2基本特性

二氧化碳是无色、无臭的气体，分子式为CO2，分子量为44，比重约为空气的1.5倍。二氧化碳在不同温度和压力条件下分别以气、液、固三种状态存在。当温度高于临界温度（31.1℃）时，纯CO2为气相；当温度与压力低于临界温度与临界压力（7.383MPa）时，CO2为液相或汽相；当温度低于-56.6℃、压力低于0.535MPa时，CO2呈现固态，固体二氧化碳也叫干冰，其密度可达1512.4kg/m3，随着外界温度的升高，固态（干冰）又升华转变为汽相。

二氧化碳的化学性质不活泼，既不可燃，也不助燃。二氧化碳可在水中溶解，其水溶液显弱酸性，可使石蕊试纸变红。由此可知，二氧化碳在水中有一部分变为碳酸。碳酸可以看作二氧化碳的一水化合物，或直接写成H2CO3。碳酸在水中可离解为离子：

H2CO3 H+ + HCO3-

HCO3- H+ + CO32-

二氧化碳的临界状态是纯物质的一种特殊状态，在临界状态时，气相和液相的性质非常接近，两相之间不存在分界面。临界点的参数叫做临界常数，包括临界温度、临界压力、临界体积等。其临界温度和临界压力为气液两相共存的最高温度和压力。在临界温度以上，不管施加多大压力，都不能使气体液化[2]。

1.2 金属腐蚀机理

1.2.1 化学腐蚀

化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生化学作用而引起的破坏。其反应历程的特点是在一定的条件下，金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物。腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而没有电流产生。

1.2.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质发生电化学作用而产生的破坏。任何以电化学机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流形成回路。阳极反应是金属离子从金属转移到介质中并放出电子，即阳极氧化过程；阴极反应是介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子的还原过程，例如，碳钢在酸溶液中腐蚀时，在阳极区铁被氧化为Fe2+离子，所放出的电子由阳极铁（Fe）流至钢中的阴极（Fe3C）上，被扩散离子吸收而还原成氢气。

1.3 金属腐蚀形态

1.3.1 均匀腐蚀

腐蚀分布在整个或大部分金属表面上（包括较均匀的和不均匀的）。在全面腐蚀过程中，进行金属阳极溶解反应和物质还原反应的区域都很小（甚至是超显微的），阴阳极区域的位置不固定，在腐蚀过程中随机变化，结果使腐蚀分布非常均匀，危害也相对小些。

1.3.2 局部腐蚀

金属表面只有一部分遭受腐蚀而其它部分基本上不腐蚀的称为局部腐蚀。局部腐蚀又可分为：点蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，丝状腐蚀，电偶腐蚀，选择性腐蚀，磨耗腐蚀，应力腐蚀，氢损伤[3]。

1.4 CO2对油套管腐蚀破坏形态

CO2对钢铁设备的腐蚀的形态可分为全面腐蚀（也称均匀腐蚀）和局部腐蚀两大类。形成全面腐蚀时，金属的全部或大部分表面积上均匀地受到破坏。形成局部腐蚀时，钢铁表面某些局部发生严重的腐蚀而其它部分没有腐蚀或只发生轻微的腐蚀。点蚀属局部腐蚀，点蚀出现凹孔并且四周光滑；台地侵蚀属均匀腐蚀，会出现较大面积的凹台，底部平整，周边垂直凹底；但在流动条件下，流动会诱使台地侵蚀出现局部腐蚀形成凹沟，形状呈平行于物流方向的刀线槽沟[4]。

a 内壁

b 外壁

图2-1 华北油田馏58井N80油管使用18个月后的腐蚀形貌

图2-2 CO2对四通的局部腐蚀

以华北油田馏58井的N-80油管为例，该井油管使用18个月后的腐蚀形貌如图2-1所示。整个油管腐蚀得千窗百孔，形同筛网。从内侧表面可明显看出有平行于油流方向的槽沟和凹孔，充分表明了存在严重的流动诱使局部腐蚀和点蚀的现象，说明了油管在发生全面腐蚀的同时，又产生了严重的局部腐蚀。此外，该井四通及阀门等在生产过程中接触CO2介质的工作部件，表面上存在大量的凹孔或凹台，表明了也存在点蚀和台地侵蚀的现象（如图2-2）。

1.5 CO2腐蚀机理

干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的。CO2较易溶解在水中，而在碳氢化合物（如原油）中的溶解度则更高，气体CO2与碳氢化合物的体积比可达3比1。当CO2溶解在水中时，会促进钢铁发生电化学腐蚀。并在不同的温度等条件下产生不同形式的腐蚀破坏。因此，根据腐蚀破坏形态，可以提出不同的腐蚀机理[4]。

下面以碳钢和含铬钢的CO2腐蚀为例来进一步阐述钢铁在CO2介质中发生腐蚀的基本原理。前述分析说明，从大体上来说，CO2腐蚀可以分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类，且随着温度、金属材质等不同有不同的腐蚀形态。根据金属表面产生的腐蚀破坏形态，可以按介质温度范围将腐蚀分为三类（如图2-3、2-4、2-5）。

图2-5 高温时碳钢和含铬钢腐蚀类型（类型3）

在温度较低时，主要发生金属的活性溶解，为全面腐蚀，而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜（图2-4）。在中温区，两种金属由于腐蚀产物在金属表面的不均匀分布，主要发生局部腐蚀，如点蚀等（图2-5）。在高温时，无论碳钢还是含铬钢，腐蚀产物可较好地沉积在金属表面，从而抑制金属的腐蚀。

在没有电解质存在的条件下，CO2本身并不腐蚀金属，这说明CO2腐蚀主要表现为电化学腐蚀，即由于天然气中的CO2溶于水生成碳酸后引起的电化学腐蚀，CO2电化学腐蚀原理及其总体基本化学反应可描述为[4]：

CO2 + H2O + Fe FeCO3 + H2

事实上，CO2腐蚀常常表现为全面腐蚀与典型沉积物下方的局部腐蚀共存。然而，对于局部腐蚀机理的研究目前尚不够深入和详尽。大体上来说，在含有CO2介质中，腐蚀产物FeCO3及结垢物CaCO3或不同的生成物膜在钢铁表面不同区域的覆盖度不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶，CO2的局部腐蚀正是这种腐蚀电偶作用的结果[4]。

1.6 油套管CO2腐蚀影响因素

CO2的腐蚀过程是一种错综复杂的电化学过程，影响腐蚀的因素很多，概括起来主要可划分为环境因素和油套管材料组成两大类。环境因素主要包括介质温度（T）、CO2分压（PCO2）、水介质矿化度、pH值、水溶液中Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、微量H2S和O2、细菌含量、油气混合介质中的蜡含量、介质载荷、流速及流动状态等。材料组成及种类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 油气井井下水泥环CO2腐蚀机理

CO2对水泥石的腐蚀作用机理与水泥石水化产物的关系十分密切，CO2的腐蚀作用机理主要体现在湿相CO2渗入到水泥石中与水泥石水化产物发生不同的化学反应，产生不同的化学物质，最终导致水泥石的成分发生变化，严重的破坏了油井水泥石的孔隙度、渗透率、强度。为此，以下在了解和分析不同养护条件下油井水泥水化产物组成特征的基础上，从腐蚀产物的形貌及微观结构、主要腐蚀作用形式和腐蚀作用过程等方面深入研究分析了CO2对油井水泥产生腐蚀作用机理[6]。

2.1 油井水泥石腐蚀机理

由油井水泥石的主要水化产物的物理化学性质可以得出，CO2对水泥石的腐蚀作用方式大致可分为：淋滤作用、溶蚀作用、碳化收缩作用、高矿化度地层水的协同作用等四种主要形式[6]。

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（1） 淋滤作用：CO2溶于水后渗入油井水泥石时，可以与水化产物发生系列化学反应： CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Ca（OH）2 + H+ + HCO3- CaCO3 + 2H2O

CSH + H+ + HCO3- CaCO3 + SiO2（无定型）+ H2O

水泥石表面初始碳化后即生成CaCO3。碳化结果是水泥石的孔隙度降低、抗压强度增大。随着与富含CO2地层水的不断作用，会持续发生下列反应：

CO2 + H2O + CaCO3 Ca（HCO3）2

Ca（HCO3） + Ca（OH）2 2CaCO3 + H2O

从CO2腐蚀水泥环实验后的扫描电镜图中可以看出（见图3-1），油井水泥石的孔隙度和渗透性增大，水泥石的致密性明显降低，导致抗压强度降低。

（2） 溶蚀作用：当Ca（OH）2被消耗完之后，CO2又与CSH反应生成非胶结性的无定形SiO2，破坏水泥石的整体胶结状态，水泥石被CO2溶蚀后溶蚀孔随处可见（见图3-2），并造成水泥石体系pH值降低，为腐蚀性气体继续渗入水泥环提供了便利条件，造成水泥石的进一步腐蚀，最终导致水泥环失去对钢套管的保护作用。

（3） 碳化收缩作用：在水化温度低于80℃时，纯水泥水化时可生成膨胀性组分钙钒石（AFt），其反应式如下：

C3A + Ca（OH）2 + CaSO4·2H2O AFt

当CO2存在时，CO2与上述反应争夺Ca（OH）2，抑制了AFt的生成，因而造成水泥石体积收缩，从而可能诱发环空微间隙（见图3-3），为富含CO2的地层水打开通道，加剧了CO2对水泥石和套管的腐蚀。

图3-1 淋滤作用对水泥石的腐蚀形貌

（4） 地层水的协同作用：高矿化度的地层水使CaCO3的溶解度增大，淋滤作用增强。地层水中含有多种腐蚀性离子，如Mg2+、SO42-和Cl-，以及腐蚀性组分H2S，这些组分的协同作用也会加剧CO2对水泥环和套管的腐蚀（如图3-4）。

图3-2 溶蚀作用对水泥石的腐蚀形貌

图3-3 碳化收缩作用对水泥石的腐蚀形貌

图3-4 协同作用对水泥石的腐蚀形貌（150℃）

由上述几种CO2在低温下的腐蚀作用对水泥石腐蚀的机理和腐蚀形貌可以看出，地层水中的CO2侵入水泥环并与其水化产物产生多种作用，严重破坏了水泥环的强度、渗透率等，对水泥环保护油管的作用产生一系列的不良影响，从而会影响油井的正常生产和使用寿命。

2.2 水泥环CO2腐蚀影响因素

CO2对水泥石的腐蚀机理主要体现在CO2与水泥石不同水化产物的化学作用上，可见水泥石所处的地质环境对于CO2腐蚀水泥石起着至关重要的作用；当然水泥本身的材料组成也不容忽视；现场施工情况对与水泥环的性能也有很大影响。因此可以得出CO2对油井水泥环腐蚀的三大影响因素，虽然CO2对水泥石的腐蚀过程是一种错综复杂的物理、化学过程，影响其腐蚀过程的因素很多，但是，归纳起来，影响CO2腐蚀油井水泥环的因素可以大致分为：周围地质环境因素、施工因素和水泥材料等三大类[7]。

周围地质环境因素主要指水泥石周围介质的相对湿度、温度、压力及CO2分压、浓度对水泥石碳化的影响。环境介质的相对湿度直接影响水泥环的润湿状态和抗碳化性能。在环境的相对湿度比较大的情况下，水泥石的毛细管处于相对的饱和状态，使其气体渗透性大大降低，水泥石的碳化速度则大大降低，但是，当周围介质的相对湿度达到某个范围时，水泥石的碳化速度达到最快，这个范围值随不同的地质条件而各不相同。

至于施工因素对水泥石的影响主要指的是固井施工时对水泥的配制、搅拌和注入等条件的影响。显然，这些因素对油井水泥环的密实性的影响是很大的。所以，保证在固井施工时的规范操作是十分重要的。

水泥材料主要是指水泥石的品种，外加剂及外掺料的加入、现场水泥浆的配制等都对水泥石的碳化有一定的影响。因此明确这些影响因素对腐蚀产生的影响规律，对于合理制定腐蚀防护措施具有重要意义。

3 结论

本文针对油气井油套管、水泥环CO2腐蚀机理，及腐蚀影响因素进行分析研究，所取得的主要结论如下：

（1） 根据CO2和金属腐蚀特性，分析给出了油套管CO2腐蚀机理。机理分析表明，在电解质存在的条件下，CO2促使井下油套管发生电化学腐蚀，腐蚀主要与环境因素和油套管材料组成有关，其腐蚀破坏产生形式随所处条件不同而不同，主要表现为全面腐蚀与典型沉积物下方的局部腐蚀，但破坏主要由局部腐蚀造成。

（2） 油气井井下水泥石CO2腐蚀机理分析表明，CO2对水泥石的腐蚀与水泥石水化产物有关，其机理为湿相CO2渗入到水泥石中与水泥石水化产物发生不同的化学反应，产生不同的化学物质，最终导致水泥石的成分发生变化，严重的破坏了油井水泥石的孔隙度、渗透率、强度由于国内各油气田的油气组分、开采年限、腐蚀介质、地质状况、土壤成分等都不尽相同，所以在选择油气管的防腐措施时，要综合考虑各种实际情况，针对不同油气井的实际情况，应采用最经济最简单的防腐技术。

参考文献

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篇（8）

研究性学习与传统的接受性学习和训练性学习相比，内容注意体现专题性、综合性、实践性和开放性；形式注意体现学生的主体性、探索性、合作性。因此教师也由原来的传道、授业解惑者变为学习的设计者、组织者、指导者，教师的角色变了，要求也高了。笔者结合研究性学习的实践，谈谈教师的“三者”作用。

一、教师的设计者作用

1.设计疑问，激趣

由于研究性学习以学生为主体，主要是学生自主设计、自行修习、自主探索的，整个学习过程都需要学生全身心投入，如果缺乏对本学科知识的兴趣，是不可能全身心投入，也不可能知难而进的。教师在教学中要设计问题，激趣。

例如：在学习《原电池原理及应用》专题内容时，通过介绍钢铁每年因腐蚀的数量约占金属年产量的10%，全世界每年腐蚀的钢铁几千万吨。要想防止钢铁的腐蚀，就必须弄清楚钢铁腐蚀的原理是什么?通过这些实例激发学生去探索金属腐蚀的成因及防护??原电池的原理及应用。也可以设计让学生去调查金属的腐蚀状况及防腐的措施，去激发学生探索原电池原理及应用知识。通过以问激疑，以疑激趣，使学生产生追求化学科学的强烈动机和愿望，培养执着探索、主动学习的精神。

2.创设有利于自主探索的氛围

由于长期以来学生习惯于教师站在讲台上讲，学生怕老师提问，在心里设置了心理防线，在这样的课堂气氛和心理氛围中是无法进行研究性学习的。因此教师要走进学生，融洽与学生的关系，创设宽松的学习氛围，消除学生的心理负担，采用不用举手，不用提名，自动回答问题的形式，鼓励学生大胆发言，表达自已的观点。

例如：学习氧化还原反应中的有关概念，电离平衡有关概念时，鼓励学生根据原理，能反映特征，给这些概念下定义或起名称。在学习元素周期表时，鼓励学生用纸牌给元素原子量，原子半径、化学性质、最外层电子数等规律分组，自已编制能体现出周期律的周期表。在这样的课堂上，学生的思维活跃，主动探索的意识增强，师生关系融洽，教师以一位学习的参与者加入到研究性学习中，学生也能乐于接受了。

3.设计探究的情境，模拟研究的过程

研究性学习是由学生在一定情境中发现问题、选择课题、设计方案的，通过主体的探索、研究求得问题解决，从而体验和了解科学的探索过程，形成自主探究、创新的意识和习惯，培养创新能力，增长知识，积累和丰富直接经验的活动过程。经历探究过程，获得理智和情感体验，积累知识的方法是研究性学习关注的三个目标，而不在于学生真正地发现什么，创造什么。因此教师要设计有利于探究的情境，让学生充当科学家，去经历科学的发现过程。

例如：学习《元素周期律、元素周期表》内容时，通过介绍科学家探索元素周期律的过程，播放科学家发现“三元素组”、“八音律”以及门捷列夫发现元素周期的录相，然后设计让学生观察分析教材中给出的核外电子排布、原子半径和化合价等数据，发现问题，形成假说，再寻求理论去解释假说，从而得出结论，模拟科学家的发现过程与方法。

二、教师的组织者作用

1.教师是教学形式的组织者

班级授课制在我国有几千年的历史，以教师为中心的观念在人们头脑中根深蒂固。因此在实施以学生为中心的研究性学习中，教师要组织好课堂教学形式。要带领学生走出校园，走进社会，去亲身感受知识的来龙去脉，到生活实践中了现问题，调查研究。用所学的化学知识解决生产生活中的问题。根据研究的内容，依照学习者的性别、性格特点，组织好合作学习、合作研究的形式，注意培养学生协作精神。

2.教师是各类学术活动的组织者

在实施研究性学习过程中，有关的方法指导，解决实际问题所需的知识，中学教师不一定胜任，必要的时候要邀请、组织专家学者举行学术讲座、专家论坛等活动。组织好学生的学习经验交流会、学习成果评价会、开题、结题报告会等学术活动。

3.教师是活动场所的组织者

研究性学习形式多样，在校内要查阅资料、上网探索、动手实验，在校外，要到工厂、社区、家庭调查，这些活动的场所都需要教师精心组织安排好，防止组织不当，浪费时间，影响效果。

三、教师的指导者作用

1.指导学生选题

研究性学习的选题一要注意与学生现有水平相一致，超越学生的现有水平，使所有学生能够参与研究，能用现有知识解决问题，要指导学生选题小而实，避免大而全。二要指导学生到生活实践中发现问题，以问题作为自已研究课题，才能使学生全身心地投入到课题的研究中。例如：针对一些工厂排放的废液污染河流，提出的“城中河污染的调查与处理”课题。针对走私盐中缺碘情况，提出“盐中碘含量的测定”课题等。三要指导学生选择的内容应该是学科领域中的核心知识，有一定的研究宽度，使研究的过程就是经历科学的探索过程，通过研究，对提高学生的理解能力和创造性思维能力具有重要的价值。例如：在学习氧化还原反应时，先择“氧化还原反应知识的由来、发展与应用”作为研究课题。在学习物质结构知识时，选择“物质的结构与质关系的探索”作为研究课题等。

2.指导学生的研究方法

在研究学习过程中，教师要及时给学生方法指导，以帮助学生解决研究过程中发生的偏差和问题。首先是向学生进行普及研究方法的教育，使参与的学习者明确研究性学习常用的方法、步骤：确立课题，制定方案，搜集信息、资料，得出结论，撰写论文、报告等。其次是对具体课题的调查内容进行指导。如“城中河的污染调查及处理”的课题，要指导学生调查该河流的污染源有哪些?这些工厂排放的污水主要成分是什么?日排放量多少?根据污水成分的理化性质如何消除污染等?在方法指导时要把指导的重点放在“指导方法，解答疑难”上，要留给学习者思考的空间，有利于学习者发挥主体作用。

3.指导学生撰写报告、论文

篇（9）

中图分类号： TK223 文献标识码： A 文章编号：

1引言

以水为介质的工业锅炉作为动力源和热源是生产和人民生活中广泛使用的能源转换设备。在锅炉内，水吸收燃料燃烧放出的热量而产生热水（热水锅炉）或蒸发为蒸汽。如果使用的水质不良，水中含有较多的有害杂质，这种水不经任何处理进入锅炉，则必然会使运行中的锅炉产生结垢、金属腐蚀等危害。因此，锅炉水处理工作是确保锅炉安全、经济运行，延长锅炉使用寿命的重要措施，尤其在当前提倡节能减排的形势下，锅炉水处理发挥着重要作用，也是锅炉最基础的技术管理工作。为了保证锅炉水处理的有效性，我国于1979年颁布了第一版锅炉水质标准，其编号为GB1576-79《低压锅炉水质标准》，使我国的锅炉水处理工作走向科学化、正规化。在三十年的生产实践中，分别于1985年、1996年、2001年及2008年进行修订，逐渐完善，并更名为《工业锅炉水质标准》。笔者所在单位，天津市特种设备监督检验技术研究院，2008年度共对本市在用锅炉3260台进行了锅炉水质检验，其中1336台次锅炉水质不合格，占总数的40.98%。主要问题存在于锅炉给水硬度、溶解氧以及锅水碱度、PH、溶解固形物招标。新四区及五县超过60%的锅炉未进行水处理，直接使用地下水及自来水作为锅炉的给水。锅炉普遍存在结垢现象。平均一至三年进行一次酸洗除垢作业，既浪费能源又污染环境，同时降低锅炉使用寿命。从统计数据看，加强锅炉水质监督管理工作任重道远。

2水垢的形成及其危害

水垢的形成过程

实践经验表明，如果锅炉给水硬度不合格，水进入锅炉运行一段时间后，经过不断地蒸发、浓缩，当达到过饱和程度时，在锅炉受热面上就会结生一些不溶性固态附着物，这种以固体析出的沉淀物即称为水垢。水垢的结生是一个复杂的物理化学过程。工业锅炉中常结生钙、镁水垢，以碳酸盐水垢居多。锅炉受热面上结生的水垢，有一次水垢和二次水垢之分，一次水垢又称初生水垢。一次水垢是生成水垢的钙、镁盐类直接在锅炉受热面上析出的产物，而二次水垢则是钙、镁盐类在锅水中形成水渣以后，重新附着在受热面上的产物。

水垢对锅炉的危害

锅炉钢板、管路因过热而被烧损

人们称水垢是锅炉的“百害之源”，关键是水垢的导热性能很差。物质的导热性能一般用其导热系数（λ）的大小来衡量，即单位时间内、单位温度差、垂直通过单位厚度导热介质的热量（千卡/米˙小时·℃）。水垢的导热系数比锅炉钢板小数十倍到数百倍。其中混合水垢是由多种金属盐类和金属氧化物构成，很少有单一类型水垢的垢样。当锅炉受热面结有水垢时，传热情况变坏，使炉管从火焰、烟气吸收的热量不能很好地传递给水，从而使受热面温度升高，金属强度下降，容易造成锅炉炉管起鼓包、变形以至爆破。此外，炉管结垢后管内流通截面积减小，水循环阻力增大，严重时会破坏正常的锅炉水循环和冷却，造成炉管烧损。

浪费燃料降低锅炉出力

当锅炉结有水垢时，会使锅炉受热面的传热情况变坏，排烟温度升高（排烟损失增加），由于水垢导热系数很低，阻碍了传热，从而降低了锅炉热效率，增加燃料消耗或降低锅炉出力。试验证明对于工作压力为1.4兆帕的锅炉，结生一毫米厚的混合水垢，可浪费燃料5-8%。

增加锅炉检修量并危及安全

锅炉受热面结垢后，非常难以清除，需经常清垢或酸洗锅炉，而酸洗锅炉很容易给锅炉造成腐蚀，同时酸洗废液的排放对环境造成污染。特别是水垢引起锅炉的金属蠕胀、裂纹、泄漏、爆管等故障，不仅损害了锅炉寿命，而且需要大量的人力、物力进行检修，同时也威胁着人身安全，影响了安全生产。

防止工业锅炉结垢的措施

钠离子交换水处理

目前，根据天津市的水质情况，绝大部分工业锅炉可以采用钠离子交换的水处理方法，使锅炉给水软化，防止锅炉结生水垢。当含有钙镁离子的原水，流经离子交换器（软木器）中的钠离子树脂层时，水中的钙镁等阳离子被树脂中的钠离子所置换 ，从而将在锅炉内形成水垢的钙、镁盐类，转换为易溶性钠盐，而使水得到软化。经钠离子交换树脂软化后的水质，其硬度可以降低至0.03mmol/L以下，甚至可以完全消除，使水质达到GB1576—2001《工业锅炉水质标准》的要求。根据水源和锅炉参数的不同，除了上述钠离子交换以外，还可以采用氢离子交换法，阴阳离子交换法，电渗析除盐法，反渗透除盐法等。

锅内加药处理法

国家工业锅炉水质标准（GB1576—2001）规定额定蒸发量≤2吨/小时，且额定蒸汽压力＜1.0兆帕的蒸汽锅炉，以及额定功率≤4.2兆瓦非管架式承压的热水锅炉和常压热水锅炉可以采用锅内加药处理。锅内加药处理具有投资少，对原水水质适用范围广、操作简单，易于实行等优点。锅内加药水处理方法的实质是针对产生水垢的原因和过程，向锅内投加适当的化学药剂，使水中能够形成水垢的物质在锅内变成松散的非粘结性的、可流动的水渣，沉降于锅筒或联箱的底部，通过排污排出锅炉，达到防止或减缓水垢生长或金属腐蚀的目的。锅炉的腐蚀与防护

3锅炉腐蚀

金属表面与周围介质发生化学或电化学作用而遭到破坏的现象成为腐蚀。锅炉金属的腐蚀严重威胁锅炉的安全运行，因此日益引起人们的重视。

3.1氧对锅炉的腐蚀

水中溶解氧气是加速电化学腐蚀的重要因素。氧腐蚀在锅炉中主要是起阴极去极化作用。氧气是强烈的去极剂，能够吸收阴极的电子。在含有氯离子的电解质溶液中（锅水），铁原子失去2个电子，变成二价铁离子，氯和水得到电子而变成氢氧根离子。二价铁离子于氢氧根离子结合成氢氧化亚铁。Fe(OH)2在水溶液中很不稳定，容易与水中溶解氧发生进一步反应：

4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3

篇（10）

中图分类号：TU37文献标识码： A

1 引言

在建筑工程中，钢筋混凝土因具有成本低廉、坚固耐用且材料来源广泛等优点而被土木工程的各个领域普遍采用。钢筋混凝土既保持了混凝土抗压强度高的特性、又保持了钢筋很好的抗拉强度，同时钢筋与混凝土之间有着很好的黏结力和相近的热膨胀系数，混凝土又能对钢筋起到很好的保护作用，从而使混凝土结构物更好的工作，提高了混凝土的耐久性。所以钢筋混凝土已成为现代建筑中材料的重要组成部分。

钢筋混凝土结构的腐蚀类型

2.1 混凝土碳化混凝土碳化是由于混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳和水发生反应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碱性溶液(ph值>12.5)中，当碳化反应发生后，水泥石水化物稳定存在的条件遭到破坏，水解形成的氢氧化硅、氢氧化铁和氢氧化钙等碱性氧化物都变成碳酸盐，使混凝土的孔隙率和渗透性发生改变，减少了水气的吸附。同时，ph值的降低导致钢筋发生钝化的碱性条件遭到破坏，钢筋处于活化状态，在水和氧的作用易发生锈蚀。混凝土碳化是大气环境混凝土腐蚀的一种最常见形式。由于碳化作用离不开水的作用，因此干燥环境下碳化作用较为缓慢，此外合理设置保护层厚度是避免混凝土碳化作用引起钢筋锈蚀的有效方法。

2.2 氯离子侵蚀氯离子是极强的去钝化剂。当钢筋混凝土结构处于氯盐环境下，氯离子会通过液相扩散或毛细管结构深入混凝土中，游离的cl-与水形成盐酸，并与混凝土中的氢氧化钙发生反应，使水泥石水化产物发生分解，降低混凝土的密实性。当氯离子渗透至钢筋表面时，会对钢筋表面的钝化膜产生完全或部分的破坏，造成预埋钢筋的严重腐蚀和开裂。钢筋锈蚀的氧化物体积会膨胀4倍，会在混凝土内部产生内应力，导致混凝土进一步开裂，使钢筋与混凝土的握裹力降低，而影响混凝土结构的承载力和使用寿命。海洋环境与除冰盐环境下的钢筋混凝土结构腐蚀多为这种情况。在有氯离子的情况下，混凝土的碳化作用远小于氯离子对钢筋的腐蚀速度，在多种腐蚀情况同时存在的情况下，氯离子对结构的危害最大。

2.3 冻融循环区别于以上两种腐蚀类型，混凝土的冻融循环属于物理现象，混凝土冻融循环的发生主要原因是混凝土中存在孔隙和外界环境温度的循环变化。位于北方地区的海洋浪溅区和水位变动区的桥梁墩台表面的混凝土经常会发生这种腐蚀。在北方海洋环境下的秋冬季节，昼夜温差可达到10~20度左右。白天海水中的水汽通过毛细孔和微裂缝渗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结冰，在毛细孔壁周围形成拉应力，此外由孔隙冰与过冷水的饱和蒸汽压差和盐分浓度差会引起的过冷水在混凝土毛细孔中的迁移而形成的渗透压力，膨胀压力和渗透压力都会损伤混凝土的内部微观结构，在冻融循环的反复作用下，混凝土内部的损伤逐步累积扩大，最终在疲劳作用下，造成了结构的破坏。

2.4 碱-集料反应碱-集料反应是指混凝土原材料中的水泥、外加剂和水中的碱性物与集料中的活性成分发生反应，在混凝土浇筑成型后若干年逐渐反应，反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去使用功能。为了避免碱-集料反应的发生，降低混凝土拌合物水泥中的碱性成分是解决碱-集料反应最直接有效的措施。

由于钢筋混凝土组成材料之间的特性差异，导致混凝土产生腐蚀的原因较多，通常在某种环境下的混凝土腐蚀影响因素并不是单一的。例如在北方海洋性环境下，钢筋混凝土结构同时面临着冻融循环、碳化、碱-集料反应和氯离子侵蚀等危害，它们之间相互作用、相互影响加剧了钢筋混凝土的破坏。因此深刻理解混凝土各种类型的腐蚀机理，针对环境作出准确判断是做好腐蚀防护措施的第一步。

3.钢筋锈蚀的影响因素

3.1氯化物的影响

氯化物是钢筋锈蚀的最重要原因，氯离子能加速钢筋锈蚀。但并非混凝土孔隙中氯离子都会引起钢筋锈蚀破坏，只有自由氯离子才能对钢筋起到破坏作用。氯离子主要是通过扩散进入混凝土达钢筋表面，其扩散过程与周围介质中氯离子浓度，混凝土的渗透性也有关系，同时受到混凝土的毛细孔结构及孔膜被水饱和程度等因素的影响。研究表明，产生混凝土中钢筋锈蚀的氯离子临界值与pH值间存在一定的关系，Hausmann发现当[Cl-]/[OH-]＞0.6时，钢筋开始发生腐蚀破坏。Couda认为Cl-临界浓度与OH-临界浓度之间的关系为pH=0.83logCl-+KC(K为常数)，关于混凝土结构被破坏时的临界Cl-浓度问题，已被很多学者研究。

3.2混凝土碳化

正常状态下，混凝土空隙液呈强碱性，钢筋表面的混凝土形成钝化膜，对钢筋有保护作用。当大气中二氧化碳向混凝土内部渗透，并与混凝土中Ca(OH)2反应，生成CaCO3，使得混凝土碱性减低。当碳化层发展到钢筋表面，使钢筋表面的高碱环境(pH为12.513.5)的pH值下降。当pH值下降到11.5以下时，钝化膜开始不稳定。当pH降到9左右时，钢筋钝化膜就遭到破坏。

3.3硫酸盐的影响

硫酸盐能与混凝土发生中和作用，生成微溶的钙盐，此钙盐结晶时结合大量的水，使固相体积大大增大，导致混凝土发生结晶性腐蚀。另外，硫酸根离子是否对混凝土中钢筋直接产生破坏存在着不同的见解。Cornet和Schikor以及孙成的实验均表明，由于SO42-的去钝化作用只是混凝土中的钢筋发生强烈腐蚀。而刘晓敏等的实验发现，在Cl-存在时，硫酸根具有缓释作用，提高了钢筋表面钝化膜的抗腐蚀性能。

3.4水和氧气的影响

混凝土孔隙液中水和氧气的存在是钢筋锈蚀的必要条件，即使钝化膜受到破坏，如果氧气没有扩散到钢筋表面也不会发生钢筋锈蚀。

3.5环氧温度的影响

Mamdouh M Nassar的研究认为，随着温度的增加钢筋锈蚀增强。沈德健等的研究认为，在40℃以下时，随着温度增加，钢筋锈蚀率增加，在40℃以上时，钢筋锈蚀反而会延缓。

4 常见腐蚀控制措施

4.1 耐腐蚀材料的使用混凝土目前最常用的防腐蚀材料是高性能混凝土。从上述分析来看，混凝土腐蚀因素大部分都与混凝土的渗透有关。高性能混凝土中掺加的矿物质组分微硅粉能有效减小混凝土中的孔隙尺寸和阻断毛细孔，使氯离子在混凝土中的渗透率显著降低，并且显著减少冻融循环对混凝土的危害。

4.2 防腐涂料的使用 防腐涂料的作用是形成屏蔽阻隔层，隔绝离子通路，阻止腐蚀反应的发生，可分为混凝土外表面涂层和钢筋表面涂层。混凝土外表面涂层主要包括聚合物改性砂浆、渗透型涂层和表面涂料等。聚合物改性砂浆有着良好的密实、抗渗性，并兼有耐磨、粘结力强等优点。渗透型涂层在混凝土表面涂覆后，可以深入混凝土内部一定范围，与混凝土组分起化学反应并堵塞孔隙，或自行聚合形成连续性憎水膜，形成一个特殊的防护层。表面涂料通常具有抗氧化、防紫外线和红外线的能力，有时对抗磨、防冲击及耐适度化学物质侵蚀也有一定要求。钢筋表面涂层主要包括镀锌钢筋、包铜钢筋、合金钢钢筋、不锈钢钢筋及环氧树脂涂层钢筋等。环氧树脂涂层钢筋是最常用的钢筋防腐涂层。

4.3 阴极保护阴极保护法分为外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法把要保护的钢铁设备作为阴极，另外用不溶性电极作为辅助阳极，两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源。通电后，大量电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累，只要外加足够强的电压，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送，因而防止了钢铁的腐蚀。杭州湾跨海大桥是我国首个应用阴极防护技术的桥梁结构工程。

牺牲阳极法是将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。牺牲阳极法一般不适用于新建混凝土结构且阳极提供的电流有限，只能用于保护阳极附件较小范围的钢筋。

4.4 电化学除氯电化学除氯是指在无需破坏原混凝土结构保护层的条件下,通过外加电场使侵入混凝土保护层的氯盐有害组分直接排出,并且使已经活化开始锈蚀的钢筋表面重新钝化的一种新技术,可以对钢筋混凝土进行高效、快速、低成本且非破损型修复。电化学除氯技术在欧美应用比较广泛，我国在此方面研究起步较晚。

5结论

篇（11）

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2013）09-0090-02

《表面处理技术》课程是机械类专业的一门专业拓展课，简要介绍有关材料表面的基本概念和某些重要理论，阐述现代表面技术的形成、分类、涵义和内容，然后通过一些典型的表面技术来说明主要设备、技术路线、工艺路线、分析检验和具体应用等，从而使学生对表面技术的形成、现状和发展有一些基本了解。该门课程是跨学科、跨行业的综合课程，包括表面物理、表面化学、有机化学、无机化学、电化学、冶金学和材料学科等学科技术。由于在高职院校对于这门课程的各方面投入相对较少，学生难免感到枯燥、乏味，所以有效的教学设计就显得尤为重要。所谓“有效”，主要是指通过教师在一段时间的教学后，学生所获得的具体进步或发展。也就是说，学生有无进步是检验教学是否有效益的标准。教学有没有效益，并不是指教师是否完成教学内容或教得认真与否，而是指学生学习内容是否有效。如果学生没有学习兴趣或者学习没有收获，即使教师教得再辛苦也是无效教学。凡是能有效促进学生发展、有效实现预期教学效果的教学活动，都可以称之为有效教学。下面以“绪论”部分为例谈谈该门课程的教学设计。

课前系统

课前准备包括教材、学生、目标、教法、教具等内容，这些都是上好每一节课不可或缺的必要条件。《表面处理技术》在我院是焊接、质检和机制三个专业的专业拓展课，学生总体学习比较认真，但是对该门课程缺乏学习兴趣。该课程内容简单、知识面广、工艺繁琐、应用广泛，尤其在高、精、尖领域应用率较高。针对这些特点，教师在第一节课就应用一些前沿的成果及与生活息息相关的案例来吸引学生。“绪论”从总体上给学生讲述这门课程的学习内容、学习方法、相关领域的发展概况等。该课程内容包括：表面处理技术的涵义；表面处理技术的目的和意义；表面处理技术的分类；表面处理技术的应用；表面处理技术的现状和发展。学好该课程可以拓宽学生的专业知识面，并且培养学生撰写技术论文的方法。第一节课重点需展现自己较有特色的教学风格，教学方法选择的恰当与否也直接影响后续课程的教学效果。经过大量搜集资料，采用案例教学方法、分组讨论法等教学方法，利用多媒体教学手段，在制作多媒体课件时尽量减少文字描述，大量采用生动的画面、视频等来展现课程的信息。由于关于表面处理相关的工艺较多，同样为了增加基体表面的耐蚀性，可以通过电镀、化学镀、热喷涂、堆焊等工艺来实现，具体使用什么工艺，要结合实际条件恰当选择，但在学习过程中，可以把不同的工艺做比较，了解各种工艺的优缺点、在实际工作中才能正确选择，所以建议学生多看资料、做读书笔记，采用横向比较的方法来学习。

课堂系统

《表面处理技术》课程绪论教学过程包括导入、讲授、总结、作业等四部分。导入部分笔者借助两个问题：（1）磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10%，损失金额占国民经济总产值的2%～4%。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停车和相应引起的各种事故等损失统计在内的话，其数值则更加惊人。（2）随着现代工业的迅猛发展，对机械工业产品质量的要求更高，这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求。因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题（具体讲授过程如图1所示）。教学过程中采用的教学方法是案例教学法和分组讨论法（各教学环节的时间分配见下页表1）。

课后系统

这门课程采用过程考核的方法全方位地考查学生（课程总评成绩构成见下页表2）。课后要及时辅导，了解学生对所讲内容的理解、掌握程度。和同事进行交流，请专家进行评课，分析教学目标的实现情况，看有没有创造性地挖掘和利用教学资源，教育、教学理念是否转化为具体的教学行为，教学设计最突出的亮点是什么，存在的问题和症结在哪里，针对存在的问题提出改进的策略。

总之，通过以上的教学设计真正使教师从讲解员转变为教练员，最终才能实现教师会教与学生会学两者的统一。

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