陰極保護(hù)課件制作人：吉登科時(shí)間：2011年6月地點(diǎn)：平定分輸站1

我國(guó)管道陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展

1823年，英國(guó)學(xué)者漢·戴維先生接受了英國(guó)海軍軍部對(duì)木制艦船銅護(hù)套的腐蝕研究，1824年他首次報(bào)告了鐵或鋅與銅相連，銅本身被保護(hù)的研究成果。

1958年我國(guó)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)性小規(guī)模的應(yīng)用陰極保護(hù)技術(shù)。六十年代初陰極保護(hù)技術(shù)先后在新疆、大慶、四川等油氣管道上推廣應(yīng)用。七十年代以來(lái)，我國(guó)鋪設(shè)的長(zhǎng)輸油氣管道，已普遍采用了陰極保護(hù)，為油氣管道的安全運(yùn)行提供了保障。2腐蝕的原理1、腐蝕的概念

定義：腐蝕是金屬和周?chē)h(huán)境起化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕?；瘜W(xué)腐蝕的氧化－還原反應(yīng)多發(fā)生在同一位置，電化學(xué)的氧化－還原反應(yīng)發(fā)生在不同的位置（陰極發(fā)生還原反應(yīng)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)）。電化學(xué)腐蝕的前提是形成腐蝕電池，兩個(gè)浸在電解質(zhì)中的導(dǎo)體組合稱(chēng)為原電池，其中的導(dǎo)體稱(chēng)為電極。參與反應(yīng)的電池主要有以下幾種類(lèi)型：異種電極電池；濃差電池；溫差電池。實(shí)際的腐蝕過(guò)程可能是這三種電池的混合形式。3陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)2、腐蝕類(lèi)型：均勻腐蝕（例如金屬失澤）；點(diǎn)蝕：某一部分（面積較?。└g速率大于另一部分（面積較大）；晶間腐蝕：發(fā)生在晶界上的局部腐蝕；破裂：在腐蝕環(huán)境中，金屬在反復(fù)或交替拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生開(kāi)裂稱(chēng)為腐蝕疲勞破裂。在恒定拉伸應(yīng)力作用下立即或經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后產(chǎn)生開(kāi)裂，稱(chēng)為應(yīng)力腐蝕破裂。4陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)一、陰極保護(hù)的定義

通過(guò)外加電流或在被保護(hù)體上連接一個(gè)電位更負(fù)的金屬或合金作為陽(yáng)極，從而使被保護(hù)體陰極極化，消除或減輕金屬的腐蝕叫做陰極保護(hù)。5陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)二、陰極保護(hù)原理

從電化學(xué)理論出發(fā)，陰極保護(hù)就是用外電流實(shí)現(xiàn)陰極極化，使局部電池的陰極區(qū)域達(dá)到其陽(yáng)極開(kāi)路電位，表面變成等電位腐蝕電流不再流動(dòng)。在工程條件下，任何一條管線(xiàn)表面都會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，在陽(yáng)極區(qū)電流由管道鋼表面流出，進(jìn)入周?chē)h(huán)境電解質(zhì)（土壤和水），管線(xiàn)在該區(qū)域?qū)?huì)發(fā)生腐蝕。在陰極區(qū)，電流由電解質(zhì)流到管道表面上，該區(qū)域的腐蝕速率將減小?；谝陨嫌^(guān)點(diǎn)，很明顯，若使得管線(xiàn)表面暴露的每一點(diǎn)都有電流流入，那么就可以減小腐蝕速率。準(zhǔn)確地說(shuō)，這就是陰極保護(hù)所要完成的任務(wù)，強(qiáng)制直流電流入管線(xiàn)的表面上，就可以使管線(xiàn)的電位向負(fù)方向偏移，導(dǎo)致金屬腐蝕速率減小。當(dāng)適當(dāng)調(diào)整電流的6陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)大小并使其超過(guò)由陽(yáng)極區(qū)釋放的腐蝕電流時(shí)，將會(huì)有凈電流流入管線(xiàn)表面的這些區(qū)域上，管線(xiàn)的整個(gè)表面將是陰極，腐蝕速率被減小。防腐工程師的主要工作就是決定將腐蝕速率減小到可以接受水平時(shí)所需的陰極保護(hù)電流的大小，為做出正確決策，需要開(kāi)展腐蝕檢測(cè)并參考權(quán)威的陰極保護(hù)準(zhǔn)則。當(dāng)然，若使電流強(qiáng)制性地流到管線(xiàn)以前流出電流的部位上，那么陰極保護(hù)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電壓就必須大于要克服的腐蝕電池的驅(qū)動(dòng)電壓。7陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)三、陰極保護(hù)的類(lèi)型

陰極保護(hù)可以通過(guò)犧牲陽(yáng)極(GalvanicAnodes)和外加電流（強(qiáng)制電流Impressedcurrent）兩中形式實(shí)現(xiàn)，原理一致，區(qū)別在于陽(yáng)極產(chǎn)物不同。8陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)1、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來(lái)保護(hù)其它金屬。

a－腐蝕電池；b－陰極保護(hù)；A－陽(yáng)極；Ｃ－陰極；Ｉ－電流；ＡＡ－輔助陽(yáng)極；Ｉ‘－保護(hù)電流；Ｉ＇＇－為零或如圖中方向所示。

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)原理圖輔助陽(yáng)極被保護(hù)管道9陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)保護(hù)方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)犧牲陽(yáng)極1、無(wú)需外部供電裝置2、對(duì)臨近金屬構(gòu)筑物干擾小或無(wú)干擾3、管理工作量小4、工程量小時(shí)，經(jīng)濟(jì)性較好5、保護(hù)電流均勻，且自動(dòng)調(diào)節(jié)，利用率高

1、高電阻率環(huán)境不經(jīng)濟(jì)2、覆蓋層差時(shí)不適3、輸出電流有限

10陰極保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)1.1犧牲陽(yáng)極的適用范圍

在一般情況下，犧牲陽(yáng)極提供的電流是有限的，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)一般都用在所需保護(hù)電流較小的聲合（通常小于1A）及土壤電阻率較低（通常小于1000歐·厘米）采用適量陰級(jí)就可以獲得所需保護(hù)電流的地方。同樣管道鋼材和犧牲陽(yáng)極金屬之間的驅(qū)動(dòng)電壓也是有限的，因此陽(yáng)極和土壤之間的接觸電阻必須很低以使陽(yáng)極輸出足夠的電流。這也就意味著犧牲陽(yáng)極通常用低電阻率土壤中。11陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極不鎂-1.75V鋅-1.10V鋁35-H-1.05V高精度鋼、碳鋼-0.50to-0.80V鑄鐵-0.50V不銹鋼430AISI(17%鉻)-0.57V不銹鋼304AISI(18%鉻,18%鎳)-0.53V同金屬的在土壤中的腐蝕電位。121.2

犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)

犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)主要由填包料和犧牲陽(yáng)極體組成。填包料用于降低系統(tǒng)的接地電阻以利于較大的輸出電流，陽(yáng)極體則提供原電池陽(yáng)極。目前應(yīng)用的犧牲陽(yáng)極材料一般有鎂及鎂合金（在電阻率較高的土壤和水中使用

）、鋅及鋅合金（用于低土壤電阻率土壤中和海洋中）、鋁及鋁合金（易鈍化廣泛用于污水、原油儲(chǔ)罐內(nèi)壁保護(hù)）三種。13陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)2、強(qiáng)制電流法

根據(jù)陰極保護(hù)的原理，用外部的直流電源作陰極保護(hù)的極化電源，將電源負(fù)極接通被保護(hù)物，在電流的作用下，使埋地管道（被保護(hù)構(gòu)筑物）發(fā)生陰極極化，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)。在陸上保護(hù)中，強(qiáng)制電流的保護(hù)方式較多。

-+輔助陽(yáng)極外加電源被保護(hù)管道14陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)原理圖15陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)陰極保護(hù)系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖16陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)

保護(hù)方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)強(qiáng)制電流1、輸出電流電壓連續(xù)可調(diào)2、保護(hù)范圍大3、可不受土壤電阻率限制4、工程量越大越經(jīng)濟(jì)5、保護(hù)裝置壽命長(zhǎng)

1、需要外部電源；2、對(duì)臨近金屬構(gòu)筑物易產(chǎn)生干擾3、需要管理和維護(hù)17陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)2.1

外加電流陰極保護(hù)方法適用范圍

外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從土壤中流向被保護(hù)金屬,使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周?chē)h(huán)境,。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長(zhǎng)輸埋地管道，大型罐群等。

18陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：

①電源（變壓/整流器Transfer/rectifier)；②惰性陽(yáng)極（一般為高硅鑄鐵、鉑鈦或貴金屬氧化物）和填埋料（通常為焦碳）；③連接電源、陽(yáng)極和管道之間的電纜。其中，陽(yáng)極壽命應(yīng)盡可能長(zhǎng)，數(shù)量合適并埋在土壤電阻率低的位置以降低陽(yáng)極接地電阻。陰極保護(hù)正常運(yùn)行還需要的其它必要設(shè)施，如：參比電極、測(cè)試樁、絕緣件和變送器等。2.2恒電位儀的接線(xiàn)視圖19陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)2.3外加電流陰極保護(hù)法的類(lèi)別

2.3.1按輔助陽(yáng)極材料分①高硅鑄鐵陽(yáng)極、②石墨陽(yáng)極、③磁性氧化鐵陽(yáng)極、④鋼鐵陽(yáng)極、⑤柔性陽(yáng)極、⑥鈦基混合金屬氧化物陽(yáng)極、⑦鉑復(fù)合陽(yáng)極等。其中，鈦基貴金屬氧化物陽(yáng)極由于有價(jià)格低廉（相對(duì)鉑復(fù)合陽(yáng)極），可通過(guò)調(diào)整成分配方適應(yīng)不同的使用環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)顯示出良好的應(yīng)用前景。尤其在土壤中使用時(shí)具有排流量大、重量輕、施工方便和可制成各種不同形狀的優(yōu)點(diǎn)。20陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)

2.3.2按強(qiáng)制電流陽(yáng)極地床的主要型式分

①淺埋式陽(yáng)極地床、②深井陽(yáng)極地床、③其他異型陽(yáng)極地床。各種陽(yáng)極地床也有不同的環(huán)境適應(yīng)特點(diǎn)，但總體的目的使以最小的電流消耗獲得最好的保護(hù)電流電位分布。淺埋陽(yáng)極地床示意圖21陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)深井陽(yáng)極地床示意圖陽(yáng)極體陽(yáng)極電纜排氣管焦碳回填22陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)四、陰極保護(hù)主要參數(shù)

1、自然電位

自然電位是金屬埋入土壤后，在無(wú)外部電流影響時(shí)的對(duì)地電位。自然電位隨著金屬結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、表面狀況和土質(zhì)狀況,含水量等因素不同而異,一般有涂層埋地管道的自然電位在-0.4～0.7V之間,在雨季土壤濕潤(rùn)時(shí)，自然電位會(huì)偏負(fù)，一般取平均值-0.55V。23陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)

2、最小保護(hù)電位

為使腐蝕過(guò)程停止，金屬經(jīng)陰極極化后，所必須達(dá)到的電位稱(chēng)為最小保護(hù)電位。顯然最小保護(hù)電位等于腐蝕原電池陽(yáng)極的起始電位。（與管材，土壤有關(guān)）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，鋼制管道在一般土壤中的最小保護(hù)電位是-0.85V左右（相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）。

3、最大保護(hù)電位管道通入陰極電流后，管道電位變負(fù)，當(dāng)其負(fù)電位提高到一定程度時(shí)，H+在陰極表面還原,使得管道表面會(huì)折出氫氣，減弱甚至破壞防腐層的粘結(jié)力。鋼制管道在一般土壤中的最大保護(hù)電位是-1.15V左右（相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）。

24陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)五、管道實(shí)施陰極保護(hù)的基本條件

（1）有可靠的直流電源以保證提供充足的保護(hù)電源；（2）管道必須處于有電解質(zhì)的環(huán)境中（土壤、河流、海水等）；（3）保持管道的縱向電連續(xù)性；（4）為提高管道系統(tǒng)陰極保護(hù)的有效性和保護(hù)效率，必須做好電絕緣；25陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)六、陰極保護(hù)的檢測(cè)裝置

1、測(cè)試樁

為檢查測(cè)定管道陰極保護(hù)參數(shù)而沿管線(xiàn)設(shè)置的永久性檢測(cè)裝置。它是在管道上每隔一定距離焊接測(cè)試導(dǎo)線(xiàn)并引出地面，同時(shí)置于保護(hù)鋼管內(nèi)，按其動(dòng)能可分為電位測(cè)試樁和電流測(cè)試樁。利用測(cè)試樁可以測(cè)出被保護(hù)管道相應(yīng)各點(diǎn)的管地電位，以及相應(yīng)管段流過(guò)的平均保護(hù)電流。電位測(cè)試樁每隔1-2km安裝一個(gè)，電流測(cè)試樁每隔5-8km安裝一個(gè)，同時(shí)根據(jù)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)需要，安裝在指定位置。26陰極保護(hù)的基礎(chǔ)知識(shí)2、檢查片（因其誤差大，且消耗了保護(hù)電流，一般不設(shè)此裝置）檢查片是校驗(yàn)用薄片系統(tǒng)，用以定量