（材料科学与工程专业论文）脉冲电流阴极保护机理研究.pdf

华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 ( i a ) 、占空比 ( p ) 对电位响应的影响规律。结果显示各实验介质中只要方波电流的参 数选择恰当，电极就可以 在方波脉冲电流的作用 卜 得到有效的阴极保护。方波电流 的 频率 ( f) i 幅值 ( i a ) 、占 空比 ( p ) 增 加均可 使电 极表而的 稳定 姆化 幅度 增加， 极 化电 位负移。各参数的变化对极化幅度和极化电位的影响规律不同，但只要极化电位接 近或负t - i .o o v ( a s . s c e ) ，各参数的变化对极化幅度和极化电位的影响都大大减小。 采用小.与 空比，通过调节i ; 和f 来调节 极化程度是较好的方 法。卜 述规律对于现场 实 际 应 用 中 电 流 参 数 的 选 择 与 调 招 ， 具 有 重 要 的 指 导 意 义 、 首次明确提出方波脉冲电流阴极保护的机理，本质上在于阴极界面双电层电容 在方波电流作用下 的能量累积。山于这种能量累积。 方而增加了外加电流中用一j 几 法拉第过程的电流的比例，另力而其放电时产生的放电电流又维持了法拉第电流 的持续性，从而在阴极表面产生了 连续的法拉第电流。根据 3 % n a c l . 0 .0 6 % n a c l ， ， ， 不同极化电位下的e i s 结果， 少 卜 结合稳定电位响应波形的特征， 首次提出在- 0 . 7 7 v 到析氢产生之前的电位范围内，可将方波脉冲电流作用达到稳定状态时的电极系 统.近似的等效为 r - c并联电路:首次提出方波电流极化达到稳定状态时，可采用 直流极化时的动力学规律作为此时电极表面的动力学规律。从而在理论土弄清了方 波脉冲电流阴极保护的基木原理，为其它波形脉冲电流的阴极保护机j im 研究和榷个 系统的数学模型的建立奠定了理论基础，具有较高的理论价值。 高硅铸铁阳极以其良 好的性能和低廉的价格，在直流阴极保护中得到了 厂泛的 应用。木文首次在1 m n a c l 和。 . 5 m n a 2 s 氏中，对比 研究了直流v方波脉冲电流作 川下 ，高硅铸铁阳极的电化学性能，为现场应用中辅助阳极的选择提供了科学的依 据。结果表明，该阳极可用于方波脉冲电流阴极保护中，其性能与用于直流系统时 相比不会有本质上的差异，而且相同 条件下与直流 ( i = a ) 作用时相比消耗率减小。 在3 . 5 x 2 .0 x 3 . 0 米的水池中，建立了 模拟油井套管阴极保护系统， 研究了 直流 和方波脉冲电流阴极保护的效果和特征。在直流阴极保护中，管表面的电位分布极 不 均匀， 并 存 在临界阴 阳 极距 离( d 除 ) ， 只 有在实 际 阴阳 极距 离大 于 等于d , 时， 才有可能实现管的全线有效保护。在方波脉冲电流阴极保护中，小体系中的各种规 律得到了进一步验证，证明小体系得出的规律可以直接应用于实际体系中。方波电 流作用下，管表面的电 位分布远比直流作用时均匀，管的保护深度明显延长，可以 通过调整脉冲电流的参数来延长保护深度。这就进一步验证了国外已报导的少量现 场 应 用 中 显 示 的 脉 冲 电 流 阴 极 保 护 的 优 越 性 ， 为 其 提 供 了 更 充 足 的 实 r it w 今 - ) 关 健 词 : 脉 冲 电 流阴 极 保 护方 波机 理 研 究 i -一 一一一一一月 . . . . - - ， . 一， ， . . . 户 . . ，一 一! - ， 一一一一一一，一一，-.-，.，”味 .7= 7 一一 一 了 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 me c h a n i s m o f t h e p u l s e d cu r r e n t ca t h o d i c p r o t e c t i o n ab s t r a c t t h e p u l s e d c u r r e n t c a t h o d i c p r o t e c t i o n ( p c c p ) i s a n e w k i n d o f c a t h o d ic p r o t e c t i o n ( c p ) t e c h n o lo g y , a n d h a s g r e a t p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n v a l u e a n d m a r k e t p e r s p e c t iv e . n o w t h e r e a re o n l y f e w o f a p p l i c a t i o n re p o r t s a b o u t t h e s k i l l i n t h e w e s t c o u n t r i e s a n d t h e s y s t e m a t i c a l s t u d y o n t h e m e c h a n i s m o f t h e p c c p i s s t i l l l a c k i n g . i n o u r c o u n t r y t h e r e i s n o r e p o rt s a b o u t t h e r e s e a r c h e s a n d a p p l i c a t i o n s o f t h e p c c p u n t i l n o w . i n o r d e r t o m a k e c le a r t h e m e c h a n i s m o f t h e p c c p a n d p r o v i d e th e s c i e n t i f ic t h e o ry a n d t e c h n i c a l s u p p o rt f o r t h e a p p li c a t i o n o f t h i s t e c h n o l o g y , f o r t h e f i r s t t i m e t h e m e c h a n is m o f t h e p c c p w a s s t u d i e d i n d e t a i l b y u s i n g t h e s q u a r e w a v e p u l s e d c u r r e n t ( s wp c ) a n d q 2 3 5 s t e e l . t h e m a i n r e s e a r c h w o r k s i n c l u d e t h e s t u d y o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p o t e n t i a l w a v e f o r m s a n d p r i n c i p l e s o f t h e c a t h o d i c p o t e n t i a l r e s p o n s e , e q u i v a l e n t m o d e l o f t h e e l e c t r o d e s y s t e m , a n d k i n e t i c s o f t h e c a t h o d i c p r o c e s s ; t h e s t u d y o n t h e e l e c t r o c h e m ic a l p e r f o r m a n c e o f t h e h i g h s i l i c o n c h r o m i u m ir o n ( h s c i ) a u x i l i a ry a n o d e ; a n d t h e v e r i f i c a t i o n o f t h e o b ta i n e d s e r i a l s p r i n c i p l e s a n d r e p o rt e d a d v a n t a g e s o f p c c p i n a s i m u la t e d c a s i n g c p s y s t e m . t h e s e r e s e a r c h e s h a v e i m p o rt a n t t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e s . a c c o r d i n g t o t h e c o n d u c t i v i t y r a n g e o f t h e f a m i l i a r m e d i a s u c h a s s e a w a t e r , s o i l a n d g r o u n d w a t e r , 3 % n a c l , 0 .0 6 % n a c l a n d n a t u r a l w a t e r w e r e s e l e c t e d a s t h e s t u d i e d m e d i a , a n d t h e e f f e c t i v e c p p o t e n t i a l r a n g e ( - 0 . 7 7 0 v - - 1 .0 3 0 v , v s . s c e ) , w h i c h i s t h e s t a n d a r d t o j u d g e t h e e ff e c t o f t h e c p i n t h i s s t u d y , w a s d e t e r m i n e d i n t h e s e s o l u t i o n s b y t h e s t a b l e 二 s t a t e p o l a r iz a ti o n c u r v e s . t h e b a s i c f e a t u r e s o f t h e p o t e n t i a l r e s p o n s e w a v e f o r m s t o d i ff e r e n t s wp c s i n a r - c 一s i m u l a t e d s y s t e m w e r e s t u d i e d . t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p o t e n t i a l w a v e f o r m s a r e t h e e x p o n e n t i a l f u n c t i o n o f t im e ( t ) . t h e p o t e n t i a l c a u s e d b y t h e s o l u t i o n r e s i s t a n c e r ,. ( ae r , ) , t h e t r u e a m p l i t u d e ( a p ) a n d t h e l o w e s t p o t e n t i a l o f t h e w a v e f o r m ( d ) t o g e t h e r d e t e r m i n e t h e p o t e n t i a l r a n g e o f t h e m e a s u r e d w a v e f o r m , b u t t h e p o t e n t i a l r a n g e o f t h e w a v e f o r m i n p u r e r - c p a r a l l e l c ir c u i t i s o n l y d e t e r m i n e d b y a p a n d d v a l u e s . b a s e d o n t h e e l e c t r ic c i r c u i t s t h e o r y , t h e f o r m u l a s o f t h e p o t e n t i a l w a v e f o r m s a n d i t s c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r s ( a , a n d d ) o f a p u r e r - c p a r a l l e l c i r c u i t i n t h e s t u d i e d s y s t e m w e r e d e d u c e d , a n d t h e i i i 一一一一一 .一洲 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 e ff e c t s o f t h e s wp c p a r a m e t e r s ( a m p l i t u d e i a , d u t y c y c l e p , f r e q u e n c y f o r c y c l e t ) a n d t h e c i r c u i t p a r a m e t e r s ( r e s i s t o r r a n d c a p a c i t o r c ) o n a p a n d d , t h e c o n d i t io n s t o c r e a t e d v a l u e , a n d t h e t i m e t o r e a c h t h e s t a b l e s t a te w e r e p r o v e d t h e o r e t i c a l l y . t h e s e r e s u lt s w i l l p r o v i d e b a s i c t h e o r e t i c a l i n s t r u c t i o n f o r t h e s t u d y i n p r a c t i c a l s y s t e m t h e f e a t u r e s o f t h e p o t e n t i a l r e s p o n s e w a v e f o r m s t o d i ff e r e n t s wp c s i n t h e s m a l l s y s te m w e r e s t u d i e d . t h e r e s u lt s s h o w t h a t t h e p o te n t ia l w a v e f o r m s h a v e a m o v i n g f e a tu r e , . w h i c h w i l l m o v e t o m o r e n e g a t i v e p o t e n t i a l r a n g e , a n d w i l l b e s t a b l e i n a p e r i o d o f t im e . t h e s t a b l e w a v e f o r m s h a v e t h e b a s i c f e a t u r e s o f t h o s e i n t h e r - c s i m u la t e d c i r c u i t . a , o f t h e w a v e f o r m s a l l a r e v e ry s m a l l , o n l y s e v e r a l m i l l i v o l t , a n d ae r l i n t h e s o l u t i o n s w i t h lo w e r c o n d u c t i v i t y i s m u c h l a r g e r t h a n人， t h u s t h e t r u e p o t e n t i a l w a v e f o r m s w i l l b e c o v e r e d u p . i n t h e s e c a s e s , t h e e ff e c t s o f r , m u s t b e c o m p e n s a t e d t o o b t a i n t h e t r u e p o t e n t i a l w a v e f o r m s . a c c o r d i n g t o t h e s e r e s u l t s , f o r t h e f i r s t t i m e i t i s p o i n t e d o u t t h a t o n l y d v a lu e s c a n b e u s e d a s t h e p o l a r i z e d p o t e n t ia l o f t h e e l e c t r o d e a n d t h is w i l l n o t c r e a t e l a r g e e r r o r b e c a u s e o f t h e s m a l l a , v a l u e s . t h i s c o n c l u s i o n p r o v i d e s t h e s c i e n t i f i c s u p p o rt f o r t h e s im p l i f i c a t i o n o f t h e p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s i n t h e s t u d y a n d t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s o f t h e p c c p a n d h a s g r e a t p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e . t h r o u g h t h e s t u d y o n t h e p o t e n t i a l r e s p o n s e p r i n c i p le s t o d i ff e r e n t s wp c s i n t h e s m a l l s y s t e m , t h e e ff e c t s o f t h e p a r a m e t e r s o f t h e s wp c ( i a , p , f o r t ) o n t h e p o t e n t i a l r e s p o n s e a r e p o i n t e d o u t f o r t h e f i r s t t i m e . t h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e l e c t r o d e c a n b e p r o t e c t e d e ff e c t i v e l y b y t h e s wp c w i t h s u i t a b l e p a r a m e t e r s . wi t h t h e i n c r e a s e o f i a , p o r f t h e s t a b l e p o l a r i z e d p o t e n t i a l r a n g e ( ae ) o f t h e e l e c t r o d e w i l l i n c r e a s e a n d t h e p o l a r iz e d p o t e n t i a l o f t h e e l e c t r o d e ( e ) w i l l c h a n g e t o m o r e n e g a t i v e v a l u e . t h e e ff e c t o f t h e e v e ry p a r a m e t e r s o n ae a n d e i s d i ff e r e n t , b u t o n c e t h e e v a l u e r e a c h e s o r i s m o r e n e g a t i v e t h a n - l 0 0 v ( v s . s c e ) , t h e e ff e c t s o f t h e s e p a r a m e t e r s o n ae a n d e c h a n g e t o v e r y s m a l l . i t i s r e c o m m e n d e d t o a d j u s t t h e p o l a r i z e d c o n t e n t o f t h e e l e c t r o d e b y c h a n g in g 1 , a n d f a t a s m a l l p v a lu e . t h e s e c o n c l u s i o n s w i l l p r o v i d e i m p o rt a n t i n s t r u c t i o n s f o r t h e s e l e c t i o n a n d a d j u s t m e n t o f t h e s wp c p a r a m e t e r s i n t h e a p p l i c a t i o n o f t h e p c c p i n f ie l d t h e m e c h a n i s m o f t h e p c c p b y t h e s wp c i s p o in t e d o u t c le a r ly f o r t h e f i r s t t i m e , w h i c h l i e s o n t h e e n e r g y a c c u m u l a t io n o f t h e d o u b l e l a y e r c a p a c i t o r o n t h e e l e c t r o d e / s o l u t i o n i n t e r f a c e . b e c a u s e o f t h i s e n e r g y a c c u m u l a t i o n th e r a t i o o f t h e f a r a d a y c u r r e n t ( i f ) t o i a i n c r e a s e s a n d t h e i f c a n b e m a i n t a i n e d b y t h e d i s c h a r g e c u r re n t d u r i n g t h e o f f - t i m e i n a c y c l e , t h u s t h e c o n t i n u o u s i f o c c u r s . b a s e d o n t h e re s u l t s o f t h e e l e c t ro c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e c t r o s c o p y ( e i s ) a t d i ff e r e n t p o l a r i z e d p o t e n t i a l i n t h e s m a l l i v 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 s y s t e m w i t h 3 % n a c l a n d 0 .0 6 % n a c l s o l u t i o n a n d t h e f e a t u r e s o f t h e s ta b l e p o t e n t i a l w a v e f o r m s , f o r t h e f i r s t t i m e i t i s p o i n t e d o u t t h a t b e t w e e n - 0 .7 7 0 v a n d t h e p o t e n t i a l b e f o r e h z e v o l u t i o n t h e s t a b l e e l e c t r o d e s y s t e m u n d e r s wp c c a n b e e q u i v a l e n t s i m i l a r l y t o t h e r - c p a r a l l e l c i r c u i t , a n d wh e n t h e e l e c tr o d e s y s t e m i s a t t h e s t a b l e s t a t e u n d e r s wp c t h e k i n e t i c s o f t h e d c c o n d i t i o n c a n b e u s e d . t h e s e c o n c l u s i o n s l a y a f o u n d a t i o n f o r t h e s t u d y o n t h e m e c h a n i s m o f p c c p b y o t h e r p u l s e d c u r r e n t s a n d f o r t h e e s t a b l i s h m e n t o f t h e m a t h e m a t i c m o d e l o f t h e w h o l e s y s t e m t h e h i g h s i l i c o n c h r o m i u m i r o n ( h s c i ) a u x i l i a r y a n o d e i s a p p l i e d w i d e l y i n d i r e c t c u r r e n t ( d c ) c p s y s t e m f o r i t s g o o d p e r f o r m a n c e a n d l o w e r p r ic e . f o r t h e f i r s t t i m e t h e e l e c t r o c h e m i c a l p e r f o r m a n c e o f t h e h s c i a n o d e w e r e c o m p a r a t i v e l y s t u d i e d u n d e r d c a n d s wp c i n 1 m n a c l a n d 0 . 5 m n a 2 s q. t h e r e s u l t s i n d ic a t e t h a t t h e h s c i a n o d e c a n b e u s e d i n p c c p a n d t h e r e i s n o e s s e n t i a l d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e i r p e r f o r m a n c e s . u n d e r t h e s a m e c o n d it i o n , t h e c o n s u m p t i o n r a t e o f t h e h s c i a n o d e u n d e r s wp c w i l l h e s m a l l e r t h a n t h a t u n d e r d c ( i = i n ) . i n a 3 .5 x 2 . 0 x 3 . 0 m w a t e r p o o l a s i m u l a t e d c a s i n g c p s y s t e m w a s s e t u p , a n d t h e c p e f f e c t s a n d c h a r a c t e r i s t i c s u n d e r d c a n d s wp c w e r e s t u d i e d in t h e s i m u l a t e d s y s te m . i n d c c a t h o d i c p r o t e c t io n ( d c c p ) s y s t e m , t h e p o t e n t i a l d i s t r i b u t i o n s o n t h e c a t h o d e t u b e a r e v e r y n o n - u n i f o r m , a n d t h e r e i s a c r i t i c a l d i s t a n c e ( d . ) b e t w e e n t h e c a t h o d e a n d a n o d e . o n ly w h e n t h e d i s t a n c e b e t w e e n t h e c a t h o d e a n d a n o d e i s e q u a l o r l a r g e r t h a n d , a l l t h e c a t h o d e t u b e c a n b e e f f e c t i v e l y p r o t e c t e d . i n t h e p c c p s y s t e m , t h e p r i n c i p l e s o b t a i n e d i n t h e s m a l l s y s t e m a r e f u r th e r v e r i f i e d . u n d e r s wp c s t h e e ff e c t i v e p r o t e c t e d l e n g t h o f t h e c a t h o d e t u b e b e c o m e s m u c h l o n g e r a n d t h e p o t e n t ia l d i s t r i b u t i o n s a r e m u c h m o r e u n i f o r m . t h e e f f e c t iv e p r o t e c t e d d e p t h o f t h e c a t h o d e t u b e c a n b e p r o l o n g e d b y t h e a d j u s t m e n t o f t h e s wp c p a r a m e t e r s . t h e s e r e s u l t s f u rt h e r v e r i f i e d t h e a d v a n t a g e s o f t h e p c c p r e p o rt e d f r o m t h e f e w a p p l i c a t io n s i n f i e l d a n d p r o v i d e m o r e l a b o r a t o ry e v i d e n c e f o r t h e s e a d v a n t a g e s . k e y w o r d s : p u l s e d c u r r e n t c a t h o d i c p r o t e c t i o n s q u a r e w a v e me c h a n i s m s t u d y v 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 第一章绪论 1 . 1 前言 腐蚀是材料在各种环境作用下发生的破坏和变质。根据工业发达国家的统计， 每年因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的 2 / u -4 %，据此估计，我国每年因 腐蚀造成的经济损失至少也有2 0 0 0亿元i i i 。除此之外。腐蚀造成的资源、能源的浪 费和环境的污染，以及腐蚀对新技术发展的阻碍等，带来的损失则是无法估计的。 因此，做好防腐工作已不仅仅是技术上的问题，而是关系到资源、能源、环保的重 大战略问题。 阴极保护技术是国际上公认的防腐技术，自1 8 2 4 年英国 化学家d a v y 发明该技 术以来，己有一百多年的历史12 1 。其应用领域涉及到地 卜 、 、水介质及化工介质中的 管道、容器、港口码头、船舶、石油钻井平台、电缆余属护套、混凝土构筑物及化 工 设 各 等 诸多 方 面。 尤 其在 埋 地管 道、 港口 码头 和 船舶方 面， 防1a 效 果 之 显著 在诸 多技术中首屈一指，无可替代。目前，在西方发达国家阴极保护技术己应用得相当 广泛， 这些国家制定了一系列的标准和规范，使阴极保护技术的应用日渐法规化。 我国对阴极保护技术的研究和开发应用起步于1 9 5 8 年， 在近2 0 年有了较大的进步， 但总的技术水平和应用情况都远远落后于 西方发达国家 哥 勺 虽然阴极保护技术已是一 种相对比较成熟的技术，们是由于 其优良的保护效果 和综合经济效益3 i ，至今人们仍然致力于该技术的研究和改善，新材料、新技术不 断被引入。然而，阴极保护技术有一些固有的缺陷至今仍无法克服。 脉冲电流阴极保护技术就是为了克服传统直流阴极保护技术的一些固有的缺 陷，而产生的一种新技术。目前，国外也只有少量采用该技术的报导，还缺乏对该 技术保护机理的系统、深入的研究，国内还没有这方面的研究和应用报导。但从所 报导的现场应用效果和综合经济效益来看，脉冲电流阴极保护确有传统直流阴极保 护无法比拟的优越性，该技术具有十分广阔的潜在应用前景。因此，开展脉冲电流 阴极保护机理研究，不仅有助于让人们从原理上承认和接受该技术，而且可以为该 技术的现场实际应用提供理论依据和技术参考，对于该技术的推) 应用具有 ! 分重 要的意义。同时，也将为我国将来实际应用该技术打 基础。 脉冲电流阴极保护技术的发展成熟并广泛应用，将使传统阴极保护技术产生革 命性的变化，并产生巨大的经济效益。 _一沪翻目与 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 1 .2 阴 极保护技术简介 阴极保护 ( c a t h o d i c p r o t e c t i o n , c p ) 是一种电 化学保护技术， 包括外加电流( 或 强制电流) 阴极保护( i m p r e s s e d c u r r e n t c p , i c c p ) 和牺牲阳极阴极保护( s a c r i f i c i a l a n o d e c p ) 。二种方法的基本原理是一样的，一般前者用在电 流需求较大的场合， 后者则用在电流需求较小的场合，二种方法各有特点。有时在一个体系中同时采用 这两种方法，取二者之长来获得最佳的保护效果。 本论文只涉及外加电流阴极保护，因此，在木论文中除特别说明外均只相对于 外加电流阴极保护而言。 1 . 2 . 1 系统的 墓本组成 阴极保护系统主要由四部分构成:被保护体 阴极) 、辅助阳极、外加电源与 连接电缆、导电介质。这四个部分中任何一个部分的行为都将影响到整个系统的保 护效果。图1 - 1 就是一个简单的阴极保护系统示意图。 ( i n s u l a t e d c a b l e ) ( c a t h o d e ) 管 道 ( p i p e li n e ) ( a u x i l i a ry a n o d e ) 圈l - 1埋地钥管线阴极保护系统示意图 f i g . l - 1 s c h e m a t ic c i r c u it f o r im p re s s e d c u r r e n t c a t h o d ic p ro te c t i o n s y s t e m o f a s t e e l p i p e l i n e b u r ie d i n s o i l . 图 1 - i中，管道是需要保护的对象，即被保护体，作阴极。辅助阳极通常为微 溶性的导电体，一般为棒状，起发送电流的作用。常用材料有高硅铸铁、石墨、余 属氧化物等。外加电源通常为直流整流器或恒电 位仪，为系统提供直流电流。导电 介 质实际上就是被保护休和辅助阳极所处的介质环境， 如土壤。 只有在导电介质中二 阴、阳极间才能形成电流回路，阴极保护才能使用。由一于 这种电流回路的形成，大 2 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 r电子从外加电源的负极流入被保护体，并在被保护体金属表面产生大量的电子富 集，从而使金属原子不太容易失去电子 而成为离了 即被氧化) ，这样金属的损失 腐蚀就被抑制了。 1 .2 .2 系统中的 墓本过程 阴极保护系统中有三个基本过程:阴极过程，阳极过程和介质中的电流流动。 三个过程同时进行，缺一不可，任何一个过程受到抑制都将降低整个系统的效率。 a . 阴极过程 阴极过程在阴极 ( 被保护体)表面上发生，由于阴极过程的进行，电流刁 能 由 介质流入阴极。中 性介质中 通常发生的阴极过程为o z 去极化过程: 2 h 夕+ 0 2 + 4 e 一 一 一 一 1 4 0 h - ( 1 - 1 ) 当阴极表面电位负移到一定程度时，将发生析氢反应: 2 h 2 0 + 2 e一 一 粉h 2 1 + 2 0 h - ( i - 2 ) b . 阳极过程 辅助阳极表面发生的阳极过程，使电流山阳极表面流入介质。阳极反应随材料 和介质条件的不同而不同.对于消耗性金属阳极，如 f e等，阳极过程主要为金属 溶解反应: m一 ze一- - 1, m z . ( 1 - 3 ) 对于微溶性、不溶性金属阳极，金属氧化物阳极以及非金属阳极，电极表面的 阳极反 应主要为析o z 或析c 1 : 反 应: 2 h 2 0 一 4 e - o z + 4 h ，( i -4 ) 2 c 1 一 2 e 一 卜 c 1 2 1( 1 - 5 ) c i2 + h 2 0 一一 一 * h o c i + h c i ( 1 - 6 ) 当 介质中 的c l 一 浓度大于2 0 0 p p m时 14 1析c i : 反 应首先发生， 并 成为主 要反 应。 c . 介质中的电 流流动 阴、阳极间的介质中，带电离子的定向移动起到了传导电流的作用， 从而使整 个系统中的电流流动得以形成。介质电导率将直接影响阴极保护电流的分布和整个 系统的能量消耗。 1 .2 .3 保护效果的电 位判定 准则 阴极保护中，通常根据被保护体表面各点的电位是否达到保护电位，来判断其 是否得到了有效保护。保护电位有一个范围。其中最正的值为最小保护电位，最负 的值为最大保护电位。阴极表面电位处于这个电位范围内时，即达到了有效保护。 正于 最小保护电位时为 “ 欠保护” ，负于最大保护电位时为 “ 过保护” 。一般最大保 3 华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文 护电位即为析氢电位，因为h : 的析出可能会导致 h向 金属内 部扩散，从而产生氢 脆或氢致开裂;或使余属表面的覆盖层破裂;或使介质碱化造成某些金属的碱腐蚀。 因此，必须将阴极电位控制在析氢电位以下。 显然， 对于不同的材料， 不同的介质环境保护电位是不同的。 美国n a c e r p 0 1 6 9 - 9 6 ( 1 9 9 6 年新版标准)对钢铁构筑物的保护电位准则作出以下规定队 施加阴极保护时的负 ( 阴极的)电位至少为 8 5 0 m v 。这一电位是相对于接触 电解质的铜/ 饱和硫酸铜参比电极测量的。必须考虑消除电解质中 i r降的误差，并 对这一电位测量的有效性作出解释。 相对于铜/ 饱和硫酸铜参比电极的负极化电位至少为8 5 0 m v . 在构筑物表面与接触电解质的稳定的参比电极之间的阴极极化值至少为 1 0 0 m v 。 可以 在极化的形成或衰减过程中测量，以 满足这一判据。 中国石油行业标准s y j 4 0 0 6 - 9 0 ，对钢铁构筑物的保护电位准则有以卜 规定6 在通电 情况下， 测得 管 道保 护电 位为 一 8 5 0 m v( 相 对c u / 饱 和c u s o , ) 或更负 ， 测量采用地表法和近参比法，并应注意土壤介质中电流流动造成的i r降影响。 管道表面与同土壤接触的参比电极之间测得阴极极化电位差不得小于 l 0 0 m v 。这个准则可以 用于极化的建立过程中或衰减过程中。 当土壤和水中含有硫酸徐还原菌，且硫酸根含量大于0 . 5