阴极保护技术交流学习PPT课件.ppt

阴极保护技术探讨 2020 3 28 1 目录 基础知识篇阴极保护简介阴极保护的相关定义阴极保护的分类及组成阴极保护参数的测量结论 2020 3 28 2 基础知识篇 关于电极的一些基本规定1 按电极电位的高低分 电位高者为正极 电位低者为负极 并规定外电路中电流方向 正极 负极2 按电极反应分 发生氧化反应者为阳极 发生还原反应者为阴极 3 一般地 对原电池的电极称正极或负极 对电解池的电极称阳极或阴极 原电池中 正极 阴极 负极 阳极 电解池中 正极 阳极 负极 阴极 2020 3 28 3 基础知识篇 电化学腐蚀电化学腐蚀指金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏 特点 在腐蚀过程中有电流产生腐蚀过程可表示如下 氧化反应 Fe Fe2 2e还原反应 O2 2H2O 4e 4OH 2H2O 2e H2 2OH 2020 3 28 4 基础知识篇 2020 3 28 5 基础知识篇 腐蚀电池形成的充分必要条件 1 必须有阴极和阳极 2 阴极和阳极之间必须有电位差 3 阴极和阳极之间必须有金属的电流通道 4 阴极和阳极必须浸在同一电解质中 该电解质中有流动的自由离子 2020 3 28 6 基础知识篇 腐蚀控制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 在油气管道保护过程中应用最为广泛的控制金属腐蚀的方法为以下五类 1 选择耐腐蚀材料2 控制腐蚀环境3 选择有效的防腐层4 阴极保护5 添加缓蚀剂 2020 3 28 7 阴极保护简介 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位 称之为该金属的腐蚀电位 自然电位 腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易 腐蚀电位愈负愈容易失去电子 我们称失去电子的部位为阳极区 得到电子的部位为阴极区 阳极区由于失去电子 如 铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤 受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护 阴极保护的原理 1 是给金属补充大量的电子 使被保护金属整体处于电子过剩的状态 使金属表面各点达到同一负电位 金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液 2 通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低 2020 3 28 8 阴极保护的相关定义 1 自然电位自然电位是金属埋入土壤后 在无外部电流影响时的对地电位 自然电位随着金属结构的材质 表面状况和土质状况 含水量等因素不同而异 一般有涂层埋地管道的自然电位在 0 4V 0 7V CSE 之间 在雨季土壤湿润时 自然电位会偏负 一般取平均值 0 55V 德国标准DIN30676中自然电位的范围 2020 3 28 9 阴极保护的相关定义 2 保护电位 保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止时所需要的电位值 3 保护电流密度 保护电流密度系指被保护构筑物单位面积上所需的保护电流 4 最小保护电流密度 使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度 称作最小保护电流密度 其常用单位为mA m2表示 处于土壤中的裸露金属 最小保护电流密度一般取10mA m2 新建沥青管道最小保护电流密度为30 50 A m2 环氧粉末的管道一般为10 30 A m2 新建储罐罐底板最小保护电流密度为1 5mA m2 老罐为5 10mA m2 2020 3 28 10 阴极保护的相关定义 5 最大保护电位如前所述 保护电位不是愈低愈好 是有限度的 过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气 造成涂层与管道脱离 即阴极剥离 不仅使防腐层失效 而且电能大量消耗 还可导致金属材料产生氢脆进而发生氢脆断裂 所以必须将电位控制在比析氢电位稍高的电位值 此电位称为最大保护电位 超过最大保护电位时称为 过保护 6 最小保护电位为使腐蚀过程停止 金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值 称之为最小保护电位 最小保护电位也与金属的种类 腐蚀介质的组成 温度 浓度等有关 最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准 因此该电位值是监控阴极保护的重要参数 实验测定在土壤中的最小保护电位为 0 85V 相对饱和CSE 2020 3 28 11 阴极保护的相关定义 7 瞬时断电电位 在断掉被保护结构的外加电源或牺牲阳极0 2 0 5秒中之内读取得结构对地电位 由于此时没有外加电流从介质中流向被保护结构 所以 所测电位为结构的实际极化电位 不含IR降 介质中的电压降 由于在断开被保护结构阴极保护系统时 结构对地电位受电感影响 会有一个正向脉冲 所以 应选取0 2 0 5秒之内的电位读数 2020 3 28 12 阴极保护的分类 2020 3 28 13 阴极保护的分类及组成 牺牲阳极阴极保护两种金属相接触而产生的腐蚀电池 在这种腐蚀电池中一种金属比另一种金属活泼而发生腐蚀 在牺牲阳极的阴极保护技术中 就是有意识地运用这种作用建立足够强的异种金属腐蚀电池来抵消通常存在于管道表面的腐蚀电池 这是通过将一种十分活泼的金属与管道相连接来实现的 在一般情况下 牺牲阳极提供的电流是有限的 所以 牺牲阳极阴极保护一般都用在保护所需电流较小 低电阻率土壤中 100欧姆米 常用的牺牲阳极材料 镁 Mg 阳极 锌 Zn 阳极 铝 Al 阳极 2020 3 28 14 阴极保护的分类及组成 牺牲阳极阴极保护系统构成图 2020 3 28 15 阴极保护的分类及组成 外加电流阴极保护工艺 以四川石化为例 外加电流阴极保护系统主要由四部分组成 电源设备 辅助阳极 参比电极 测试桩 被保护物 储罐 防爆接线箱 电缆设施等 构成概貌如下图 2020 3 28 16 阴极保护的分类及组成 1 电源设备 恒电位仪 强制电流阴极保护系统要求电源设备能够不断地向被保护金属构筑物提供阴极保护电流 要求电源设备安全可靠 电源电压连续可调 能够适应当地的工作环境 通常电源部分采用一用一备的配置 控制单元设有远控通断 远传接口 目前川化储罐的阴极保护电源设备为PS 1型恒电位仪 国产 此恒电位仪不仅能够恒电位输出 还能恒电流输出 用户可以根据需要调节 此型号恒电位仪接线方式如下 2020 3 28 17 阴极保护的分类及组成 2020 3 28 18 阴极保护的分类及组成 2 辅助阳极辅助阳极是外加电流阴极保护系统中 将保护电流从电源引入土壤中的导电体 通过辅助阳极把保护电流送入土壤 经土壤流入被保护的管道 使管道表面进行阴极极化 防止电化学腐蚀 电流再由管道流入电源负极形成一个回路 储罐采用的辅助阳极分为深井阳极地床 浅埋阳极地床 混合金属氧化物网状阳极地床等 辅助阳极地床是阴极保护站重要的辅助设施 常用的阳极材料有 高硅铸铁 石墨 钢铁 贵金属氧化物 柔性阳极等 四川石化原油储罐为新建储罐 所用为混合金属氧化物网状阳极阴极保护 阳极布置如下 2020 3 28 19 阴极保护的分类及组成 2020 3 28 20 阴极保护的分类及组成 3 参比电极参比电极的作用有两个 一方面用于测量被保护结构物的电位 监测保护效果 另一方面 为自动控制的恒电位仪提供控制信号 以调节输出电流 使结构物总处于良好的保护状态 参比电极电位具有良好的稳定性 构造简单 通常有饱和硫酸铜参比电极 锌电极等 参比电极埋设的位置应尽量靠近管道 以减少土壤介质中的IR降影响 川化所使用的参比电极为长效硫酸铜和高纯锌参比电极联合使用 如下图所示 2020 3 28 21 阴极保护的分类及组成 2020 3 28 22 阴极保护的分类及组成 4 测试桩为了定期检测管道阴极保护参数 分类 电位测试桩 电流测试桩 绝缘测试桩 牺牲阳极测试桩 5 连接电缆功能是将上述各部分组件 按照技术要求连接成完整的保护系统电缆类型 阳极电缆 阴极电缆 参比电缆 零位接阴电缆 2020 3 28 23 阴极保护参数的测量 外加电流阴极保护参数测试1 保护电位测试测试方法 断电法 地表参比法 近参比法 远参比法 等测量方法 可参照相关国家标准及石化标准主要工具 万用表 参比电极 极化探头 连接电线 纱布 尖嘴钳 2 牺牲阳极输出电流的测量测试方法 标准电阻法 直测法 测量方法 将0 1欧姆的标准电阻串联在阳极输出线中 采用准确度0 02级的数字万用表测量电压降 除以电阻即可以得到输出电流 如图 2020 3 28 24 阴极保护参数的测量 2020 3 28 25 阴极保护参数的测量 3 绝缘法兰的绝缘性能和绝缘电阻测试4 土壤电阻率5 自然电位6 阳极接地电阻 2020 3 28 26 结论 极保护准则美国腐蚀工程师协会 NationalAssociationofCorrosionEngineers 简称NACE 在其标准NACERP0169 1996年版本 第6部分列出了三个用于埋地或水下钢质或铸铁管道阴极保护的基本标准 1 通电电位 850mV准则2 极化电位 850mV准则3 100mV极化值准则 2020 3 28 27 结论 1 通电电位 850mV准则在施加阴保的情况下负 阴极 电位至少达到负850mV 这个电位是相对于与电解质相接触的饱和铜 硫酸铜参比电极测量的 2 极化电位 850mV准则这个标准规定 相对饱和硫酸铜参比电极至少 850mV的负极化电位时 就获得了准确的保护 极化电位的定义是 结构和电解质界面上的电位 是腐蚀电位和阴极极化电位的总和 极化电位是在所有的电流源全部中断后直接测得的 通常指断或瞬间断电位 3 100mV极化值准则这个标准规定的是如果 管道表面和与电解质稳定接触的参比电极之间最小的阴极极化电位100mV 为满足这个标准可以测量到极化