阴极保护的原理

1、Contents阴极保护的原理1阴极保护原理及施工技术2牺牲阳极与强制电流的比较4阴极保护的原理阴极保护的原理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。有两种办法可以实现这一目的，即，牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于1

2、00欧姆.米）的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。2、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，使被保护金属结构电位低于周围环境。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

3、结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。阴极保护原理及施工技术一阴极保护原理_5azE(? 对被保护金属施加负电流，通过阴极极化使其电极电位负移至金属的平稳电位，从而抑阻金属腐蚀的保护方法称为阴极保护。N!*vX%C1KTW阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法。在阴极保护系统构成的电池中，氧化反应集中发生在阳极上，从而抑阻了作为阴极的被保护金属上的腐蚀。阴极保护是一种基于电化学腐蚀原理而发展的一种电化学保护技术。可从电极反应、极化曲线和极化图以及电位-pH图等诸方面理解阴极保护原理。ks$H/Zr 电极反应方面V y f w Y.NnVa! 任意两种金属/合金的组合，都可构成电化学电池；低电

4、位者为电池的阳极，主要发生氧化反应；高电位者为阴极，主要发生还原反应。由于阳极和阴极之间存在着电位差，外部电连接的阳极和阴极之间将有电流流过电池，从而加速了阳极的腐蚀，同时抑阻阴极的腐蚀，使阴极金属获得阴极保护。u&f(OR,W1l)EW极化曲线和极化图方面(fT: 根据混合电位理论，金属表面上局部阳极和局部阴极通过各自的极化而汇聚至一个共同的混合电位，即金属的自腐蚀电位Ecorr；此时局部阳极的氧化反应速度与局部阴极的还原反应速度相等，即等于金属的自腐蚀电流icorr，如图1所示。图中给出了铁在中性水溶液中的局部阳极的真实极化曲线（Ee,aFPSA）和局部阴极的真实极化曲线（Ee,c

5、SMBD），以及该体系的实验的阳极极化曲线（EcorrA）和阴极极化曲线（EcorrGOBB）。+D*N/R*q6b hC 阴极极化至任一电位时的外加负电流都等于此时极化后的局部阴极还原反应电流ic与局部阳极氧化反应电流ia之差。当阴极极化使金属电极电位负移至局部阳极反应的平稳电位Ee,a时，外加极化电流几乎就等于局部阴极电流，因为此时的局部阳极电流已可予以忽略不计，当然此时铁上腐蚀也就被完全抑阻了，即获得了完全阴极保护。6M:Y_%mj4!adZ!R图1 阴极保护原理的极化曲线说明:铁在中性水溶液中的实验极化曲线(实线)和真实极化曲线(虚线)以及镁的阳极极化曲线示意图!KD.V; K C电位

6、-pH图方面 aE*PQ0AC$_(电位-pH图是从热力学说明阴极保护的理论基础。图2是根据热力学计算获得的Fe-H2O系电位-pH图。可以看出，在pH=67的中性水中，铁呈活化腐蚀状态；通过外加负电流的阴极极化，可使铁的电极电位从腐蚀区进入免蚀区。对铁，这是一个热力学稳定区，金属腐蚀停止，即此时铁获得了阴极保护。L0q$p&h:ld-2'S$ hEl:D( s 图2 电位-pH图上的阴极保护范围(Fe-H2O系) qE1O:Q5K金属界面反应玘阴极保护的图解说明Y7E*wv9i.m+yn#M图3给出了铁在NaCl水溶液（或土壤）中于金属界面处发生的电化学腐蚀反应过程，以及阴极

7、保护系统通过镁阳极或外电源产生的外加负电流对这些反应过程的作用影响，说明了各种反应质点和反应产物的存在和传递。由于阴极保护系统通过牺牲阳极或外电源，能对金属提供足够量的电子（施加所需的负电流），使金属界面呈负电性和达到足够负的电极电位，从而抑阻氧化反应（FeFe2+2e）；此时还原反应所需电子完全从牺牲阳极或外电源获得。由此实现了阴极保护，停止了金属的腐蚀过程。4X*u7Qj.r#e jJ9(d6t4D 图3 铁在NaCI水溶液中于金属界面处的电化学腐蚀反应过程及阴极保护作用的图解说明!Z)vmI)fo;m o:Pw$ J8",ijX二阴极保护技术牺牲阳极法阴极保护：%N+xa9b

8、UI在土壤等电解质环境中，牺牲阳极因其电极电位比被保护体的更负，当与被保护体电连接后将优先腐蚀溶解，释放出的电子在被保护体表面发生阴极还原反应，抑阻了被保护体的阳极溶解过程，从而对被保护体提供了有效的阴极保护。牺牲阳极保护法的主要特点是：适用范围广，尤其是中短距离和复杂的管网；阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小；随管道安装一起施工时，工程量较小；运行期间，维护工作简单。阳极输出电流不能调节，可控性较小。外加电流法阴极保护：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，为其表面上进行的还原反应提供电子，从而抑阻被保护体自身的腐蚀过程。"两种方法的保护原理相同，只是提供阴

9、极电流的方式不同，且由此衍生出的设备装置和技术要求都有很大不同。zo a:Q.KZP a? 强制电流保护法的主要特点是： !X,n6A!X K(A 适用于长输管线和区域性管网的保护 &Fb(p$输出电流大，一次性投资相对较小 H&R9I3mHj 安装工程量较小，可对旧管道补加阴极保护 R#?XN.I'%u运行期间需要专业人员维护 $f%|Rw 容易实现远程自动化监控"Uu V J I'e8l ;_ 外加电流法阴极保护的方式：b N y $b.r-( 浅埋阳极地床技术,R' G&pws 浅埋阳极地床是指一支或多支阳极垂直（或水平）安装于地

10、下1米或更深的土壤中，以提供阴极保护的阳极地床。优点是保护范围大、经济、保护装置寿命长。但受地形限制较大，存在阳极地床气阻随时间增大，电阻率增大的问题，它会造成地电位正移、电位梯度增大，导致对周围其它构筑物的杂散电流干扰不断严重。 BQw-L3Oq 深井阳极地床技术XF8J #k4 深井阳极地床是指一支或多支阳极垂直安装于地下15m或更深的井孔中，以提供阴极保护的阳极地床。与常用的浅埋阳极地床相比具有使用时不受地形限制、干扰小、接地电阻小、能提供比浅埋阳极更均匀的保护电流、保护效果好等优点。深井阳极地床应在地下金属构筑物密集、无法设置浅埋阳极、且如果使用普通的浅埋阳极会对邻近的金属构筑物产生干

11、扰，或者地表的土壤电阻率高的场合使用。9SFn?Ce分布式阳极地床技术:WXq Kf 分布式阳极地床是指阳极沿被保护管道近距离线性敷设，以提供阴极保护的阳极地床。主要优点是保护电位沿管道均匀分布，可以避免长距离管道保护中过保护和保护不足同时存在的问题，对其他金属构筑物干扰影响最小，即使管道防腐层破损严重，也能保证电流的均匀分布，实现阴极保护，适用于不同土壤电阻率的土壤环境。牺牲阳极与强制电流的比较 -_uEC+ m co 强制电流法    ;Qf hO DL 优点1、输出电流连续可调，可满足较大的保护电流密度要求   2、不受环境电阻率限制/l5_:x:

12、?:eG   3、工程越大越经济8T6Xu9N Y2F;M  4、对管道防腐覆盖层质量要求相对较低;:A YtU"V  5、保护装置寿命长    ,V*j7bxN5?|缺点1、需要可靠外部电源。0Rv&u,h,qw   2、对临近金属构筑物干扰大，特别是铺助阳极附近。$g+j5cm GU:T   3、需设阴极保护站，日常进行维护管理。KvR'i-U4N   4、在需要较小电流时，无法减少最低限度的装置费用YFA H+N(gPH牺牲阳极法    Fb%r"T'Y9优点1、不需要外部电源。5rFh ;mE q  2、对临近金属构筑物干扰小。;N"cOJj.Q  3、管理维护工作量小i$hYU03i3t  4、工程费用与保护长度成正比U6mqz3jSb ?   5、保护电流分布均匀，利用率高。