阴极保护课件

阴极保护课件制作人：吉登科时间：2011年6月地点：平定分输站1

我国管道阴极保护技术的发展

1823年，英国学者汉·戴维先生接受了英国海军军部对木制舰船铜护套的腐蚀研究，1824年他首次报告了铁或锌与铜相连，铜本身被保护的研究成果。

1958年我国开始实验性小规模的应用阴极保护技术。六十年代初阴极保护技术先后在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用。七十年代以来，我国铺设的长输油气管道，已普遍采用了阴极保护，为油气管道的安全运行提供了保障。2腐蚀的原理1、腐蚀的概念

定义：腐蚀是金属和周围环境起化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。化学腐蚀的氧化－还原反应多发生在同一位置，电化学的氧化－还原反应发生在不同的位置（阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应）。电化学腐蚀的前提是形成腐蚀电池，两个浸在电解质中的导体组合称为原电池，其中的导体称为电极。参与反应的电池主要有以下几种类型：异种电极电池；浓差电池；温差电池。实际的腐蚀过程可能是这三种电池的混合形式。3阴极保护的基础知识2、腐蚀类型：均匀腐蚀（例如金属失泽）；点蚀：某一部分（面积较小）腐蚀速率大于另一部分（面积较大）；晶间腐蚀：发生在晶界上的局部腐蚀；破裂：在腐蚀环境中，金属在反复或交替拉伸应力作用下发生开裂称为腐蚀疲劳破裂。在恒定拉伸应力作用下立即或经过一定时间后产生开裂，称为应力腐蚀破裂。4阴极保护的基础知识一、阴极保护的定义

通过外加电流或在被保护体上连接一个电位更负的金属或合金作为阳极，从而使被保护体阴极极化，消除或减轻金属的腐蚀叫做阴极保护。5阴极保护的基础知识二、阴极保护原理

从电化学理论出发，阴极保护就是用外电流实现阴极极化，使局部电池的阴极区域达到其阳极开路电位，表面变成等电位腐蚀电流不再流动。在工程条件下，任何一条管线表面都会出现阳极区和阴极区，在阳极区电流由管道钢表面流出，进入周围环境电解质（土壤和水），管线在该区域将会发生腐蚀。在阴极区，电流由电解质流到管道表面上，该区域的腐蚀速率将减小。基于以上观点，很明显，若使得管线表面暴露的每一点都有电流流入，那么就可以减小腐蚀速率。准确地说，这就是阴极保护所要完成的任务，强制直流电流入管线的表面上，就可以使管线的电位向负方向偏移，导致金属腐蚀速率减小。当适当调整电流的6阴极保护的基础知识大小并使其超过由阳极区释放的腐蚀电流时，将会有净电流流入管线表面的这些区域上，管线的整个表面将是阴极，腐蚀速率被减小。防腐工程师的主要工作就是决定将腐蚀速率减小到可以接受水平时所需的阴极保护电流的大小，为做出正确决策，需要开展腐蚀检测并参考权威的阴极保护准则。当然，若使电流强制性地流到管线以前流出电流的部位上，那么阴极保护系统的驱动电压就必须大于要克服的腐蚀电池的驱动电压。7阴极保护的基础知识三、阴极保护的类型

阴极保护可以通过牺牲阳极(GalvanicAnodes)和外加电流（强制电流Impressedcurrent）两中形式实现，原理一致，区别在于阳极产物不同。8阴极保护的基础知识1、牺牲阳极阴极保护技术

牺牲阳极阴极保护技术是用一种电位比所要保护的金属还要负的金属或合金与被保护的金属电性连接在一起，依靠电位比较负的金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护其它金属。

a－腐蚀电池；b－阴极保护；A－阳极；Ｃ－阴极；Ｉ－电流；ＡＡ－辅助阳极；Ｉ‘－保护电流；Ｉ＇＇－为零或如图中方向所示。

牺牲阳极阴极保护原理图辅助阳极被保护管道9阴极保护的基础知识保护方式优点缺点牺牲阳极1、无需外部供电装置2、对临近金属构筑物干扰小或无干扰3、管理工作量小4、工程量小时，经济性较好5、保护电流均匀，且自动调节，利用率高

1、高电阻率环境不经济2、覆盖层差时不适3、输出电流有限

10阴极保护基础知识1.1牺牲阳极的适用范围

在一般情况下，牺牲阳极提供的电流是有限的，牺牲阳极阴极保护一般都用在所需保护电流较小的声合（通常小于1A）及土壤电阻率较低（通常小于1000欧·厘米）采用适量阴级就可以获得所需保护电流的地方。同样管道钢材和牺牲阳极金属之间的驱动电压也是有限的，因此阳极和土壤之间的接触电阻必须很低以使阳极输出足够的电流。这也就意味着牺牲阳极通常用低电阻率土壤中。11阴极保护的基础知识相对于饱和硫酸铜参比电极不镁-1.75V锌-1.10V铝35-H-1.05V高精度钢、碳钢-0.50to-0.80V铸铁-0.50V不锈钢430AISI(17%铬)-0.57V不锈钢304AISI(18%铬,18%镍)-0.53V同金属的在土壤中的腐蚀电位。121.2

牺牲阳极系统

牺牲阳极系统主要由填包料和牺牲阳极体组成。填包料用于降低系统的接地电阻以利于较大的输出电流，阳极体则提供原电池阳极。目前应用的牺牲阳极材料一般有镁及镁合金（在电阻率较高的土壤和水中使用

）、锌及锌合金（用于低土壤电阻率土壤中和海洋中）、铝及铝合金（易钝化广泛用于污水、原油储罐内壁保护）三种。13阴极保护的基础知识2、强制电流法

根据阴极保护的原理，用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源负极接通被保护物，在电流的作用下，使埋地管道（被保护构筑物）发生阴极极化，实现阴极保护。在陆上保护中，强制电流的保护方式较多。

-+辅助阳极外加电源被保护管道14阴极保护的基础知识强制电流阴极保护原理图15阴极保护的基础知识阴极保护系统的基本构成图16阴极保护的基础知识

保护方式优点缺点强制电流1、输出电流电压连续可调2、保护范围大3、可不受土壤电阻率限制4、工程量越大越经济5、保护装置寿命长

1、需要外部电源；2、对临近金属构筑物易产生干扰3、需要管理和维护17阴极保护的基础知识2.1

外加电流阴极保护方法适用范围

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结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。

18阴极保护的基础知识外加电流阴极保护系统主要由三个部分组成：

①电源（变压/整流器Transfer/rectifier)；②惰性阳极（一般为高硅铸铁、铂钛或贵金属氧化物）和填埋料（通常为焦碳）；③连接电源、阳极和管道之间的电缆。其中，阳极寿命应尽可能长，数量合适并埋在土壤电阻率低的位置以降低阳极接地电阻。阴极保护正常运行还需要的其它必要设施，如：参比电极、测试桩、绝缘件和变送器等。2.2恒电位仪的接线视图19阴极保护的基础知识2.3外加电流阴极保护法的类别

2.3.1按辅助阳极材料分①高硅铸铁阳极、②石墨阳极、③磁性氧化铁阳极、④钢铁阳极、⑤柔性阳极、⑥钛基混合金属氧化物阳极、⑦铂复合阳极等。其中，钛基贵金属氧化物阳极由于有价格低廉（相对铂复合阳极），可通过调整成分配方适应不同的使用环境的优点显示出良好的应用前景。尤其在土壤中使用时具有排流量大、重量轻、施工方便和可制成各种不同形状的优点。20阴极保护的基础知识

2.3.2按强制电流阳极地床的主要型式分

①浅埋式阳极地床、②深井阳极地床、③其他异型阳极地床。各种阳极地床也有不同的环境适应特点，但总体的目的使以最小的电流消耗获得最好的保护电流电位分布。浅埋阳极地床示意图21阴极保护的基础知识深井阳极地床示意图阳极体阳极电缆排气管焦碳回填22阴极保护的基础知识四、阴极保护主要参数

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-0.4～0.7V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。23阴极保护的基础知识

2、最小保护电位

为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后，所必须达到的电位称为最小保护电位。显然最小保护电位等于腐蚀原电池阳极的起始电位。（与管材，土壤有关）根据实验测定，钢制管道在一般土壤中的最小保护电位是-0.85V左右（相对饱和硫酸铜参比电极）。

3、最大保护电位管道通入阴极电流后，管道电位变负，当其负电位提高到一定程度时，H+在阴极表面还原,使得管道表面会折出氢气，减弱甚至破坏防腐层的粘结力。钢制管道在一般土壤中的最大保护电位是-1.15V左右（相对饱和硫酸铜参比电极）。

24阴极保护的基础知识五、管道实施阴极保护的基本条件

（1）有可靠的直流电源以保证提供充足的保护电源；（2）管道必须处于有电解质的环境中（土壤、河流、海水等）；（3）保持管道的纵向电连续性；（4）为提高管道系统阴极保护的有效性和保护效率，必须做好电绝缘；25阴极保护的基础知识六、阴极保护的检测装置

1、测试桩

为检查测定管道阴极保护参数而沿管线设置的永久性检测装置。它是在管道上每隔一定距离焊接测试导线并引出地面，同时置于保护钢管内，按其动能可分为电位测试桩和电流测试桩。利用测试桩可以测出被保护管道相应各点的管地电位，以及相应管段流过的平均保护电流。电位测试桩每隔1-2km安装一个，电流测试桩每隔5-8km安装一个，同时根据阴极保护设计需要，安装在指定位置。26阴极保护的基础知识2、检查片（因其误差大，且消耗了保护电流，一般不设此装置）检查片是校验用薄片系统，用以定量