陰極保護(hù)原理.doc

陰極保護(hù)陰極保護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)述1腐蝕簡(jiǎn)介1）防腐蝕的重要性1972年，美國(guó)NACE協(xié)會(huì)估計(jì)每年損失是100億美元，1976年BMR研究所調(diào)查每年損失接近700億美元。美國(guó)國(guó)會(huì)非常震驚，對(duì)此要求貿(mào)易部進(jìn)行證實(shí)，1982年發(fā)表的數(shù)據(jù)是每年損失126億美元?？紤]到國(guó)家高速公路、水、廢水、廢氣、地下儲(chǔ)罐、因腐蝕造成的污染，每年的損失是3000億美元，占GDP的5。1998年，我國(guó)工程院歷時(shí)3年對(duì)全國(guó)的腐蝕進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明我國(guó)腐蝕造成的損失達(dá)5000多億元。2）金屬為什么腐蝕？金屬是從礦石中提取出來(lái)的，在提煉過(guò)程種必須要給它一定的能量，使其處于高的能量狀態(tài)。材料基本規(guī)律總是趨向于最低的能量狀態(tài)，因此金屬都是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，具有和周圍環(huán)境（如氧和水）發(fā)生反應(yīng)的趨勢(shì)，以達(dá)到較低的、更穩(wěn)定的能量狀態(tài)，如生成氧化物。以鐵為例：陽(yáng)極：Fe-2eFe2+陰極：O24e2H2O4OH-Fe2+2OH-Fe(OH)2Fe(OH)2+1/2O2+H2O2Fe(OH)33）如何評(píng)價(jià)金屬的腐蝕傾向？對(duì)于所有的金屬的腐蝕傾向理論上采用電位的概念進(jìn)行比較。電位負(fù)的金屬，活性較強(qiáng)，容易發(fā)生腐蝕。電位正的金屬活性相對(duì)較弱，腐蝕傾向性小。4）腐蝕控制措施?多年的實(shí)踐證明，最為經(jīng)濟(jì)有效的腐蝕控制措施主要是覆蓋層(涂層)加陰極保護(hù)。與國(guó)外相比，我國(guó)75的防蝕費(fèi)用用在涂裝上，而電化學(xué)保護(hù)使用的相對(duì)較低。5）施加涂層后，為什么還會(huì)腐蝕？涂層的作用主要是物理阻隔作用，將金屬基體與外界環(huán)境分離，從而避免金屬與周圍環(huán)境的作用。但是有兩種原因?qū)е陆饘俑g。一是涂層本身存在缺陷，有針孔的存在；二是在施工、和運(yùn)行過(guò)程中不可避免涂層會(huì)破壞，使金屬暴露于腐蝕環(huán)境。這些缺陷的存在導(dǎo)致大陰極小陽(yáng)極的現(xiàn)象，使得涂層破損處腐蝕加速。2陰極保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。目前陰極保護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，廣泛應(yīng)用到土壤、海水、淡水、化工介質(zhì)中的鋼質(zhì)管道、電纜、鋼碼頭、艦船、儲(chǔ)罐罐底、冷卻器等金屬構(gòu)筑物等的腐蝕控制。1834年法拉第陰極保護(hù)原理奠定基礎(chǔ)1890年愛迪生提出強(qiáng)制電流保護(hù)船舶1902年柯恩實(shí)現(xiàn)了愛迪生的設(shè)想1905年美國(guó)用于鍋爐保護(hù)1906年德國(guó)建立第一個(gè)陰極保護(hù)廠1913年命名為電化學(xué)保護(hù)1924年地下管網(wǎng)陰極保護(hù)3陰極保護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)介陰極保護(hù)技術(shù)有兩種：犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和強(qiáng)制電流（外加電流）陰極保護(hù)。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。優(yōu)點(diǎn)：A:一次投資費(fèi)用偏低，且在運(yùn)行過(guò)程中基本上不需要支付維護(hù)費(fèi)用B:保護(hù)電流的利用率較高，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)C:對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施無(wú)干擾影響，適用于廠區(qū)和無(wú)電源的長(zhǎng)輸管道，以及小規(guī)模的分散管道保護(hù)D:具有接地和保護(hù)兼顧的作用E:施工技術(shù)簡(jiǎn)單，平時(shí)不需要特殊專業(yè)維護(hù)管理缺點(diǎn)：A:驅(qū)動(dòng)電位低，保護(hù)電流調(diào)節(jié)范圍窄，保護(hù)范圍小B:使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于50m時(shí)，一般不宜選用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法C:在存在強(qiáng)烈雜散電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時(shí)，陽(yáng)極性能有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)C:有效陰極保護(hù)年限受犧牲陽(yáng)極壽命的限制，需要定期更換2）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)是在回路中串入一個(gè)直流電源，借助輔助陽(yáng)極，將直流電通向被保護(hù)的金屬，進(jìn)而使被保護(hù)金屬變成陰極，實(shí)施保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：A:驅(qū)動(dòng)電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內(nèi)控制陰極保護(hù)電流輸出量，適用于保護(hù)范圍較大的場(chǎng)合B:在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中也適用C:選用不溶性或微溶性輔助陽(yáng)極時(shí)，可進(jìn)行長(zhǎng)期的陰極保護(hù)D:每個(gè)輔助陽(yáng)極床的保護(hù)范圍大，當(dāng)管道防腐層質(zhì)量良好時(shí)，一個(gè)陰極保護(hù)站的保護(hù)范圍可達(dá)數(shù)十公里E:對(duì)裸露或防腐層質(zhì)量較差的管道也能達(dá)到完全的陰極保護(hù)缺點(diǎn)：A:一次性投資費(fèi)用偏高，而且運(yùn)行過(guò)程中需要支付電費(fèi)B:陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要嚴(yán)格的專業(yè)維護(hù)管理C:離不開外部電源，需常年外供電D：對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物可能會(huì)產(chǎn)生干擾作用4陰極保護(hù)效果的判據(jù)1）普通鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則：施加陰極保護(hù)時(shí)被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位負(fù)移至少達(dá)到-850mV或更負(fù)(相對(duì)飽和硫酸銅參比電極CSE)。相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極的負(fù)極化電位至少為850mV。在構(gòu)筑物表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值最小為100mV。存在硫酸鹽還原菌的環(huán)境，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位負(fù)移至950mV(CSE)或更負(fù)。2）鋁合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值最小為100mV，準(zhǔn)則適用于極化建立或衰減過(guò)程。極化電位不應(yīng)負(fù)于-1200mV（CSE）。3）銅合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極的陰極極化值最小為100mV。極化建立或衰減過(guò)程均可以被應(yīng)用。4）異種金屬陰極保護(hù)準(zhǔn)則：所有金屬表面與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的負(fù)電壓等于活性最強(qiáng)的陽(yáng)極區(qū)金屬的保護(hù)電位。5）高強(qiáng)鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則：700MPa以上的鋼腐蝕速率降低至0.0001mm/a的保護(hù)電位為-760-790mV(Ag/AgCl)。在存在硫酸鹽還原菌的環(huán)境下，鋼屈服強(qiáng)度大于700MPa，保護(hù)電位應(yīng)在800-950mV(Ag/AgCl)的范圍內(nèi)。屈服強(qiáng)度大于800MPa的鋼，其保護(hù)電位應(yīng)不低于-800mV(Ag/AgCl)。5陰極保護(hù)技術(shù)問(wèn)答1）什么是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)？強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)又稱為外加電流系統(tǒng)，是在回路中串入一個(gè)直流電源，借助輔助陽(yáng)極，將直流電通向被保護(hù)的金屬，使被保護(hù)金屬變成陰極實(shí)施保護(hù)。2）什么是犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)？犧牲陽(yáng)極法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)其它金屬的方法。3）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由電源、控制柜、輔助陽(yáng)極、焦炭（碳素）填料、電纜、控制參比電極、電位測(cè)試樁、電流測(cè)試樁、保護(hù)效果測(cè)試片、電絕緣裝置、電絕緣保護(hù)裝置。4）電源的作用是什么？電源的作用是向陰極保護(hù)系統(tǒng)不間斷提供電流。電源主要有恒流、恒壓整流器、恒電位儀。5）電源的類型主要有哪幾種？從整流形式上主要有可控硅、磁飽和、數(shù)控高頻開關(guān)。可控硅和磁飽和恒電位儀體積較大、紋波系數(shù)較大、控制精度較差，效率較低(低于70)不易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。磁飽和恒電位儀除了上述不足外，額定功率20以下的輸出無(wú)法控制。數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀體積較小、紋波系數(shù)小、控制精度高、效率較高（90以上）。6）輔助陽(yáng)極的作用是什么？輔助陽(yáng)極的作用是通過(guò)其本身的溶解，與介質(zhì)(如土壤、水)、電源、管道形成電回路。7）輔助陽(yáng)極的種類有多少?輔助陽(yáng)極根據(jù)介質(zhì)來(lái)分，土壤中有廢鋼、硅鐵、石墨、混合氧化物陽(yáng)極、柔性陽(yáng)極。水介質(zhì)中有混合氧化物陽(yáng)極、硅鐵陽(yáng)極、鉛陽(yáng)極等。8）控制參比電極的有那些？控制參比電極主要有長(zhǎng)壽命飽和硫酸銅參比電極、高純鋅參比電極、銀/氯化銀參比電極、二氧化鉬參比電極。土壤中可使用飽和硫酸銅參比電極和高純鋅參比電極，水介質(zhì)中使用高純鋅參比電極和銀/氯化銀參比電極。二氧化鉬參比電極主要用于混凝土中。飽和硫酸參比電極的壽命一般小于10年。其它的參比電極可以根據(jù)壽命來(lái)設(shè)計(jì)。9）為什么需要采用電絕緣？在陰極保護(hù)技術(shù)中，要求被保護(hù)結(jié)構(gòu)需要電絕緣，主要是由于如果不絕緣，保護(hù)電流會(huì)流失到未被保護(hù)的金屬構(gòu)筑物上，設(shè)計(jì)的電流需求量可能不足，保護(hù)效果不理想，另外，可能會(huì)產(chǎn)生雜散電流的干擾。10）測(cè)試樁的作用是什么？測(cè)試樁的作用主要是用于檢測(cè)陰極保護(hù)效果和運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)作用不同有電位測(cè)試樁、電流測(cè)試樁、保護(hù)效果測(cè)試片測(cè)試樁樁。11）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的