陰極保護(hù)技術(shù)交流學(xué)習(xí)

1、陰極保護(hù)技術(shù)探討目錄 基礎(chǔ)知識(shí)篇 陰極保護(hù)簡(jiǎn)介 陰極保護(hù)的相關(guān)定義 陰極保護(hù)的分類及組成 陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量 結(jié)論基礎(chǔ)知識(shí)篇關(guān)于電極的一些基本規(guī)定關(guān)于電極的一些基本規(guī)定 1. 按電極電位的高低分：電位高者為正極；按電極電位的高低分：電位高者為正極； 電位低者為負(fù)極。電位低者為負(fù)極。 并規(guī)定外電路中電流方向：正極并規(guī)定外電路中電流方向：正極 負(fù)極負(fù)極 2. 按電極反應(yīng)分：發(fā)生氧化反應(yīng)者為陽(yáng)極；按電極反應(yīng)分：發(fā)生氧化反應(yīng)者為陽(yáng)極； 發(fā)生還原反應(yīng)者為陰極。發(fā)生還原反應(yīng)者為陰極。 3. 一般地，對(duì)原電池的電極稱正極或負(fù)極；一般地，對(duì)原電池的電極稱正極或負(fù)極； 對(duì)電解池的電極稱陽(yáng)極或陰極。對(duì)電解池的電極

2、稱陽(yáng)極或陰極。 原電池中原電池中,正極正極=陰極陰極,負(fù)極負(fù)極=陽(yáng)極陽(yáng)極; 電解池中電解池中,正極正極=陽(yáng)極陽(yáng)極,負(fù)極負(fù)極=陰極陰極基礎(chǔ)知識(shí)篇電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕指金屬與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞。特點(diǎn)：在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生腐蝕過程可表示如下：氧化反應(yīng)：FeFe2+2e還原反應(yīng)：O2+2H2O+4e4OH- 2H2O+2eH2+2OH-基礎(chǔ)知識(shí)篇 基礎(chǔ)知識(shí)篇腐蝕電池形成的充分必要條件：1)、必須有陰極和陽(yáng)極。 2)、陰極和陽(yáng)極之間必須有電位差 。3)、陰極和陽(yáng)極之間必須有金屬的電流通道。 4)、陰極和陽(yáng)極必須浸在同一電解質(zhì)中，該電解質(zhì)中有流動(dòng)的自由離子?；A(chǔ)知識(shí)篇腐蝕控制 腐蝕的控制

3、方法應(yīng)根據(jù)腐蝕機(jī)理的不同和所處環(huán)境條件的不同，采用相應(yīng)的腐蝕控制方法， 在油氣管道保護(hù)過程中應(yīng)用最為廣泛的控制金屬腐蝕的方法為以下五類：1、選擇耐腐蝕材料2、控制腐蝕環(huán)境3、選擇有效的防腐層4、陰極保護(hù)5、添加緩蝕劑陰極保護(hù)簡(jiǎn)介 每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位，稱之為該金屬的腐蝕電位（自然電位）。腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對(duì)難易。腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子，我們稱失去電子的部位為陽(yáng)極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽(yáng)極區(qū)由于失去電子（如，鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入土壤）受到腐蝕而陰極區(qū)得到電子受到保護(hù)。 陰極保護(hù)的原理 （1）是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀

4、態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液 （2）通過施加外加的電動(dòng)勢(shì)把電極的腐蝕電位移向氧化性較低的電位而使腐蝕速率降低。陰極保護(hù)的相關(guān)定義1、自然電位 自然電位是金屬埋入土壤后，在無(wú)外部電流影響時(shí)的對(duì)地電位。自然電位隨著金屬結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、表面狀況和土質(zhì)狀況，含水量等因素不同而異，一般有涂層埋地管道的自然電位在-0.4V0.7V(CSE)之間，在雨季土壤濕潤(rùn)時(shí)，自然電位會(huì)偏負(fù)，一般取平均值-0.55V。 德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN30676中自然電位的范圍陰極保護(hù)的相關(guān)定義2、保護(hù)電位： 保護(hù)電位是指陰極保護(hù)時(shí)使金屬腐蝕停止時(shí)所需要的電位值。3、保護(hù)電流密度： 保護(hù)電流密度

5、系指被保護(hù)構(gòu)筑物單位面積上所需的保護(hù)電流。4、最小保護(hù)電流密度： 使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時(shí)所需要的保護(hù)電流密度，稱作最小保護(hù)電流密度，其常用單位為mA/m2表示。處于土壤中的裸露金屬，最小保護(hù)電流密度一般取10mA/m2。新建瀝青管道最小保護(hù)電流密度為3050A/m2，環(huán)氧粉末的管道一般為10-30A/m2，新建儲(chǔ)罐罐底板最小保護(hù)電流密度為1-5mA/m2，老罐為510mA/m2陰極保護(hù)的相關(guān)定義5、最大保護(hù)電位 如前所述，保護(hù)電位不是愈低愈好，是有限度的，過低的保護(hù)電位會(huì)造成管道防腐層漏點(diǎn)處大量析出氫氣，造成涂層與管道脫離，即陰極剝離，不僅使防腐層失效，而且電能大量消耗，還可導(dǎo)致金屬

6、材料產(chǎn)生氫脆進(jìn)而發(fā)生氫脆斷裂，所以必須將電位控制在比析氫電位稍高的電位值，此電位稱為最大保護(hù)電位，超過最大保護(hù)電位時(shí)稱為“過保護(hù)”。6、最小保護(hù)電位 為使腐蝕過程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的絕對(duì)值最小的負(fù)電位值，稱之為最小保護(hù)電位。 最小保護(hù)電位也與金屬的種類、腐蝕介質(zhì)的組成、溫度、濃度等有關(guān)。最小保護(hù)電位值常常是用來(lái)判斷陰極保護(hù)是否充分的基準(zhǔn)。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護(hù)的重要參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)定在土壤中的最小保護(hù)電位為0.85V（相對(duì)飽和CSE）。陰極保護(hù)的相關(guān)定義7、瞬時(shí)斷電電位： 在斷掉被保護(hù)結(jié)構(gòu)的外加電源或犧牲陽(yáng)極0.20.5秒中之內(nèi)讀取得結(jié)構(gòu)對(duì)地電位。由于此時(shí)沒有外加電流從介質(zhì)中流

7、向被保護(hù)結(jié)構(gòu)，所以，所測(cè)電位為結(jié)構(gòu)的實(shí)際極化電位，不含IR降（介質(zhì)中的電壓降）。由于在斷開被保護(hù)結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)對(duì)地電位受電感影響，會(huì)有一個(gè)正向脈沖，所以，應(yīng)選取0.20.5秒之內(nèi)的電位讀數(shù)。陰極保護(hù)的分類 電化學(xué)保護(hù)陰極保護(hù)陽(yáng)極保護(hù)犧牲陽(yáng)極保護(hù)法外加電流陰極保護(hù)法 陰極保護(hù)的分類及組成犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù) 兩種金屬相接觸而產(chǎn)生的腐蝕電池。在這種腐蝕電池中一種金屬比另一種金屬活潑而發(fā)生腐蝕。在犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)技術(shù)中，就是有意識(shí)地運(yùn)用這種作用建立足夠強(qiáng)的異種金屬腐蝕電池來(lái)抵消通常存在于管道表面的腐蝕電池，這是通過將一種十分活潑的金屬與管道相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 在一般情況下，犧牲陽(yáng)極提供的電流是

8、有限的。所以，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)一般都用在保護(hù)所需電流較小、低電阻率土壤中（100歐姆米）。 常用的犧牲陽(yáng)極材料：鎂（Mg)陽(yáng)極、鋅(Zn)陽(yáng)極、鋁（Al）陽(yáng)極陰極保護(hù)的分類及組成 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成圖陰極保護(hù)的分類及組成外加電流陰極保護(hù)工藝（以四川石化為例）外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由四部分組成：電源設(shè)備、輔助陽(yáng)極、參比電極、測(cè)試樁、被保護(hù)物(儲(chǔ)罐）、防爆接線箱、電纜設(shè)施等。構(gòu)成概貌如下圖：陰極保護(hù)的分類及組成1、電源設(shè)備（恒電位儀） 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)要求電源設(shè)備能夠不斷地向被保護(hù)金屬構(gòu)筑物提供陰極保護(hù)電流，要求電源設(shè)備安全可靠；電源電壓連續(xù)可調(diào)；能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐墓ぷ鳝h(huán)境。通常電源部分采

9、用一用一備的配置，控制單元設(shè)有遠(yuǎn)控通斷、遠(yuǎn)傳接口。 目前川化儲(chǔ)罐的陰極保護(hù)電源設(shè)備為PS-1型恒電位儀（國(guó)產(chǎn)），此恒電位儀不僅能夠恒電位輸出，還能恒電流輸出，用戶可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。 此型號(hào)恒電位儀接線方式如下：陰極保護(hù)的分類及組成 陰極保護(hù)的分類及組成2、輔助陽(yáng)極 輔助陽(yáng)極是外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中，將保護(hù)電流從電源引入土壤中的導(dǎo)電體。通過輔助陽(yáng)極把保護(hù)電流送入土壤，經(jīng)土壤流入被保護(hù)的管道，使管道表面進(jìn)行陰極極化 (防止電化學(xué)腐蝕)，電流再由管道流入電源負(fù)極形成一個(gè)回路。 儲(chǔ)罐采用的輔助陽(yáng)極分為深井陽(yáng)極地床、淺埋陽(yáng)極地床、混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽(yáng)極地床等。 輔助陽(yáng)極地床是陰極保護(hù)站重要的輔助設(shè)施，常

10、用的陽(yáng)極材料有：高硅鑄鐵、石墨、鋼鐵、貴金屬氧化物、柔性陽(yáng)極等。 四川石化原油儲(chǔ)罐為新建儲(chǔ)罐，所用為混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)。陽(yáng)極布置如下;陰極保護(hù)的分類及組成 陰極保護(hù)的分類及組成3、參比電極 參比電極的作用有兩個(gè)：一方面用于測(cè)量被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位，監(jiān)測(cè)保護(hù)效果；另一方面，為自動(dòng)控制的恒電位儀提供控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)輸出電流，使結(jié)構(gòu)物總處于良好的保護(hù)狀態(tài)。 參比電極電位具有良好的穩(wěn)定性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，通常有飽和硫酸銅參比電極、鋅電極等。參比電極埋設(shè)的位置應(yīng)盡量靠近管道，以減少土壤介質(zhì)中的IR降影響。 川化所使用的參比電極為長(zhǎng)效硫酸銅和高純鋅參比電極聯(lián)合使用。如下圖所示：陰極保護(hù)的分類及組成 陰

11、極保護(hù)的分類及組成4、測(cè)試樁 為了定期檢測(cè)管道陰極保護(hù)參數(shù)。 分類：電位測(cè)試樁、電流測(cè)試樁、絕緣測(cè)試樁、犧牲陽(yáng)極測(cè)試樁。5、連接電纜 功能是將上述各部分組件，按照技術(shù)要求連接成完整的保護(hù)系統(tǒng) 電纜類型： 陽(yáng)極電纜 陰極電纜 參比電纜 零位接陰電纜 陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量外加電流陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試1、保護(hù)電位測(cè)試 測(cè)試方法：斷電法、地表參比法、近參比法、遠(yuǎn)參比法、等 測(cè)量方法：可參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及石化標(biāo)準(zhǔn) 主要工具：萬(wàn)用表、參比電極/極化探頭、連接電線、紗布、尖 嘴鉗。2、犧牲陽(yáng)極輸出電流的測(cè)量 測(cè)試方法：標(biāo)準(zhǔn)電阻法、直測(cè)法、 測(cè)量方法：將0.1歐姆的標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)在陽(yáng)極輸出線中，采用準(zhǔn) 確度0.02級(jí)

12、的數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電壓降，除以電阻即可以得到輸出電流。如圖： 陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量3、絕緣法蘭的絕緣性能和絕緣電阻測(cè)試4、土壤電阻率5、自然電位6、陽(yáng)極接地電阻結(jié)論 極保護(hù)準(zhǔn)則 美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)(National Association of Corrosion Engineers,簡(jiǎn)稱NACE，在其標(biāo)準(zhǔn)NACE RP 0169(1996年版本)第6部分列出了三個(gè)用于埋地或水下鋼質(zhì)或鑄鐵管道陰極保護(hù)的基本標(biāo)準(zhǔn)：1、通電電位850mV準(zhǔn)則 2、極化電位850mV準(zhǔn)則 3、100mV極化值準(zhǔn)則結(jié)論1、通電電位850mV準(zhǔn)則 在施加陰保的情況下負(fù)（陰極）電位至少達(dá)到負(fù)850mV。這個(gè)電位是相對(duì)于與電解質(zhì)相接觸的飽和銅/硫酸銅參比電極測(cè)量的。 2、極化電位850mV準(zhǔn)則這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，“相對(duì)飽和硫酸銅參比電極至少-850mV的負(fù)極化電位時(shí)”，就獲得了準(zhǔn)確的保護(hù)。極化電位的定義是，“結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)界面上的電位，是腐蝕電位和陰極極化電位的總和?！睒O化電位是在所有的電流源全部中斷后直接測(cè)得的，通常指斷或瞬間斷電位。3、100mV極化值準(zhǔn)則這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是如果“管道表面和與電解質(zhì)穩(wěn)定接觸的參比電極之間最小的陰極極化電位100m