陰極保護技術交流學習

1、陰極保護技術探討目錄 基礎知識篇 陰極保護簡介 陰極保護的相關定義 陰極保護的分類及組成 陰極保護參數(shù)的測量 結論基礎知識篇關于電極的一些基本規(guī)定關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； 電位低者為負極。電位低者為負極。 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 負極負極 2. 按電極反應分：發(fā)生氧化反應者為陽極；按電極反應分：發(fā)生氧化反應者為陽極； 發(fā)生還原反應者為陰極。發(fā)生還原反應者為陰極。 3. 一般地，對原電池的電極稱正極或負極；一般地，對原電池的電極稱正極或負極； 對電解池的電極稱陽極或陰極。對電解池的電極

2、稱陽極或陰極。 原電池中原電池中,正極正極=陰極陰極,負極負極=陽極陽極; 電解池中電解池中,正極正極=陽極陽極,負極負極=陰極陰極基礎知識篇電化學腐蝕電化學腐蝕指金屬與電解質因發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生的破壞。特點：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：FeFe2+2e還原反應：O2+2H2O+4e4OH- 2H2O+2eH2+2OH-基礎知識篇 基礎知識篇腐蝕電池形成的充分必要條件：1)、必須有陰極和陽極。 2)、陰極和陽極之間必須有電位差 。3)、陰極和陽極之間必須有金屬的電流通道。 4)、陰極和陽極必須浸在同一電解質中，該電解質中有流動的自由離子?；A知識篇腐蝕控制 腐蝕的控制

3、方法應根據(jù)腐蝕機理的不同和所處環(huán)境條件的不同，采用相應的腐蝕控制方法， 在油氣管道保護過程中應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5、添加緩蝕劑陰極保護簡介 每種金屬浸在一定的介質中都有一定的電位，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難易。腐蝕電位愈負愈容易失去電子，我們稱失去電子的部位為陽極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽極區(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。 陰極保護的原理 （1）是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀

4、態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位，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勢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。陰極保護的相關定義1、自然電位 自然電位是金屬埋入土壤后，在無外部電流影響時的對地電位。自然電位隨著金屬結構的材質、表面狀況和土質狀況，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，在雨季土壤濕潤時，自然電位會偏負，一般取平均值-0.55V。 德國標準DIN30676中自然電位的范圍陰極保護的相關定義2、保護電位： 保護電位是指陰極保護時使金屬腐蝕停止時所需要的電位值。3、保護電流密度： 保護電流密度

5、系指被保護構筑物單位面積上所需的保護電流。4、最小保護電流密度： 使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時所需要的保護電流密度，稱作最小保護電流密度，其常用單位為mA/m2表示。處于土壤中的裸露金屬，最小保護電流密度一般取10mA/m2。新建瀝青管道最小保護電流密度為3050A/m2，環(huán)氧粉末的管道一般為10-30A/m2，新建儲罐罐底板最小保護電流密度為1-5mA/m2，老罐為510mA/m2陰極保護的相關定義5、最大保護電位 如前所述，保護電位不是愈低愈好，是有限度的，過低的保護電位會造成管道防腐層漏點處大量析出氫氣，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，還可導致金屬

6、材料產(chǎn)生氫脆進而發(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電位，超過最大保護電位時稱為“過保護”。6、最小保護電位 為使腐蝕過程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達到的絕對值最小的負電位值，稱之為最小保護電位。 最小保護電位也與金屬的種類、腐蝕介質的組成、溫度、濃度等有關。最小保護電位值常常是用來判斷陰極保護是否充分的基準。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護的重要參數(shù)。 實驗測定在土壤中的最小保護電位為0.85V（相對飽和CSE）。陰極保護的相關定義7、瞬時斷電電位： 在斷掉被保護結構的外加電源或犧牲陽極0.20.5秒中之內(nèi)讀取得結構對地電位。由于此時沒有外加電流從介質中流

7、向被保護結構，所以，所測電位為結構的實際極化電位，不含IR降（介質中的電壓降）。由于在斷開被保護結構陰極保護系統(tǒng)時，結構對地電位受電感影響，會有一個正向脈沖，所以，應選取0.20.5秒之內(nèi)的電位讀數(shù)。陰極保護的分類 電化學保護陰極保護陽極保護犧牲陽極保護法外加電流陰極保護法 陰極保護的分類及組成犧牲陽極陰極保護 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。在犧牲陽極的陰極保護技術中，就是有意識地運用這種作用建立足夠強的異種金屬腐蝕電池來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實現(xiàn)的。 在一般情況下，犧牲陽極提供的電流是

8、有限的。所以，犧牲陽極陰極保護一般都用在保護所需電流較小、低電阻率土壤中（100歐姆米）。 常用的犧牲陽極材料：鎂（Mg)陽極、鋅(Zn)陽極、鋁（Al）陽極陰極保護的分類及組成 犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)構成圖陰極保護的分類及組成外加電流陰極保護工藝（以四川石化為例）外加電流陰極保護系統(tǒng)主要由四部分組成：電源設備、輔助陽極、參比電極、測試樁、被保護物(儲罐）、防爆接線箱、電纜設施等。構成概貌如下圖：陰極保護的分類及組成1、電源設備（恒電位儀） 強制電流陰極保護系統(tǒng)要求電源設備能夠不斷地向被保護金屬構筑物提供陰極保護電流，要求電源設備安全可靠；電源電壓連續(xù)可調；能夠適應當?shù)氐墓ぷ鳝h(huán)境。通常電源部分采

9、用一用一備的配置，控制單元設有遠控通斷、遠傳接口。 目前川化儲罐的陰極保護電源設備為PS-1型恒電位儀（國產(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)需要調節(jié)。 此型號恒電位儀接線方式如下：陰極保護的分類及組成 陰極保護的分類及組成2、輔助陽極 輔助陽極是外加電流陰極保護系統(tǒng)中，將保護電流從電源引入土壤中的導電體。通過輔助陽極把保護電流送入土壤，經(jīng)土壤流入被保護的管道，使管道表面進行陰極極化 (防止電化學腐蝕)，電流再由管道流入電源負極形成一個回路。 儲罐采用的輔助陽極分為深井陽極地床、淺埋陽極地床、混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽極地床等。 輔助陽極地床是陰極保護站重要的輔助設施，常

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

11、極保護的分類及組成4、測試樁 為了定期檢測管道陰極保護參數(shù)。 分類：電位測試樁、電流測試樁、絕緣測試樁、犧牲陽極測試樁。5、連接電纜 功能是將上述各部分組件，按照技術要求連接成完整的保護系統(tǒng) 電纜類型： 陽極電纜 陰極電纜 參比電纜 零位接陰電纜 陰極保護參數(shù)的測量外加電流陰極保護參數(shù)測試1、保護電位測試 測試方法：斷電法、地表參比法、近參比法、遠參比法、等 測量方法：可參照相關國家標準及石化標準 主要工具：萬用表、參比電極/極化探頭、連接電線、紗布、尖 嘴鉗。2、犧牲陽極輸出電流的測量 測試方法：標準電阻法、直測法、 測量方法：將0.1歐姆的標準電阻串聯(lián)在陽極輸出線中，采用準 確度0.02級

12、的數(shù)字萬用表測量電壓降，除以電阻即可以得到輸出電流。如圖： 陰極保護參數(shù)的測量陰極保護參數(shù)的測量3、絕緣法蘭的絕緣性能和絕緣電阻測試4、土壤電阻率5、自然電位6、陽極接地電阻結論 極保護準則 美國腐蝕工程師協(xié)會(National Association of Corrosion Engineers,簡稱NACE，在其標準NACE RP 0169(1996年版本)第6部分列出了三個用于埋地或水下鋼質或鑄鐵管道陰極保護的基本標準：1、通電電位850mV準則 2、極化電位850mV準則 3、100mV極化值準則結論1、通電電位850mV準則 在施加陰保的情況下負（陰極）電位至少達到負850mV。這個電位是相對于與電解質相接觸的飽和銅/硫酸銅參比電極測量的。 2、極化電位850mV準則這個標準規(guī)定，“相對飽和硫酸銅參比電極至少-850mV的負極化電位時”，就獲得了準確的保護。極化電位的定義是，“結構和電解質界面上的電位，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得的，通常指斷或瞬間斷電位。3、100mV極化值準則這個標準規(guī)定的是如果“管道表面和與電解質穩(wěn)定接觸的參比電極之間最小的陰極極化電位100m