陰極保護原理課件

陰極保護基本知識一、陰極保護原理腐蝕發(fā)生的微觀過程：e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-Fe++Fe++Fe++Fe++Fe++OH-OH-OH-Fe(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)2H+H+H+H+H+H+H+HHH2陰極點陽極點e-Fe++顯微視圖假想實驗：思考：（1）如果在電解液中添加一個輔助電極，通過某種方法，在鋼鐵和輔助電極之間建立電通路，使電子通過導線從輔助電極流向被保護金屬，陰極反應、陽極反應分別在哪個電極上進行？鋼鐵還會發(fā)生腐蝕嗎？（2）給電解液中的鐵足夠的電子，又會引起Fe/電解質(zhì)電極系統(tǒng)電極電位的發(fā)生什么樣的變化電流流動方向Fe輔助電極NaCl溶液⊕⊕電子流動方向（1）Fe/電解質(zhì)界面上，電流的方向是從電解質(zhì)流向Fe，負電荷從Fe流向電解質(zhì)；（2）Fe表面必須發(fā)生消耗正電荷或生成負電荷的電極反應，才能保證電路導通；（3）消耗正電荷或生成負電荷的反應，都是得到電子的反應，即還原反應，也就是陰極反應；（4）輔助陽極表面和Fe表面相反，發(fā)生陽極反應。（5）在Fe的表面，不可能發(fā)生金屬失去電子的氧化反應，不會發(fā)生腐蝕。一、陰極保護原理電流是從高電勢流向低電勢位置電解質(zhì)中電流是通過界面流入Fe通電后，鐵相對于電解質(zhì)的電位將向負向偏移。極化：電化學中，電流通過電極表面引起電極電位變化的現(xiàn)象稱之為極化；陰極保護即是利用極化的原理，使被保護體發(fā)生陰極極化，轉(zhuǎn)移陽極反應發(fā)生的位置，防止被保護體發(fā)生腐蝕。犧牲陽極陰極保護示意圖FeZnNaCl溶液EFe=-0.55VvsCSEEZn=-1.10VvsCSEEFe=-0.90VvsCSEEZn=-1.00VvsCSEFeZnNaCl溶液AlogI電位ICORREOAEMEOCEPC

EPA陰極極化：電位負向偏移陽極極化：電位正向偏移ZnFe-0.55V-1.10V-1.00V-0.90V電子在電極中流動的速度大于電極反應的速度；電化學反應的速度大于離子在溶液中的擴散速度。極化原因犧牲陽極陰極保護極化圖（伊文斯圖）陽極陰極管線表面上的腐蝕電池陰極陰極電解質(zhì)輔助陽極陰極保護電流Fe

Fe2++2e-O2+2H2O+4e-

4OH-2Cl-Cl2+2e-O2+2H2O+4e-

4OH-強制電流陰極保護示意圖強制電流陰極保護極化圖（伊文斯圖）（反電動勢）logI電位ICPEOAEOC+_反電動勢強制電流陰極保護極化圖（伊文斯圖）

EpA

EPC方法的選用主要取決于：保護對象和對周圍構(gòu)筑物的干擾影響；電源的可利用性；土壤電阻率等因素。

陰極保護犧牲陽極法強制電流法二、陰極保護方法ANODESTRUCTURECURRENTCURRENT二、陰極保護方法-犧牲陽極法ANODESTRUCTURE

CURRENT

CURRENTPowerSource+-

CURRENT高硅鑄鐵陽極整流器二、陰極保護方法-強制電流法方法優(yōu)點缺點外加電流法陰極保護1.輸出電流連續(xù)可調(diào)1.需要外部電源2.保護范圍大2.對鄰近構(gòu)筑物干擾大3.不受環(huán)境電阻率限制3.維護管理工作量大4.工程越大越經(jīng)濟5.保護裝置壽命長犧牲陽極法陰極保護1.不需要外部電源1.高電阻率環(huán)境不適用2.對鄰近構(gòu)筑物無干擾或很小2.保護電流幾乎不可調(diào)3.投產(chǎn)調(diào)試后可不需管理3.覆蓋層質(zhì)量必須好4.工程越小越經(jīng)濟4.投產(chǎn)調(diào)試工作復雜5.保護電流分布均勻、利用率高5.消耗犧牲陽極金屬二、陰極保護方法兩種方法技術(shù)比較犧牲陽極保護：主要用于低電阻率環(huán)境介質(zhì)和保護電流需用量小的體系外加電流法CP：往往用于保護電流量大或環(huán)境電阻率高的體系，以及大范圍區(qū)域性陰極保護的體系但這并不是兩種方法選擇的絕對界線應從技術(shù)性、有效性和經(jīng)濟性考慮三、陰極保護判據(jù)-.5-.6-.65-.6-.7-.58-.58-.6-.65-.6-.7-.58-.6-.6-.65-.6-.7-.6-.65-.65-.65-.65-.7-.65-.7-.7-.7-.7-.7-.7自然電位腐蝕被抑阻極化程度逐漸增強通入陰極電流后結(jié)構(gòu)物發(fā)生極化結(jié)構(gòu)物上最陰極性的點首先極化ICP=0ICP1ICP2ICP3ICP4結(jié)構(gòu)物極化程度為多少時，可以認為腐蝕不在發(fā)生？測量結(jié)構(gòu)物上的極化-.900v+_極化膜參比電極Ep=Ecorr

+PolarizationEon=Ep+IRDrop其中：三、陰極保護判據(jù)結(jié)構(gòu)物/電解質(zhì)電位

Potential(-mV)(+)(-)通電電位斷電電位IR自然電位(自腐蝕電位，靜止電位)100mV極化100mV極化“通電-IR”-850mVCSE“斷電”-850mVCSE時間陰極保護判據(jù)

執(zhí)行標準NACERP0169-2002ControlofexternalcorrosiononundergroundorsubmergedmetallicpipingsystemsISO15589-1：2003《管道輸送系統(tǒng)的陰極保護》NACERP0169-1996ControlofexternalcorrosiononundergroundorsubmergedmetallicpipingsystemsNACERP0177減輕交流電和雷電對金屬結(jié)構(gòu)和腐蝕控制系統(tǒng)的作用GB/T21448-2008埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范GB/T21447-2008鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范GB/T21246-2007埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測量方法SYJ4006-90長輸管道陰極保護工程施工及驗收規(guī)范GB/T19285-2003埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護工程檢驗SY/T0017-2006埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護技術(shù)標準

SY/T0023－97埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測試方法SY/T0032-2000埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護技術(shù)標準SY/T0087.1-2006埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評價資料

W.V.貝克曼《陰極保護手冊》，德文第三版(中文版2005年3月出版)

W.V.貝克曼《陰極保護手冊》，中文郵電版1990版

化工版《陰極保護工程手冊》，中文化工版1999版

NACEA.PEABODY《管線腐蝕控制》，2000第二版化工出版社2004年4月GB/T21448-2008埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范①管道陰極保護電位（即管/地界面極化電位，下同）應為-850mV（CSE）或更負；②陰極保護狀態(tài)下管道的極限保護電位不能比-1200mV（CSE）更負；注意：

高強度鋼（最小屈服強度大于550MPa）和耐蝕合金，極限保護電位要根據(jù)實際析氫電位來確定；在厭氧菌或SRB及其他有害菌土壤環(huán)境中，管道陰極保護電位應為-950mV（CSE）或更負；

100Ω·m<ρ<1000Ω·m，負于-750mV（CSE）ρ>1000Ω·m，負于-650mV（CSE）以上準則難以滿足時，可以采用陰極極化或去極化大于100mV的判據(jù)；在高溫、SRB的土壤中存在雜散電流干擾及異金屬偶合管道中不能采用100mV；三、陰極保護判據(jù)GB21248-2008結(jié)構(gòu)物極化到-850mVCSELogIEICORREA,OCECORREC,OCEC,PEA,P+_E’C,PICPECPA,OCECPA,P結(jié)構(gòu)物極化到更為活性陽極點的電位，即?850mVCSE?850mVCSE三、極化圖與陰極保護判據(jù)100mV極化LogIEICORREA,OCECORREC,OCEC,PEA,P+_E’C,PICPECPA,OCECPA,P極化100mV三、極化圖與陰極保護判據(jù)NACERP0169“埋地或浸水金屬管道系統(tǒng)的外腐蝕控制”

–0.850V（CSE）電位判據(jù)—施加陰極保護的負（陰極性）電位至少為850mV，應考慮除結(jié)構(gòu)物/電解質(zhì)界面電位之外的所有電壓降

–0.850V（CSE）極化電極判據(jù)—負極化的電位至少為850mV100mV極化判據(jù)—陰極極化值最少為100mV三、陰極保護判據(jù)其他標準國際標準ISO15589-1

石油天然氣工業(yè)–

管線輸送系統(tǒng)的陰極保護Part1陸地管線選用的金屬/結(jié)構(gòu)物電位要求腐蝕速率小于0.01mm/a極化電位負于–850mVCSE限制臨界電位不大于–1,200mVCSE厭氧菌土壤或硫酸鹽還原菌(SRB)要求負于-950mVCSE

國際標準ISO15589-1(續(xù))Part1陸地管線

高電阻率土壤對100m<ρ<1,000m為–750mVCSE

對ρ>1,000m為–650mVCSE陰極極化100mV注意:

-在高溫(60℃),SRB,干擾電流,平衡電流,地電流,混合金屬條件下避免采用100mV判據(jù)。其他國際標準加拿大–加拿大標準協(xié)會StandardZ662,CGA

德國DIN30676

日本-日本海外沿海發(fā)展協(xié)會 -日本港務協(xié)會,Part1 -日本水管道協(xié)會,WSP-050

澳大利亞-澳大利亞標準協(xié)會

StandardNo.2832,Parts1-3四、陰極保護系統(tǒng)組成-強制電流1、恒電位儀（電源供應）2、載流電纜（陰極電纜、陽極電纜）3、測試電纜（零位接陰電纜、參比電極電纜）4、參比電極（向恒電位儀反饋管道電位）5、被保護體（管道、罐底、站區(qū)設施等）6、陽極

按照安裝方式：淺埋、深井陽極

按照材料：高硅鑄鐵、MMO、石墨、非金屬等7、各種連接

恒電位儀和各種電纜連接（一般為機械連接）

電纜和管道的連接（一般為鋁熱焊接）

電纜之間的連接（一般為機械壓接）

電纜和陽極之間的連接（一般為機械壓接）8、其他附件

電位、電流測試樁；絕緣接頭；

排流地床、排流器；四、陰極保護系統(tǒng)組成-強制電流-+恒電位儀遠地點強陽極梯度區(qū)域相對結(jié)構(gòu)物位于遠地點的陽極CP電流管道/結(jié)構(gòu)物四、陰極保護系統(tǒng)組成-犧牲陽極1、陰極保護樁（有些情況無陰極保護樁）2、載流電纜（陰極電纜、陽極電纜）3、測試電纜（接管道電纜、參比電極電纜）4、參比電極5、被保護體（管道、罐底、站區(qū)設施等）6、陽極（Mg、Zn、Al等）及填包料7、各種連接

陰極保護樁和各種電纜連接、電纜和管道的連接（一般為鋁熱焊接）

電纜之間的連接、電纜和陽極之間