阴极保护技术培训

电化学腐蚀阳极区发生金属的溶解：Me＝Men+＋ne阴极区发生氧化剂的还原：O＋ne＝R腐蚀原电池中通过的电流I代表了金属的腐蚀速度：I＝DE／RDE:阴、阳极间的电位差R：回路电阻若阴、阳极的位置相对稳定，就会产生局部腐蚀；若阴阳极的位置处于不断的变化之中就会产生均匀腐蚀。腐蚀原电池的产生是由于金属或合金在制造、加工使用过程存在着组织形式、成分、表面状态和介质的不均一性造成的。它可分为宏观腐蚀原电池和微观腐蚀原电池。如穿越不同土质的金属管道和不同金属的接触腐蚀属于宏观原电池腐蚀，而浸在导电介质中的金属孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀属于微观原电池腐蚀。阴极保护原理1.腐蚀原电池2.电化学腐蚀3.阴极保护4.埋地管道的腐蚀腐蚀原电池金属的电化学腐蚀就是腐蚀原电池作用的结果。通常可将腐蚀原电池分为微电池和宏电池两种。微电池是由金属变面许多微小的电极所组成的腐蚀电池，它的成因主要有：（1）金属化学成分的不均匀性；（2）金属金相组织的不均匀性；（3）金属表面膜的不完整性；（4）土壤微结构上的差异。腐蚀原电池宏电池是宏观可以观察到的电极所组成的腐蚀电池，常见的有以下三种情况：（1）不同的金属与同一电解质相接触；（2）同一金属接触不同的电解质溶液，或电解质溶液的浓度、温度、压力、流速等条件不同；（3）不同的金属接触不同的电解质溶液。腐蚀原电池形成的基本条件是：（1）有两个电极电位不等的电极或部位；（2）两电极处在同一电解质体系中；（3）两电极间有金属连接。腐蚀电池工作有三个环节：电极电位较负的电极为阳极，发生氧化反应（腐蚀）；电极电位较正的电极为阴极，发生还原反应（不腐蚀），阴、阳极之间的发生电子转移。电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质（电解质溶液）发生电化学作用而产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并通过金属内部的电子流和介质中的离子流形成闭路的原电池。在原电池中电位较负的部位（阳极）就遭受腐蚀，而电位较正的部位（阴极）就得到了保护，因此上述原电池也称腐蚀原电池。阴极保护1.定义：阴极保护就是防止或抑制被保护金属构筑物发生电化学腐蚀的技术。方法为对被保护的金属施加一定的阴极电流，使被保护金属的电位负于某一电位值，使其上的阳极反应得到抑制，从而使金属的腐蚀得到控制。2.方法：牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。牺牲阳极阴极保护1.定义：将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低速率的方法。2.在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。镁阳极适用于淡水和土壤电阻率较高的土壤中，锌阳极大多用于土壤电阻率较低的土壤和海水中，铝阳极主要应用在海水、海泥以及原油储罐污水介质中。牺牲阳极阴极保护外加电流阴极保护1.定义：将被保护金属与外加电流负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。2.外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地电池中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子的氧化反应，使腐蚀受到抑制。强制电流保护法的主要设备有，恒电位仪、辅助阳极、参比电极。外加电流阴极保护埋地管道的腐蚀土壤的性质埋地金属管道是因为存在于土壤这一腐蚀介质中才会产生腐蚀现象，所以要判断埋地管道的腐蚀程度首先要了解土壤的腐蚀性的强弱。土壤是由固相、气相和液相构成的不均一多相体系，其影响因素多，相互关系复杂，所以准确判定土壤的腐蚀性强弱比较困难。影响土壤腐蚀性的因素1.土壤电阻率2.土壤的氧化还原电位3.pH值4.土壤含水率5.土壤透气性埋地管道的腐蚀埋地管道腐蚀的种类：1.宏观腐蚀原电池2.微观腐蚀原电池3.杂散电流腐蚀埋地管道的腐蚀杂散电流杂散电流是引起地下钢结构激烈腐蚀的主要原因。地中若存在大量的杂散电流，必然会引起大地电位梯度的变化，利用此点，可判断土壤是否存在杂散电流以及其严重程度，并据此推断钢结构受干扰的可能性。我国行业标准规定对于金属管道附近的土壤中电位梯度大于0.5mV/m时认为有干扰的可能，当大于2.5mV/m时，应考虑采取防护措施。杂散电流也可以引起管地电位的变化，因此根据管地电位变化的程度，也可以判断管道是否受到杂散电流的干扰。我国标准规定：(1)当管地电位正向变化20mV时,为存在干扰；(2)当管地电位正向变化100mV时,必须采取防护措施。杂散电流的防护埋地管道阴极保护阴极保护设计1.阴极保护方法的选择2.电绝缘（系统化设计）3.设计计算4.套管中管道的阴极保护5.杂散电流的防护阴极保护方法的比较强制电流保护法的特点(1)适用于长输管线和区域性管网的保护(2)输出电流大，一次性投资相对较小(3)安装工程量较小，可对旧管道补加阴极保护(4)运行期间需要专业人员维护(5)容易实现远程自动化监控阴极保护方法的比较牺牲阳极法的特点(1)适用范围广，尤其是中短距离和复杂的管网(2)阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小(3)随管道安装一起施工时，工程量较小(4)运行期间，维护工作简单(5)阳极输出电流不能调节，可控性较小(6)一次性投资相对较大，系统失效，修复代价高阴极保护方案确定原则1.市内管网和短距离管道采用牺牲阳极2.长距离输送管道采用外加电流3.城镇燃气管道外加电流尽量采用深井阳极系统，最好用恒电流控制4.避免对其它管道的干扰5.新建管道与旧管道统一考虑设计计算1.参数选择保护电流密度：I=0.1～０.3mA/m2。最小保护电位：-0.85V,平均土壤电阻率（Ω.m）管道长度L（m）管道直径（m）设计寿命T（年）计算公式1.SY/T0019-97埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范中单支阳极接地电阻公式，组合阳极接地电阻公式，阳极输出电流、阳极寿命、阳极重量公式。2.牺牲阳极输出电流近似公式。dDtlDllRaHln2ln2ln2mAfYMg1500MgIIN385.0gITWMg套管中管道阴极保护1.套管中管道阴极保护的重要性2.套管中管道阴极保护的方法（1）带状镁阳极（2）带状锌阳极（3）镯状锌阳极杂散电流的防护1.直接排流2.极性排流3.强制排流阴极保护施工1.施工内容2.施工方法3.注意事项施工内容1.块状镁锌牺牲阳极2.排流阳极3.接地电池4.测试桩（含参比电极）5.套管中阴极保护6.检查片块状镁锌牺牲阳极的安装测试桩、参比电极的安装接地电池的安装套管中带状阳极的安装检查片的安装焊点防腐图阴极保护验收1.验收内容材料、施工、效果2.验收标准1、保护电位为-850mV（相对于Cu/CuSO4饱和参比电极）或者更负。2、阴极极化电位不得小于100mV。3、当土壤中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于0.5%时，保护电位应达到-950mV（相对于Cu/饱和CuSO4）或更负。4、最大保护电位的限制应根据覆盖层环境确定，以不损坏覆盖层的粘结力为准，一般可取-1.5V(相对于Cu/饱和CuSO4）。防腐层漏点的检测和修复阴极保护系统的运行和管理1.运行和管理2.常见故障与排除运行和管理1.定期检查检查周期：牺牲阳极阴极保护系统检测每年不少于2次检查内容：管道保护电位、土壤电阻率、阳极接地电阻、阳极开路电位、管道自然电位、阳极输出电流2.数据记录并画电位分布曲线3.阴极保护失效区域的检测及排除4.阴极保护覆盖率100%，保护度大于85%5.阴极保护系统投入运行的第一年应进行保护度的考核，此后每三年进行1次。常见故障与排除1.阳极输出电流减小，达不到保护电位这种现象的可能原因有:a．阳极消耗掉，可能需要更换；b．阳极/阴极的连接断开；c．阳极/导线接头断开；d．阴极/导线接头断开；e．阳极周围土壤干燥f．环境污染对阳极性能的影响。常见故障与排除2.阳极输出电流增大，但被保护体电位极化不上去这种现象的可能原因有：a．被保护体所需电流过大，阳极输出的电流远小于所需电流；b．被保护体与相邻金属构筑物有电连接；c．环境改变引起迅速去极化或者水的含氧量增大；d．绝缘装置失效；e．覆盖层老化或破坏常见故障与排除3.牺牲阳极可能出现的其它故障a.牺牲阳极体腐蚀不严重，但阳极已经不能工作。可能的原因为，阳极成分不合理，在工作环境中造成钝化所致，影响因素有温度、含盐类型等。b.阳极体局部腐蚀严重，造成阳极体断裂。可能的原因是阳极合金化不均匀，造成局部腐蚀；c.未达到设计寿命，阳极失效。可能的原因为，阳极杂质含量高，阳极效率低。d.在交流电干扰状态下，有时阳极会发生极性逆转，管理中，如有交流干扰要严密监视。阴极保护参数测试1.电位测试：地表参比法、近参比法远参比法、断电法、辅助电极法等2.阳极输出电流测试：标准电阻法、直测法3.牺牲阳极接地电阻测试4.土壤电阻率测试：等距法，不等距法5.管内电流测试：电压降法（UJ33a），补偿法6.绝缘性能测试：兆欧表法，漏电电阻法电位测试简图电流测试简图电阻率测试简图现场电位测试现场电位测试2施工场景施工场景现场照片现场照片现场照片深井阳极地床施工现场照片现场照片