1、2021/8/221陰極保護(hù)原理與工程?hào)|營(yíng)奧科防腐薛萌2013年1月2021/8/222陰極保護(hù)的原理2021/8/223第一章 腐蝕原理 1.1 腐蝕是什么？腐蝕的定義：腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致金屬破壞的過程。 按照腐蝕原理可分為：化學(xué)腐蝕 定義：指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。特點(diǎn)：腐蝕過程中無電流的產(chǎn)生。 根據(jù)介質(zhì)的不同它又可分為： （1）.氣體腐蝕 （2）.在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕電化學(xué)腐蝕：定義：指金屬表面與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。特點(diǎn)：腐蝕過程中有電流的產(chǎn)生。 腐蝕原理2021/8/224腐蝕發(fā)生的示意圖腐蝕原理FeFe+2e-O2

2、+H2O+4e-4OH-離子離子電解質(zhì)電流陽極陰極金屬e-電流圖1 微分腐蝕電池的結(jié)構(gòu)示意圖2021/8/225FeFe+2eO2+2H2O+4e-4OH-2H2O+2e-H2+2OH- 通常工程材料自在常溫條件下含水環(huán)境中的腐蝕是一種自然的電化學(xué)腐蝕 含水的環(huán)境通常成為電解質(zhì) 腐蝕原理2021/8/226 腐蝕發(fā)生的四個(gè)必要條件： 1) 必須有陽極或陽極區(qū)；2) 必須有陰極或陰極區(qū)；3) 陽極和陰極之間應(yīng)電性連接4) 陽極和陰極必須置于導(dǎo)電性介質(zhì)中（通常是水或土壤)。腐蝕原理2021/8/227第二章 陰極保護(hù)的原理陰極保護(hù)原理2021/8/2282.1 陰極保護(hù)的歷史1936年在伊拉克首都

3、發(fā)現(xiàn)一個(gè)受陰極保護(hù)的壺銅保層的保護(hù)(1824年) 鋅、鐵可以對(duì)銅進(jìn)行陰極保護(hù)3. 鐵的早期保護(hù)。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)1905年美國(guó)用于鍋爐保護(hù)1924年鐵路上的蒸汽鍋爐2021/8/2292.3 陰極保護(hù)的分類和特點(diǎn)2.3.1 分類陰極保護(hù)分為：外加電流和犧牲陽極陰極保護(hù)外加電流是在回路中串入一個(gè)直流電源，借助輔助陽極，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)，如圖所示。犧牲陽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

4、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)生的電流來保護(hù)其它金屬的方法。2021/8/22102.2 陰極保護(hù)的原理mA銅板鐵板e(cuò)I犧牲陽極保護(hù)的原理犧牲陽極保護(hù)的原理2021/8/2211輔助陽極I鐵板銅板強(qiáng)制電流保護(hù)示意圖2021/8/22122.3.2 特點(diǎn)一、強(qiáng)制電流一、強(qiáng)制電流1、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；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極時(shí)，可進(jìn)行長(zhǎng)期的陰極保護(hù)；D: 每支輔助陽極床的保護(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

5、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)特點(diǎn)：必須有常年供電的直流電源和長(zhǎng)壽命輔助陽極地床2021/8/22132、缺點(diǎn)A: 一次性投資費(fèi)用偏高，而且運(yùn)行過程中需要支付電費(fèi)；B: 陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，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。二、犧牲陽極陰極保護(hù)特點(diǎn)：不需要外加直流電源，但犧牲陽極材料具備電位足夠負(fù)且長(zhǎng)期保持該負(fù)電位的電化學(xué)性能。2021/8/2214優(yōu)點(diǎn)：一次投資費(fèi)用偏低，且在運(yùn)行過程中基本上不需要支付維護(hù)費(fèi)用；保護(hù)電流的利用率較高，不會(huì)產(chǎn)生過保護(hù)；對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施無干擾影響，適用于廠區(qū)和無電源的長(zhǎng)

6、輸管道，以及小規(guī)模的分散管道保護(hù)；具有接地和保護(hù)兼顧的作用；1) 施工技術(shù)簡(jiǎn)單，平時(shí)不需要特殊專業(yè)維護(hù)管理。2021/8/2215缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)電位低，保護(hù)電流調(diào)節(jié)范圍窄；驅(qū)動(dòng)電位低，保護(hù)電流調(diào)節(jié)范圍窄；使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于50歐歐.米時(shí)，一般不宜選用犧牲陽極保護(hù)法；米時(shí)，一般不宜選用犧牲陽極保護(hù)法；在存在強(qiáng)烈雜散電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時(shí)，陽極在存在強(qiáng)烈雜散電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時(shí)，陽極性能有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)；性能有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)；1. 有效陰極保護(hù)年限受犧牲陽極壽命的限制，需要定期更有效陰極保護(hù)年限受犧牲陽極壽命的限制，

7、需要定期更換。換。陰極保護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)制電流保護(hù)和犧牲陽極保護(hù)各自的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)際需要、外界條件和經(jīng)費(fèi)指標(biāo)等因素進(jìn)行選擇使用。2021/8/22162.4 評(píng)定陰極保護(hù)效果的方法最小保護(hù)電位 為使金屬腐蝕停止進(jìn)行，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。監(jiān)控陰極保護(hù)效果的重要參數(shù)美國(guó)NACE標(biāo)準(zhǔn)：1) 施加陰極保護(hù)時(shí)被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的負(fù)電位至少達(dá)到 0.85V或更負(fù)(相對(duì)飽和硫酸銅參比電極)2) 相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極的負(fù)極化電位至少為 850mV.3) 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。 2021/8/22172

8、 最大保護(hù)電位 陰極保護(hù)電位越負(fù)，保護(hù)效果就越好，單點(diǎn)保護(hù)范圍也就越廣。但是過負(fù)的電位將使被保護(hù)金屬構(gòu)件防腐層與管道金屬間的結(jié)合力遭到破壞，產(chǎn)生陰極剝離，甚至氫脆。 在陰極保護(hù)中，提出陰極保護(hù)電位值并不是越負(fù)越有利于金屬的防護(hù)，而應(yīng)有一個(gè)絕對(duì)值最大的負(fù)電位值，稱之為最大保護(hù)電位。涂料種類油性涂料瀝青系涂料環(huán)氧瀝青涂料環(huán)氧系涂料（3層pe）耐陰極保護(hù)電壓(V)-0.88-1.20-1.50-1.30 -1.5一些涂料耐負(fù)電壓的性能2021/8/22182.5 應(yīng)用范圍船舶 船殼、推進(jìn)器、海水壓載艙、船用冷凝器、舵板、海底門、聲納、機(jī)艙積水等2) 港工設(shè)施和海洋設(shè)施護(hù)岸、棧橋、鋼板樁碼頭、海上石油

9、鉆井平臺(tái)、導(dǎo)管架、海底管線、水鼓、浮標(biāo)、閘門、滑道、過海隧道等。3) 陸上金屬設(shè)施 化工、發(fā)電、煉油、石化、制堿等工業(yè)系統(tǒng)中的海水冷卻器、冷凝器、熱交換器、海水泵、貯水罐、循環(huán)管路2021/8/2219 土壤電解質(zhì)中的金屬設(shè)施煤氣管線、天然氣管線、液化氣管線、上下水管線、輸油管線、通訊管線、儲(chǔ)罐的內(nèi)外罐底。 廠區(qū)地下管網(wǎng)市區(qū)、廠區(qū)和生活區(qū)地下各類金屬管網(wǎng)、接地網(wǎng)、電訊網(wǎng)等復(fù)雜的地下金屬構(gòu)件建筑樁基：陸地上建筑物的鋼質(zhì)樁基、鋼筋混凝土基礎(chǔ)等金屬構(gòu)件的防腐蝕2021/8/2220第三章 腐蝕發(fā)生的不同類型腐蝕發(fā)生的不同類型 2021/8/22212021/8/22222021/8/22232021

10、/8/2224第四章 陰保系統(tǒng)構(gòu)成2021/8/22252021/8/22262、強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖2021/8/2227第五章 犧牲陽極及外加電流犧牲陽極及外加電流 陰極保護(hù)比較陰極保護(hù)比較 2021/8/22282021/8/22292021/8/22302021/8/22312021/8/22322021/8/2233奧科奧科 - IHF數(shù)控高頻數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀與開關(guān)恒電位儀與可控硅、磁飽和可控硅、磁飽和恒電位儀性能對(duì)恒電位儀性能對(duì)比比2021/8/2234第五章 IHF數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀及AK-1控制柜操作規(guī)程 2021/8/2235本規(guī)程主要面向日常操作、管理和維護(hù)，簡(jiǎn)要說明了IHF數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀及YHS-1控制柜常用操作方法和注意事項(xiàng)，可以作為日常使用及管理維護(hù)的依據(jù)，詳細(xì)的使用方法請(qǐng)參閱恒電位儀及控制柜的使用說明書。2021/8/