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1、新型技术阴极保护在储罐基础工程中的应用新型技术阴极保护在储罐基础工程中的应用王海金大连港湾工程有限公司，116000摘要：摘要：新港沙坨子三期原油及成品油储罐项目工程 -储罐环墙基础及沥青砂工程是大连北方油品在新港沙坨子油品储运建设的重要一部分，该工程的 3 座 3.5 万 m罐基础部分已经于 2012 年8 月施工完成，此次施工过程中认识了阴极保护这种新型防腐技术。本文从预防地下或地下金属构造物的角度,首先介绍了阴极防腐应用现状、材料特性，然后着重阐述了阴极保护在储罐基础中的原理及方法。关键词：关键词：外加电流法阴极保护阴极保护，腐蚀，防腐蚀1 1 引言引言新港沙坨子三期原油及成品油储罐项目
2、工程 -储罐环墙基础及沥青砂工程位 于沙坨子三期，距离海边较近，储罐底板的腐蚀原因主要有：罐底基础沥青砂层由于老化开裂，基础内的水份可以通过裂缝渗透到罐底，使储罐外壁底板发生腐蚀；雨水可能沿储罐侧壁通过储罐底板与沥青砂之间的缝隙渗透进来，在透气程度不同的区域之间构成了氧浓差电池，而且往往是大阴极小阳极的模式，局部的腐蚀速度特别快，在缝隙内还有可能形成缝隙腐蚀的自催化效应；杂散电流的腐蚀；硫酸盐还原菌的存在；施工质量不合格，例如焊缝不合格或用海砂作为基础带入氯离子等。以上因素均可能造成储罐外壁底板发生腐蚀。目前普遍采用外加电流保护法对储罐底板外壁进行阴极保护，小型储罐可以采用牺牲阳极保护工程。2
3、 2、阴极保护技术在我国的发展、应用现状阴极保护技术在我国的发展、应用现状1823 年，英国学者汉戴维（Davy）接受英国海军部对木制舰船的铜护套的腐蚀的研究，用锡、铁和锌对铜进行保护，并将采用铁和锌对铜保护的相关报告于1824年发表，这就是现代腐蚀科学中阴极保护的起点。虽然戴维采用了阴极保护技术对铜进行保护，但对其工作原理却并不清晰。1834年，电学的奠基人法拉第奠定了阴极保护的原理；1890 年爱迪生根据法拉第的原理，提出了强制电流阴极保护的思路。1902 年，K柯恩采用爱迪生的思路，使用外加电流成功地实现了实际的阴极保护。1906 年，德国建立第一个阴极保护厂；1910 年1919年，德
4、国人保尔和佛格尔用10年的时间，在柏林的材料试验站确定了阴极保护所需要的电流密度，为阴极保护的实际使用奠定了基础。我国的阴极保护工作开始于1958年。其直接原因是当时一条长输管道（克拉玛依独山子输油管道）埋地11 个月就开始穿孔漏油，最严重时每天都要穿孔几次。1961年将原管道停产并施加了阴极保护，施加阴极保护后，该管道连续运行了20多年未出现漏油，1986年有关专家通过考察、分析、评估，认定此管道还可工作20年。自阴极保护作为一种金属防腐蚀技术开始至今, 阴极保护系统的设计方法, 大致经历了以单纯依据经验和简单的暴露试验进行阴极保护系统设计的经验设计方法, 以欧姆定律为基础进行阴极保护系统设
5、计的传统计算设计方法、应用现代数值计算方法和以计算机作为计算工具进行阴极保护系统设计的现代设计方法的发展阶段。随着航海业的产生和发展, 大量使用金属材料, 腐蚀问题也随之而来。人们开始寻求对船舰等各种海上设施进行保护的方法。十九世纪二十年代初, 汉雷弗 戴维爵士从英国海军部接受一项保护舰船铜包层的任务。在实验室里, 他进行了大量的实验后发现可以用锌或铁对铜进行阴极保护。他在另一项研究中发现, 用一定比例的锌或铁能满足船上铜包层的阴级保护的需要。他首次对号舰的表面铜包层进行阴级保护, 并取得了良好了效果。这个时期, 由于缺乏科学的、系统的金属防腐蚀理论基础, 人们对阴极保护系统的设计仅仅是单凭以
6、往设计的失败教训和成功的经验, 以及由简单试验得到的数据来进行的。这种设计方法, 我们称之为经验设计方法。经验设计方法是非定量的, 带有极大的盲目性。采用这种设计方法设计的阴极系统, 其成功与否几乎取决于运气。尽管这样, 这仍不失其作为阴极保护系统设计方法开端的意义。3 3 、阴极保护材料特性、阴极保护材料特性阴极保护技术根据提供阴极电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，前者是将一种电位更负的金属（如镁、铝、锌等）与被保护的金属结构物电性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向被保护物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交流电转变成低压直流电，通过辅助阳极将
7、保护电流传递给被保护的金属结构物，从而使腐蚀得到抑制。不论是牺牲阳极法还是外加电流法，其有效合理的设计应用都可以获得良好的保护效果。4 4、阴极保护的原理、阴极保护的原理钢铁在海水中的腐蚀是一个电化学过程, 阴极区往往不腐蚀。如使钢铁表面全部处于阴极状态来抑制微阳极区钢铁的电子释放。就可防止钢铁的腐蚀。阴极保护即在金属表面上加上阴极电流。当这些电子来不及与水中的氧作用时, 就会在钢铁表面积聚起来。使钢铁表面的电位向负方向移动, 形成阴极极化。这时, 微阳极释放电子的能力就减少。电流愈大或时间愈长电子积聚就越多, 钢铁表面的电位就越负, 微阳极释放电子的能力就越弱。当阴极电流释放的电子足够多,
8、使钢铁表面达到了等电位, 腐蚀微电他作用被迫停止, 钢铁就得到了保护。阴极保护施工过程中阴极保护施工过程中5 5、 阴极保护的技术阴极保护的技术1 1、 牺牲阳极法阴极保护牺牲阳极法阴极保护： a9b UI在土壤等电解质环境中，牺牲阳极因其电极电位比被保护体的更负，当与被保护体电连接后将优先腐蚀溶解，释放出的电子在被保护体表面发生阴极还原反应，抑阻了被保护体的阳极溶解过程，从而对被保护体提供了有效的阴极保护。(1)牺牲阳极保护法的主要特点是：适用范围广，尤其是中短距离和复杂的管网；阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小；随管道安装一起施工时，工程量较小；运行期间，维护工作简单。阳极输出电流不能
9、调节，可控性较小。2 2、外加电流法阴极保护：、外加电流法阴极保护：外加电流法阴极保护则是利用外部电源对被保护体施加阴极电流，为其表面上进行的还原反应提供电子，从而抑阻被保护体自身的腐蚀过程。“两种方法的保护原理相同，只是提供阴极电流的方式不同，且由此衍生出的设备装置和技术要求都有很大不同。（1）强制电流保护法的主要特点是： 1、适用于长输管线和区域性管网的保护 &Fb(p$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R#?XN.I%u4、运行期间需要专业人员维护 5、容易实现远程自动化监控（2）外加电流法阴极保护的方式：1、浅埋阳极地床技术浅埋阳极地床是指一
10、支或多支阳极垂直（或水平）安装于地下1 米或更深的土壤中，以提供阴极保护的阳极地床。优点是保护范围大、经济、保护装置寿命长。但受地形限制较大，存在阳极地床气阻随时间增大，电阻率增大的问题，它会造成地电位正移、电位梯度增大，导致对周围其它构筑物的杂散电流干扰不断严重。 外加电流阴极保护系统原理图外加电流阴极保护系统原理图2、 深井阳极地床技术深井阳极地床是指一支或多支阳极垂直安装于地下 15m 或更深的井孔中，以提供阴极保护的阳极地床。与常用的浅埋阳极地床相比具有使用时不受地形限制、干扰小、接地电阻小、能提供比浅埋阳极更均匀的保护电流、保护效果好等优点。深井阳极地床应在地下金属构筑物密集、无法设
11、置浅埋阳极、且如果使用普通的浅埋阳极会对邻近的金属构筑物产生干扰，或者地表的土壤电阻率高的场合使用。9S 3、分布式阳极地床技术分布式阳极地床是指阳极沿被保护管道近距离线性敷设，以提供阴极保护的阳极地床。主要优点是保护电位沿管道均匀分布，可以避免长距离管道保护中过保护和保护不足同时存在的问题，对其他金属构筑物干扰影响最小，即使管道防腐层破损严重，也能保证电流的均匀分布，实现阴极保护，适用于不同土壤电阻率的土壤环境。沙坨子储罐阴极保护成果图沙坨子储罐阴极保护成果图6、结论结论阴极保护技术作为一项效果好、应用领域广的防腐蚀技术，其使用效果已经得到了大家的认可。在我国，阴极保护最早主要应用于石油化工
12、、船舶等领域，近年来随着东海大桥、杭州湾大桥、青岛跨海大桥等跨海大桥的修建，在桥梁、港口等众多领域都得到了推广。相信随着众多领域对腐蚀控制的重视，阴极保护将在我国得到更大发展，为更多构筑物、设备提供防腐蚀保护。参考文献：参考文献：1.、颜东洲 黄海 李春燕 国内外阴极保护技术的发展和进展 （中国工业防 腐蚀技术协会，北京 100101）2、胡学文，许崇武接地网外加电流阴极保护示范工程广东输电与变电技 术，2003（1） 3.宋金会，邹向东郑州市天然气管网阴极保护系统的特点及运行管理第三 届中国国际腐蚀控制大会技术推广文集，2005 4. 魏宝明,储炜,汪鹰.混凝土中钢筋的腐蚀与防护J.腐蚀与防护, 1999, 20(2): 5658. 5. 李正家通信用太阳电池电源国内外发展概况及趋向电信科学， 1988（3） 作者简介作者简介：王海金，男，生于 1986 年 7 月 24 日，2010 年 7 月毕业于大连民族学院土木工程专业，现就职于大连港湾工程有限公司，岗位技术员，助理级工程师，主要从事工程施工技术与管理工作。
