[2017年整理]阴极保护的基本知识

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1、1阴极保护的基本知识阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。美国腐蚀工程师协会（NACE）对阴极保护的定义是：通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属,如铝、锌或镁。阳极材料不断消耗,释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化，从而实现保护。外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。 保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止（或可忽略）时所需的电位。实践中，钢铁的保

2、护电位常取-0.85V（CSE），也就是说，当金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，该金属就受到了保护，腐蚀可以忽略。 阴极保护是一种控制钢质储罐和管道腐蚀的有效方法，它有效弥补了涂层缺陷而引起的腐蚀，能大大延长储罐和管道的使用寿命。根据美国一家阴极保护工程公司提供的资料，从经济上考虑，阴极保护是钢质储罐防腐蚀的最经济的手段之一。 网状阳极阴极保护方法 网状阳极阴极保护方法是目前国际上流行且成熟的针对新建储罐罐底外壁的一种有效的阴极保护新方法，在国际和国内都得到了广泛应用。网状阳极是混合金属氧化物带状阳极与钛金属连接片交叉焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。阳极网预铺设在储罐基础中，为

3、储罐底板提供保护电流。 网状阳极保护系统较其它阴极保护方法具有如下优点： 1) 电流分布均匀，输出可调，保证储罐充分保护。 2) 基本不产生杂散电流，不会对其它结构造成腐蚀干扰。 3) 不需回填料，安装简单，质量容易保证。 4) 储罐与管道之间不需要绝缘，不需对电气以及防雷接地系统作任何改造。 5) 不易受今后工程施工的损坏，使用寿命长。 6) 埋设深度浅，尤其适宜回填层比较薄的建在岩石上的储罐。 7) 性价比高，造价仅为目前镁带牺牲阳极的 1倍；虽然长期由恒电位仪提供电流，但其可靠性，寿命和综合经济效益远高于牺牲阳极； 深井阳极阴极保护 深井阳极阴极保护是近年来兴起的一种阴极保护方法，采用的

4、阳极与浅埋基本相同，但施工较浅埋阳极复杂得多，且一次性投资比较高，调试比较麻烦。现场是否适合采用深井保护还需考虑当地的地质情况、地层结构以及周围金属构筑物的分布情况。但从其保护效果及投资来说，推荐在需要对整个大型罐区和埋地管网进行保护时采用。深井阳极也可用于保护长输管道，但由于现场施工复杂等原因，一般很少采用。 柔性阳极产品 柔性阳极亦称缆形阳极，是一种新型阳极，早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发，目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。 该阳极的基本结构为铜芯外面包裹导电聚合物及耐酸碱编织层，然后经过特殊的工艺处理，使之具有耐热、抗老化的性能，在允许在工作电流范

5、围内，其工作寿命预期可达 40年以上。这种结构，铜芯确保了纵向低电阻，可以把电流传到很远；而且导电聚合物确保了横向有一较高电阻接地，使铜芯中的电流只能慢慢地“滴入”地中。柔性阳极产品和常规辅助阳极相比，柔性阳极在下列领域具有优越性： 2覆盖层老化的旧管道； 错综复杂的管网； 储罐罐底外壁； 长距离、小间距平行的管道； 高电阻率环境。 埋地钢结构防腐蚀技术 埋地钢结构防腐蚀技术 埋地金属构筑物的种类繁多，包括输送各种流体的金属管道、管网，也包括各种各样的金属储罐，以及各种避雷接地装置（网）等等。这些金属构筑物直接或通过防腐层间接与土壤接触。土壤是由固态、液态、气态三相物质所组成的复杂的混合体系，

6、它的结构、成分以及其它环境因素的相互作用，使得土壤腐蚀性比其他介质更为复杂。土壤酸碱性、细菌类型及含量、无机盐离子类型及含量、杂散电流大小及方向等是影响其腐蚀性能的重要因素，有时土壤的这种腐蚀是很严重的。总体上讲，土壤腐蚀会不同程度降低金属构筑物的使用寿命。而且，由于不同条件下金属构筑物会发生不均匀腐蚀，对管道而言会造成局部穿孔，更是大大影响了整条管道的使用寿命。因此对埋地金属构筑物进行有效的保护是十分必要的，现有解决方案一般采用外涂层与阴极保护联合使用的方法。阴极保护分为牺牲阳极保护和强制电流保护两种方法，以下对两种方法分别进行介绍。 1牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金

7、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。 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。 牺牲阳极保护法的主要特点是： (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，

8、维护工作简单。 (5) 阳极输出电流不能调节，可控性较小。 2. 强制电流保护法 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。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。 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 (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

9、现远程自动化监控 3.强制电流阴极保护系统组成 * 阳极地床 3阳极地床一般分为浅埋阳极地床和深井阳极地床两种。 * 阴极保护控制系统 阴极保护的控制系统由恒电位仪、控制箱、阳极地床、阴极通电点组成 * 阳极地床通过汇流电缆与恒电位仪阳极接点相连。阴极通电点设置两根阴极电缆和两支电位控制用长寿命固体硫酸铜参比电极。 * 阴极保护检测系统 阴极保护检测系统由恒电位仪和管线测试桩组成，恒电位仪可以自动测量通电点的电位、恒电位仪的工作电位和输出电流；管线测试桩可检测管道的保护电位和牺牲阳极的工作电位、输出电流、开路电位。 * 阴极保护排流系统 杂散电流干扰强烈的地区的管道应采取排流保护。在长输管道与

10、高压输电线路平行段或者与电气化铁路交叉平行段必须根据杂散电流影响的大小设置排流阳极组。 * 临时保护系统 按照阴极保护设计规范的要求，如果管道的施工期超过 6个月，此管道应该设置临时阴极保护系统，来避免外加电流阴极保护系统投用前管道受到土壤的腐蚀。 * 阴极保护绝缘与电连接系统 为保障阴极保护电流不泄漏到非保护的金属部分，在长输管道两端设置绝缘接头。 * 套管中管道的阴极保护 当管道穿越公路、铁路时，需要加钢质套管。为了保证套管中管道在设计寿命年限之内不受腐蚀，必须采用镯式锌阳或锌带极进行阴极保护。 牺牲阳极 在腐蚀介质中，当牺牲阳极与保护体形成电性连接后，靠阳极自身的溶解提供阴极保护电流，作

11、为牺牲阳极的材料一般具备以下几个条件： 1 具有足够负的电位，且很稳定。 2 工作中阳极极化率小，溶解均匀，产物可自动脱落。 3 有较高的电流效率。 4 电化学当量高。 5 腐蚀产物无毒，不污染环境。 6 价格便宜，来源方便。 目前较常用的牺牲阳极材料有锌基、铝基和镁基合金阳极，其材料成分和电化学性能不同，应用环境也有所不同。 外加电流阴极保护产品 外加电流阴极保护产品 外加电流阴极保护法，是通过外加电源来提供所需的保护电流。将被保护的金属作阴极，选用特定材料作为辅助阳极，从而使被保护金属受到保护的方法。 外加电流阴极保护系统由如下几部分组成： 直流电源， 辅助阳极， 参比电极。此外，为使阳极

12、输出的保护电流更均匀，避免阳极附近结构物产生过保护，有时在阳极周围还须涂刷阳极屏蔽层。为使船舶的轴及推进器等转动结构获得良好的保护，应加装轴接地装置。 直流电源 在外加电流阴极保护系统中，需要有一个稳定的直流电源，以提供保护电流。目前，广泛使用的有整流器和恒电位仪两种。一般，当被保护的结构物所处的工况条件（如浸水面积、水质等）基本不变或变化很小时，可以采用手动控制的整流器；但当结构物所处的工况条件经常变化时，则应采用自动控制的恒电位仪，以使结构物电位总处在最佳保护范围内。 4在工程中广泛使用的恒电位仪主要有三类：可控硅恒电位仪、磁饱和恒电位仪和晶体管恒电位仪。可控硅恒电位仪功率较大、体积较小，

13、但过载能力不强。磁饱和恒电位仪紧固耐用，过载能力强，但体积比较大，加工工艺也比较复杂。晶体管恒电位仪输出平稳、无噪声、控制精度较高，但线路较复杂。 辅助阳极 辅助阳极的作用是将直流电源输出的直流电流由介质传递到被保护的金属结构上。可作辅助阳极的材料有很多，如废钢铁、石墨、铅银合金、高硅铸铁、镀铂钛、包铂铌以及混合金属氧化物电极等。这些材料各有其特点，适用于不同的场合。 我所在辅助阳极材料研究与开发方面做了很多工作，开发的铂铌阳极等具有体积小、排流量大、使用寿命长、工作稳定可靠等优点。已广泛应用于船舶、钢桩码头、循环水泵、冷凝器及海水管道的保护中。 参比电极 参比电极的作用有两个：一方面用于测量

14、被保护结构物的电位，监测保护效果；另一方面，为自动控制的恒电位仪提供控制信号，以调节输出电流，使结构物总处于良好的保护状态。在工程中，常用的参比电极有铜/饱和硫酸铜、银/卤化银及锌参比电极等，这些参比电极各具特点，适用于不同的场合。我所研制的埋地管线阴极保护用长寿命铜/硫酸铜参比电极，因具有性能稳定可靠、使用寿命长等优点，而被广泛使用。为保证外加电流系统的控制和检测，我所研制了海水 Ag/AgCl和高纯锌复合参比电极。 城市埋地煤气管道的阴极保护方法 埋在土壤中的金属管道由于各种原因管道表面将出现阳极区和阴极区，并在阳极区发生局部腐蚀。阴极保护就是利用外加手段迫使电解质中被保护金属表面都成为阴

15、极，以达到抑制腐蚀的目的。使用阴极保护时，被保护的金属管道应有良好的防腐绝缘层，以降低阴极保护的费用。阴极保护技术根据保护电流的供给方式，可分为牺牲阳极法和强制电流法两种保护方法。采用牺牲阳极法的主要优点有：无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其他建构筑物、保护电流利用率高等，因此特别适合于城市范围内的埋地钢管腐蚀。而我公司输配管网绝大部分均埋设在市区范围，因此我公司予以推荐。另方面，强制电流法则有：保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点，故适合用于长输管线或市郊管线的防腐。如应用于市区范围内时，则由于其会产生干扰电流而影响其他管线及建筑物，且还需

16、要征地或占用建筑物，因此在实施时会带来较大的困难。因此，城市埋地煤气管道防腐的阴极保护宜用牺牲阳极法。当条件许可时，也可采用强制流保护法。目前，在我公司城市燃气输配管网中，已全面采用牺牲阳极法来进行管道防腐。 广州埋地燃气管道阴极保护的设计与施工 3.1 牺牲阳极选用及布点的技术要求 （1）电防护法在选用时应符合以下要求 a）锌阳极不得使用在土壤电阻率20Om 的场合； b）镁阳极不宜使用在土壤电阻车100m 的场合； c）外加电流阴极保护法在选用时不受土壤电阻率的限制。 （2）采用牺牲阳极法时，选用阳极的保护效果应符合以下要求： a）对地电位应达到-0.85V 或更负； b）通电时，阴极电位较自然电位向负方向变化值应大于 300mV； c）当土壤或水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于 0.5时，通电后，对地电位应达到-0.95V 或更负。 （3）在牺牲阳极法中的镁阳极选用时，必需按照表 1来进行选取。 5（4）牺牲阳极在埋设时，与保护的燃气管道的距离不宜小于 0.3m，也不宜大于 7m，埋设深度