2020年潮湿环境下机械装备的阴极保护技术论文

潮湿环境下机械装备的阴极保护技术论文 摘要：本研究概括了机械装备在潮湿环境下的腐蚀特征，阐述了牺牲阳极的阴极保护、外加电流的阴极保护等技术的应用与发展，重点分析了潮湿环境下机械装备的阴极保护技术的发展趋势。 关键词：机械装备;潮湿;阴极保护技术 机械装备的阴极保护技术已有上百年的历史，很多机械装置，特别是埋地管线都采用了阴极保护技术，而且与有机涂层相结合使此项技术的功效发挥得更加突出。大庆油田绝大多数石油、石化装备和输送管道，都不同程度地与液相环境有关联，如何更好地抑制潮湿气体、液体对金属的腐蚀，对提高装备使用寿命具有重要意义。 1 潮湿环境下腐蚀特征 第一，随机性。由于湿度、温度、降水等天气变化而出现表面附着的液膜厚度改变，表现为不确定性增减，何时出现哪种情况是没有明确规律的。第二，不均匀性。机械装备金属表面的粗糙、组织缺陷、附着的微小固体颗粒等都能够造成潮湿环境中的水蒸气择优吸附凝结，使金属构件表面液膜不均匀。此外，机械装备构件上的有机涂层不可避免地会存在微孔或微裂纹，这些点也能够造成水蒸气的不均匀凝结。对于埋地式装备的金属构件，局部金属表面接触的混凝土或泥土密度差异是产生不均匀性的直接原因。第三，高抗阴性。潮湿环境中形成的薄液膜，由于电阻率高而使体系呈现高阻抗特征。浸湿的混凝土，其电阻率为2.54.5kQ.cm，中等腐蚀性土壤的电阻率约为其1门01。第四，非连续性。由于液膜在表面张力和重力的作用下具有迁移流动性，导致其厚度不均匀，而液膜的薄厚又影响盐分和氧在其中的溶解，金属表面腐蚀介质表现出非连续性，使阴极保护要达到对被保护构件整体的保护十分困难2。 2 牺牲阳极的阴极保护 牺牲阳极的阴极保护应用较早，因其安装方便和无控制运行而获得广泛应用。最常用的牺牲阳极材料有锌合金、铝合金和镁合金。因驱动电压小、阳极消耗大，限用于阻抗较小、介质腐蚀性不强的环境中，且基本都与非金属涂层进行联合保护。采用超细锌粉制成的镀锌涂料中锌粉含量通常占干膜重量的70%以上，能够在金属表面形成一层导电薄膜，锌粒与钢铁基体之间存在电偶作用，在腐蚀环境中会腐蚀牺牲，而对涂层缺陷中暴露在电解质溶液下的金属构件起阴极保护作用。同时，锌粉上腐蚀产物填塞涂层中的微L，能够一定程度地阻滞腐蚀介质通过而达到金属表面。富锌涂料对锌粉的粒径有严格的要求，应介于2lOUm。粒度小于2um，锌粉活性降低，其电位甚至高于钢铁的电位，因而失去阴极保护作用。粒度大干10um，会降低涂层的遮盖力，不利于形成均匀涂膜。富锌涂层中锌粉的阴极保护作用存在作用期限，该期限的长短取决于成膜物质、锌粉含量、涂层厚度等因素3J。此外，锌是一种对温度敏感的材料，当温度超过定值时，锌在水溶液中的电位将高于钢铁的电位而使富锌涂层转变成阴极性涂层，反而会加速腐蚀，所以应用受到一定的限制，特别是难以满足石油开采和石油化工生产中的复杂而苛刻的腐蚀环境条件。 3外加电流的阴极保护 外加电流阴极保护技术的保护电流由外电源提供，所以可控性强，适用范围更广。初期的设计思想是把被保护区域划分为尺寸相近、彼此独立的单元，不存在电连接的区域必须分配给不同的阴极保护电路，确保所有区域都能得到保护，否则将产生严重的杂散电流干扰腐蚀。潮湿环境下金属表面的腐蚀介质是高阻抗且呈分散状态的液膜，传统方式的外加电流不能达到所有的腐蚀介质接触的金属表面，也就无法构成完整的阴极保护回路，曾有许多学者认为该领域是阴极保护的禁区4。在大型储罐内壁液位线以上部位、潮湿保温层下的管道等结构中钢铁材料腐蚀均非常严重，即使采用高效有机涂层保护，效果也不理想，急需开创一种全新的防护理念，人们尝试过多种研究和探索。美国学者发明了能够吸收海水的结构，用以提供阴极保护电流的通路。苏联发明了浮动式阳极保护装置5。这些发明的核心思想都是设法在非连续液面中保持局部有连续相的电解质，本质上仍属于传统阴极保护技术。非连续液相下外加电流阴极保护的主要障碍是固体电解质材料研究进展迟缓。我国发明的Si02构成的三维空间网络结构物，成为阴阳离子迁移的快速通道。此外，还采用B”- Al：03快离子导体配置成固体电解质涂料，在金属表面成膜，再涂覆电子导电的阳极涂层，构造了阴极保护系统电解池，该技术曾用于储罐底板和架空线的外防腐6。美国还开展汽车采用外加电流法实施阴极保护的研究，陆续出现了各种电子防锈器产品，都是对这一领域的有益探索。 4 阴极保护的发展趋势 牺牲阳极的阴极保护由于驱动电压小、消耗大量的阳极合金、可控性低等原因，正越来越多地被外加电流阴极保护所取代7。外加电流的阴极保护研究主要集中在寻求更优良的新型电介质材料、低消耗的辅助阳极材料、适应高阻抗体系的电源、自动控制系统等方面，正朝着设计模块化、参数控制自动化、区域保护联合化方向发展。潮湿环境下的金属表面处于不均匀分散、高抗阻的腐蚀介质中，阴极保护受到一定制约，虽已取得一些成果，但阴极保护方案优化、保护参数的精细控制以及保护效果的实时评价仍将是今后的研究重点。 _： 1 Mohammed Ali, Hassan Ali Al-Chamam. Cathodic Irotection for ahove-watersections of a steel-reirforced concrete seawater intake structureJ .MaterialsPerfonnance,1998,37(6): 11-16 2朱日彩腐蚀与防护技术基石出M.北京冶金工业出版社，1987:28-37. 3李时晨.超细锌粉在富锌涂料中的应用研究J.云锡科技，1995 ,22(3)：28- 31. 4 Covine Jr.B.S.,CramerS.D.,et a1.Thermal spray anodes for impressed currentcathodic protection of reinforced concrete structuresJl.MatenaLs Perfonnance,1999,38(1): 27-32. 5 Knepper M., Melzer A., et a1.Arc spraying for the produchon(】f milti-conponertzine anodes for corrosion Frotection of concrete structures. ASM.Thermal SpraySociety Proceechng of the Intemational Thennal Spray ConferenceC.Montreal:ASM Intemational, xx:1045- 1049. 6葛斗福，张宗旺，用固体电解质涂料在气相环境中实施外加电流阴极保护J中国腐蚀与防护学报，19