金属的腐蚀与防护..讲课教案

1、金属的腐蚀与防护.二、电化学腐蚀： 金属表面与离子离子导电的介质发生电化学反应而引起的，任何一个电化学包含有一个阳极反应和阴极反应，并以金属内并以金属内部的电子流和介质中的离子流形成电流回部的电子流和介质中的离子流形成电流回路。路。阳极发生氧化反应，即金属离子从金属转移到介质中，并将电子留在金属上；阴极发生还原反应，即介质中的氧化剂吸收来自阳极的电子。三、物理腐蚀： 金属由于单纯的物理溶解作用而引起的 破坏。管道腐蚀 以上三种腐蚀在电气化铁路沿线的石油管道中都存在，只不过是考量那一种腐蚀的腐蚀速率最快，对管道具有保护要求 。就目前世界各国的研究表明，在这些地下管道和地下埋地金属中，最应该关注的

2、就是电化学腐蚀，因为只要有电化学腐蚀的环境其腐蚀速率要远远大于其他两种腐蚀速率。埋地金属电化学腐蚀的产生 埋地金属电化学腐蚀的主要原因就是杂散电流对地下金属产生交流或直流干扰，使杂散电流的流动过程形成了两个有外加电位差而建立的腐蚀电池，使其附近的埋地金属管道遭受腐蚀，其腐蚀速度比一般土壤腐蚀激烈得多。在没有杂散电流时，腐蚀电池两极电位差只有零点几伏，而在有杂散电流存在时，管道上的管地电位可能高达89V，通过电流最大能达到几百安培，其影响则可以远达几千米范围，杂散电流是腐蚀穿孔的主要原因。 杂散电流的产生与分类 1、直流杂散电流 直流电气化铁路、直流电解设备接地极、阴极保护系统中辅助阳极和阴极管

3、道、高压直流输电系统中的接地极。其中以直流电气化铁路最具代表性，同时也对埋地管道造成最大的干扰影响和危害 。 2、交流杂散电流 油气管道与高压输电线路、交流电气化铁道平行或接近铺设时，平行或接近的管道上就会产生感应电压，这种感应电压会导致交流杂散电流产生。杂散电流的判定一、直流杂散电流 埋地管道是否收到直流干扰是以管地电位的变化为依据，其中管地电位正负交变为其最明显的特征。英国标准（BSI）以+20mV为指标，日本以+50mV为指标，德国以+100mV为指标，一般认为管地电位正向偏移20mV是干扰存在和需要采取措施的判定指标。 我国石油行业标准（SY/T0017-2006埋地钢制管道直流排流保

4、护技术标准）中规定：1、当在管道上任意点的管地电位较自然电位正向偏移20mV，或者管道附近土壤的电位梯度大于0.5mV/m时，确定有直流干扰；2、当在管道上任意点的管地电位较自然电位正向偏移100mV，或者管道附近土壤的电位梯度大于2.5mV/m时，管道应采取直流排流保护或其他防护措施。二、交流杂散电流 目前对交流杂散电流来说，国际上并无统一的结论，因为交流杂散电流在特性上是正负交替，不会为电化学腐蚀提供腐蚀电流，因此我们对交流杂散电流的处理便是电位钳位，因为过高的交流电压会使镁阳极性能下降，甚至极性逆转，从而加速管道腐蚀。降低杂散电流措施 如果把在管道中流动的杂散电流直接引流回（不再经大地）

5、电铁的回流线（铁轨等），流动的电流将成为阴极保护电流，所以不仅不会对管道产生腐蚀，而且可以起到保护作用。由此原理，国际上通常直接排流法，即将管道与接地体（变电所的负极或回流线或镁阳极）直接连接。现有排流设备 现有设备不做任何检测，都采用通过二极管直接连接镁阳极，无论何时，都在排流，消耗镁阳极，原理图如下： 排流柜镁阳极新排流设备 针对目前国际上通用的排流柜结构和排流原理，结合目前交、直流排流现场情况，便携、能按需排流的排流装置是非常必要的，该排流装置有以下两大特点。 1、便携式 以往的排流柜都是尺寸大，不方便携带，安装及更换二极管是及其不方便。由于排流现场又都在野外作业，所以改变以往排流柜尺寸

6、大，安装更换不方便的弊端，目前新型排流柜是便携式的，方便现场工作人员的安装维护。 2、按需排流 由以上各个国家目前的排流指标标准不一，国内很多排流现场的直流干扰源与土壤湿度和电阻率各不相同这些情况出发，研究设计一款能按需排流的排流器是非常必要的。如：当以英国标准排流时，将正向极化电位设置为20mV，当极化电位大于20mV时，排流器接通管道与牺牲阳极，开始排流；当极化电位小于20mV时，排流器断开管道与牺牲阳极，关闭排流，以此类推，当在不同的直流干扰源与土壤湿度和电阻率下，选择设定需要的排流电位值，即可实现不同地理环境下的按需排流。按需排流最大的优势就是在不需要排流的的情况下不接通阳极，大大减缓

7、了阳极的腐蚀速率，增加了阳极的使用寿命。 结合以上特征，目前新的智能型按需排流装置原理图如下图所示 主回路备用回路镁阳极CPU硫酸铜设定技术难点 一、硬件结构 在结构方面采用小体积、高强度的铝合金作为排流器的机身，因为机身体积缩小到便携式的程度，则散热、抗干扰能力这些方面将成为研发的难点。 二、PCB电路板 在电路方面，采用美国微星的高速单片机作为主CPU控制主备回路的控制，使用高阻运算放大器实现管地电位的检测；使用大电流场效应管作为主回路的开关管，并研发设计场效应管前级缓冲电路；使用大电流二极管做为备用回路的排流管，用于主回路损坏和电池耗光后的不间断排流。因为在该电路上是强电与弱电混合，因此

8、电磁兼容性显得尤为重要，电路布局以及大电流原件的PCB板布局也就成为主要难点。 三、系统软件 软件方面，采用汇编语言，实现CPU的精确控制，每个控制动作时间精确到每条指令，在软件上的公关点一共分为以下3个。 1、电位检测算法 电位检测是极化判定的基础，只有准确的电位检测算法做滤波排序等工作，才能为极化判定做好基础。因此电位检测算法是一个研发的难点和主要内容； 2、极化判定算法 当电位检测算法得到所采集到的准确数据后，我们将采用快速傅里叶算法处理由电位检测算法送来的管地电位信号，准确判定管地电位极化方向的趋势以及大小，由于快速傅里叶算法一般用于通讯领域，因此要想作为管地极性判定还得花重精力研发。 3、主/备