阴极保护基础知识讲解(2012.8.9)

1、阴极保护基础知识讲解阴极保护基础知识讲解赵丽恒赵丽恒山西管理处技术组山西管理处技术组v 第一节第一节 腐蚀腐蚀v 第二节第二节 阴极保护法阴极保护法v 第三节第三节 山西段阴极保护方式山西段阴极保护方式v 第四节第四节 强制电流系统组成强制电流系统组成v 第五节第五节 设计参数要求设计参数要求第一节第一节 腐蚀腐蚀1.1腐蚀的定义 从广义上讲，腐蚀是材料和环境相互作用而导致的失效。这个定义包含了所有的天然和人造材料，例如塑料、陶瓷和金属。通常所研究的腐蚀是金属的腐蚀，金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学作用所引起的金属损失的现象和过程。1.2腐蚀的分类 腐蚀按材料的类型可分为金属腐蚀和非金

2、属腐蚀，就腐蚀破坏的形态分类，可分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是一种常见的腐蚀形态，包括均匀的全面和不均匀全面腐蚀。按腐蚀的机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 金属管道常见的腐蚀按其作用原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。第一节第一节 腐蚀腐蚀1.3金属腐蚀的实质 第一节第一节 腐蚀腐蚀-ne-ne- -被氧化被氧化金属原子金属原子金属阳离子金属阳离子2Fe3Cl22FeCl3 第一节第一节 腐蚀腐蚀(2) (2) 析氢腐蚀析氢腐蚀H2OCO2 H2CO3 HHCO3- 阴极阴极2H2e-H2Fe2e-Fe2阳极阳极阴极阴极 阳极阳极2H2O + O2 + 4e- = 4OH-2Fe - 4e

3、- = 2Fe2+（1）吸氧腐蚀）吸氧腐蚀由于钢管的材质不同；土壤环境中的透气性、含水量、酸度、含盐量、电阻率、氧气浓度等不同，使得管道在土壤中的电位不同，从而在管道表面形成阴、阳极，驱动腐蚀的发生。管道是金属回路、土壤是电解质。第一节第一节 腐蚀腐蚀1.4管道的腐蚀控制 管道腐蚀的控制方法应根据腐蚀机理的不同和所处环境条件的不同，采用相应的腐蚀控制方法， 在油气管道保护过程中应用最为广泛的控制金属腐蚀的方法为以下五类：1、选择耐腐蚀材料2、控制腐蚀环境3、选择有效的防腐层4、阴极保护（电化学腐蚀）5、添加缓蚀剂第二节第二节 阴极保护法阴极保护法2.1阴极保护的原理： 是给金属补充大量的电子，

4、使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位。有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。 注意：从理论上讲，如果涂层是完整、无缺陷的，那么，涂层自己就可以完成防腐任务。然而，要做到涂层无缺陷，实际上是很困难和不经济的。因此，涂层和阴极保护的结合，99%的防腐任务有防腐层承担、阴极保护对防腐层缺陷处进行保护，是最经济、有效的防腐措施。第二节第二节 阴极保护法阴极保护法 1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种电位更负的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体阴极极化以降低腐蚀速率的方法。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

5、电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护。 第二节第二节 阴极保护法阴极保护法 2、强制电流法 将被保护金属与外加电源负极相连，辅助阳极接到电源正极，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。第二节第二节 阴极保护法阴极保护法 直流电源的正极连接辅助阳极，负极连接需要保护的构件（管道）。 电流从辅助阳极流出，经电解质到达管道表面（破损处），再流回电源的负极。第二节第二节 阴极保护法阴极保护法 对被保护金属施加负电流，通过阴极极化使所有阴极点的电位都达到了最活泼阳极点的开路电位时，结构物上的腐蚀就停止了。第

6、二节第二节 阴极保护法阴极保护法 保护长度计算：埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范SY/T 0036-2000式中： L单侧保护长度(m)；VL最大保护电位与最小保护电位之差(V)； D管道外径(m)； J保护电流密度(A/m2)； R单位长度管道纵向电阻(fl/m)； T钢管电阻率(mm2/m)； D管道外径(mm)； 管道壁厚(mm)。阴极保阴极保护站护站1阴极保阴极保护站护站2阴极保阴极保护站护站3第二节第二节 阴极保护法阴极保护法2.1适用范围： 强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。 牺牲

7、阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径、分散的管道。第三节第三节 山西段阴极保护方式山西段阴极保护方式3.1线路阴极保护系统：序号阴极保护站名称里程（km）站间距（km）位置干线阴极保护站设置干线阴极保护站设置1榆林阴极保护站00与榆林首站合建2佳县阴极保护站107.81078与佳县清管站合建3方山阴极保护站230.6122.8与方山清管站合建4汾阳阴极保护站344.8114.2与汾阳分输清管站合建5平遥阴极保护站389.144.3与平遥分输站合建6武乡阴极保护站457.868.7与武乡清管站合建7黎城阴极保护站569.5111.7与

8、黎城分输清管站合建8安阳阴极保护站693.8124.3与安阳分输清管站合建阴极保护站的设置应符合以下的原则： （1）阴极保护站附近地势平坦、开阔，土壤湿润且电阻率较低； （2）附近没有埋地管道、电缆等金属构筑物，以免产生干扰。 （3）尽量与工艺站场或线路阀室合建，便于维护。第三节第三节 山西段阴极保护方式山西段阴极保护方式3.2场站阴极保护系统： 场站区域阴极保护方面除黎城分输清管站站内埋地管线仅采用防腐涂层外，其他各站均采用镁合金牺牲阳极阴极保护的方法。1、牺牲阳极埋设有立式和卧式两，埋设位置分轴向和径向。2、牺牲阳极在管道的分布宜采用单支或集中成组两种方式。3、阳极与管道的距离，一般情况下

9、阳极埋设位置应距管道35，最小不宜小于0.3，成组埋设时，阳极间距以23为宜。牺牲阳极的埋设方式：牺牲阳极的埋设方式：第三节第三节 山西段阴极保护方式山西段阴极保护方式3.2场站阴极保护系统：在管道一侧在管道一侧在管道两侧在管道两侧第四节第四节 强制电流系统的组成强制电流系统的组成u电源（恒电位仪）u辅助阳极地床（深井阳极）u阴极（管道）u连接电缆u供电系统u阴极保护间u埋地Cu/CuSO4参比电极和测试设施等部件构成。第四节第四节 强制电流系统的组成强制电流系统的组成电源：电源：第四节第四节 强制电流系统的组成强制电流系统的组成控制柜前后示意图 控制柜操作面板 1号恒电位仪 2号恒电位仪 交

10、流配电盘 自动切换控制器 综合接线盘 输出母排 控制柜接地螺栓第四节第四节 强制电流系统的组成强制电流系统的组成深井阳极地床 深井阳极为埋设大于15m的阳极地床，通常50100m深井地床，直径在250mm以上，阳极排列在深井中，当地表土壤电阻率较大，或空间狭小时，或管网密集时，宜采用深井阳极。 深井阳极电流分布较浅埋阳极均匀，对其他结构干扰小，受季节性变化影响小，但造价较高，且一旦出现故障，则很难修复。 安装深井阳极时，应安装多孔排气管，排除阳极反应产生的氯气、氧气，以防止气阻。 采用筒状或线形混合氧化物阳极，可以减小工程量（钻孔直径200mm）。 深井阳极接地电阻计算公式： Ra=2 Lln

11、2lD 辅助阳极地床：辅助阳极地床：第四节第四节 强制电流系统的组成强制电流系统的组成 参比电极：参比电极： 是测量被保护结构物电位的半电池（大家都知道结构物的电位值无法测量，只能通过与某个标准比较才能得出相对电位，参比电极就是这个标准）。管道上最常用的参比电极是铜/硫酸铜参比电极。结构为一根较粗的铜棒用做电极体，浸入饱和硫酸铜溶液。它分为便携和长效两种。长效参比一般埋设在通电点和测试桩附近用于测量管道电位。第四节第四节 强制电流系统的组成强制电流系统的组成 测试桩：测试桩： 测试桩是用来测定埋地管线的阴极保护状况以及进行腐蚀控制相关的其他测试工作的最好途径。测试桩根据其功能，其类型为电位测试

12、桩、电流测试桩、绝缘接头测试桩、牺牲阳极测试桩和穿路套管测试桩等。第四节第四节 设计参数要求设计参数要求最小保护电位：金属达到完全保护所需要的、绝对值最小的负电位值。金属达到完全保护所需要的、绝对值最小的负电位值。最大保护电位：阴极保护条件下，允许的绝对值最大的负电位值。阴极保护条件下，允许的绝对值最大的负电位值。腐蚀电位：腐蚀体系中金属的电极电位。腐蚀体系中金属的电极电位。自然电位：无外部电流影响的腐蚀电位。无外部电流影响的腐蚀电位。极化电位：由于电流的流动引起电极由于电流的流动引起电极/电解质界面电位的偏移称为极化，电解质界面电位的偏移称为极化，在极化状态下的电位称为极化电位。在极化状态下的电位称为极化电位。断电瞬间电位：断电瞬间测得的管道腐蚀电位。断电瞬间测得的管道腐蚀电位。几个重要的定义 注意：阴极保护电位越大，防腐程度越高，单站保护距离也越长，但是过大的电位将使被保护管道的防腐绝缘层与管道金属表面的粘接力受到破坏，产生阴极剥离，严重时可以出现金属“氢破裂”。同时太大的电位将消耗过多的保护电流，形成能量