管道防腐阴极保护教材课件

1、1、金属腐蚀机理 2、阴极保护原理 3、外加电流阴极保护4、阴极保护的检测 5、阴极保护设备的使用及维护一、金属腐蚀机理 大多数长输管道是埋地的，由于土壤中含有水分，空气、酸、碱和水溶性矿物盐及微生物，这些因素都会使金属管道发生腐蚀。因此，必须采取防腐措施，以保证管道安全运行及延长管道使用寿命，减少由于腐蚀造成各方面的损失。利用目前已知的防腐技术，减缓或停止腐蚀造成的损失，因此，积极地进行腐蚀防护具有很大的意义！2.金属的构成 金属是由原子构成的，原子是由原子核和绕原子核旋转的电子组成。原子核是由质子与中子构成。对给定的原子，质子数等于电子数，原子不带电。将金属放入电解质中，原子核受水中氢氧根

2、离子的吸引，丢掉电子，进入溶液，生成腐蚀产物。而被丢弃的电子被溶液中氢离子俘获，生成氢原子。 1.阳极：在电化学反应中失去电子，发生氧化反应的电极 FeFe+2 +2e 2.阴极：在电化学反应中得到电子，发生还原反应的电极 2H+2e H2 O2+2H2O+4e4OH 3.电解液：含有离子的溶液，一般指土壤、水、潮气等。 4.导体：电子迁移的途径（金属导体） 当这四个因素都存在时金属就会发生腐蚀，而除去任意一个因素，腐蚀就会停止。防腐层是将金属与电解液隔离，去掉电解质与金属接触而达到防腐目的。金属发生腐蚀的四个必要条件二、阴极保护原理 电化学是化学的一个分支，涉及化学反应中的电荷的移动。这些反

3、应是电化学反应。腐蚀和阴极保护涉及在水或者其它溶液环境的电荷转移 1. 氧化：氧化定义为原子或者分子失去一个或者多个电子，从而形成一个带正电的离子。当原子和分子失去电子时，就会发生氧化反应。原子或者分子的负电荷减少。 例如，当一个中性粒子铁原子（Fe)氧化，将可能失去两个或者三个电子生成铁阳离子（Fe+或者Fe+)。 FeFe+2e- FeFe+3e-发生氧化的电极或者金属部位称为阳极。 2.还原：还原定义为原子或到一个或者多个电子，从而形成一个阴离子或者中性元素。当原子或者分子得到电子，发生还原反应。原子或者分子的负电荷增加。 例如氢离子（H+）还原，它将得到一个电子，生成一个中性的氢原子（

4、H）。发生还原反应的电极或者金属的部位称为阴极。 3.阳极电化学反应：在阳极上发生化学反应，主要取决于阳极材料、环境条件，主要的化学反应有：1.金属氧化 2.析氢 3.析氯 对于牺牲阳极阴极保护，主要的阳极反应是阳极金属的氧化，在中性土壤中，金属离子又和水中的氢氧根离子结合成氢氧化合物及氢离子M=M+e M+H2O=MOH+H+ 对外加电流阴极保护，由于阳极材料多选用耐腐蚀材料，主要的化学反应是阳极周围负离子的氧化。当土壤中氯离子含量很低时，阳极反应主要是析氢。 2H2O=O2+4H+4e 当氯离子含量较高时，阳极反应为析氯，氯气和水反应产生次氯酸。所以，析氢将降低溶液的PH值。 2CI-=C

5、I2+2e 当用回填料后，化学反应发生在焦炭回填料上，无论如何，阳极反应都会降低阳极附近的PH值，所以，阳极材料要具有耐酸的特性。 阴极反应：发生在阴极的化学反应，为阴极反应，是还原反应。还原是得到电子。发生的阴极反应取决于电解质。以下是在阴极表面发生的两个最常见的还原反应。 氧还原中性环境比较常见 2H2O+O2+4e-40H- 氢离子还原酸性环境中比较常见 H+e-H0 腐蚀不会在腐蚀电池的阴极发生。阴极和阳极可以在不同金属或者在同一金属上。 法拉第定律：沉积在阴极上（或从阳极上游离出来）的任何材料的重量与通过回路中的电荷量成正比。法拉第定律将腐蚀电池中金属随时间的损失和电流联系起来。定律

6、表达式：Wt=Kit=kg 如果损失发生在整个结构上，上述损失可能是不明显。但是，如果结构涂敖有涂层，损耗只有在涂层有缺陷的位置发生，那么在短期内，就可能产生穿孔。对于埋地管道，随着防腐层完整性管理的改善，涂层漏点越来越少。如果不施加阴极保护，由于流出的电流集中在很少的涂层缺陷处，管道腐蚀穿孔的速度可能比防腐层差的管道更快。法拉利定律还确定了化学用语：离子、阳离子、阴离子、电极、阳极、阴极等阴极保护方式：阴极保护是利用电化学方式进行腐蚀防护技术，利用通电技术使金属表面各点电位达到一致，从而减缓腐蚀。实现阴极保护有两种方式，牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。牺牲阳极阴极保护：牺牲阳极阴极是将活

7、性不同的两种金属连接后，处于同一电解中，活性强的金属失去电子，受到腐蚀，活性差的金属得到电子受到保护。由于在这一过程中，活性强的金属被腐蚀，所以称为牺牲阳极阴极保护。外加电流阴极保护：利用外部电源，将电流（离子流）通过阳极地床输到土壤，电流在土壤中流动到被保护结构，并从汇流点返回电源设备。由于电流被强制流向被保护结构，又称为强制电流阴极保护。外加电流阴极保护可应于保护高土壤电阻率中的大型结构，应用范围广。 外加电流阴极保护系统的优缺点优点：1、需要较大电流的场合，特别是裸露的或涂层交差的结构物的防护 2、所有导电的电解质溶液内 3、用于水箱里的大型热交换器、油加热处理器和其它容器的保护 4、储

8、水罐的内壁 5、地面上储存罐的外底 6、地下储存罐 7、地下或水中的基桩和大板桩，缺电： 1、与牺牲相比，需要更高的检测和维护费用 2、需要外部电源，持续的电源供给费用 3、具有引发杂散电流干扰的高风险，可导致过保护，引发防腐层的破坏及管材氢脆。 外加电流阴极保护电源 任何能产生直流电源的装置都可以作为外加电流系统的电源。在外加电流中使用的各种电源。一、电源类型1、整流器、恒电位仪。2、太阳（光生伏打）能电池。3、发电机。4、风力发电机。5、热电电池。 在交流电源可以达到的地方，和其它外加电流电源相比，整流器无疑具有明显的经济性和操作优越性。对于阴极保护电源，基本的要求是具有恒电位输出、恒电电

9、压输出、恒电流输出功能。现在的阴极保护电源还要具有同步通断功能、数据远传、远控功能。 恒电位仪基本要求1、控制电位误差 10mV2、流经参比电极电流 5A3、给定电压范围 0-3.0 V 连续可调4、输出电压值 0V 到输出电压额定值连续可调5、输出稳流值 5A 到输出额定值连续可调6、仪器供电电压 AC 220V20% 或 AC380V20%7、电源效率（82%92%）8、功率因数85%9、纹波电压1%10、绝缘电阻20M11、整机过热保护阈值 808512、输入对机壳耐压1500V13、输出对机壳耐压AC1500V14、工作温度（2050） 贮 存温度（4070）想对湿度90%（402）1

10、5、运行方式手动调节电压输出，恒电位输出、恒电流输出恒电位仪输出“正极”连接阳极地床，“负极”连接被保护结构，如管道或储罐，决不能接反 外加电流阴极保护所用阳极材料 外加电流阴极保护是防止地下金属结构如管道、储罐等腐蚀的有效方法。辅助阳极是外加电流系统中的重要成部分，其作用是将保护电流经过介质传递到被保护结构物表面上。 地下结构物外加电流阴极保护所用阳极通常并不直接埋在土壤中，而是在阳极周围填充碳质回填料而构成阳极地床。碳质回填料通常包括冶金焦炭、石油锻烧焦炭和石墨颗粒等。回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻，延长阳极的使用寿命。针对阳极的工作环境，结合实际工程的要求，理想的埋地用辅助阳极应当

11、具有如下性能。1、良好的导电性，工作电流密度大，极化小2、在苛刻的环境中，有良好的的化学和化学稳定性，消耗率低3、机械性能好，不易损坏，便于加工制造，运输和安装4、综合保护费用低阳极材料种类1、废钢阳极2、石墨阳极3、高硅铸铁阳极4、铂阳极5、聚合物柔性阳极6、混合金属氧化物柔性阳极7、混合金属氧化物阳极8、网状阳极 防腐蚀检测技术的任务主要是：1. 对防腐蚀措施所用原料进行质量检测和控制，以保证防腐蚀的有效性2、对防腐蚀工程的施工质量进行原位实施检验，以保证防腐蚀技术功能可靠实施3、对防腐蚀工程竣工验收进行质量检验和评定，以保证防腐措施正常有效地运作4、防腐措施投入运行后进行在线检测或监控，

12、此为防腐措施日常管理和例检的主要内容5、在事故分析中检查防腐蚀措施的有效性和可靠性，及其失效与事故诱发之间渊源关系6、对防腐蚀技术的效能和经济性作出评估 电位测量的一般原则 管/地电位的测量在阴极保护测量技术中有重要意义！一、未加阴极保护的管地电位是衡量土壤腐蚀性的一个参数二、施加阴极保护的管地电位是判断阴极保护程度的一个重要参数三、当有干扰时，管地电位的变化是判断干扰程度的一个重要指标 在进行电位测量的大多数环境中，使用标准氢电极是不方便买的。作为替代，使用其他的在特定离子浓度溶溶液中的金属电极。参比电极必须是稳定的，并且数据具有重现性。硫酸铜电极（CSE)是测量埋地结构以及淡水环境中结构电

13、位最常见的参比电极。此电极是将铜棒泡在饱和硫酸铜溶液中，溶液置于底部带有多孔塞的不导电的圆筒中，如图所示。饱和溶液中的铜离子防止铜棒的腐蚀并稳定参比电极。这个电极是便携式的。2、便携参比电极3、硫酸铜参比电极的使用和维护一、保持清洁，不使用时，要用朔料/橡胶帽将多孔塞套上二、保持无污染。定期更换溶液，并且用非金属的磨材料清洁铜棒要露出铜金属光泽三、备有一定的电极。若电极丢失，则可以使用额外的的电极继续工作。四、备有一个新电极，以便用来校准现场使用的电极。当校准电极与使用的电极之间的差值大于5mV时，则需要清洗现场所使用的电极。五、由于温度和光照的关系，需要校正电位的变化，对于温度校正，读数时记

14、录温度是很有必要的。当参考温度高于或者低于环境温度时，必须分别加上或者减去0.9mV/的温度校正值。六、测量过程中屏蔽电极，避免阳光直接照射（例如，用黑色胶带覆在电极一侧的透明部分）。 4、最小保护电流密度 使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度，称作最小保护电流密度，其常用单位mA/ 。处于土壤中的裸露金属，最小保护电流密度一般取10mA50mA / 要指出的是，阴极保护的电流密度是根据防腐层的质量来规范的！目前陕京管道是3层PE防腐层，它的保护电流密度是3A6A/ 5、瞬时断电电位 再断掉被保护结构的外加电源或牺牲阳极0.20.5秒中之内读取得结构对地电位。由于此时没有外加电

15、流从介质中流向被保护结构，所以，所侧电位为结构的实际极化电位，不含IR降（介质中的电压降）。由于在断开被保护结构阴极系统时，结构对地电位受电感影响，会有一个正向脉冲，所以，应选取0.20.5秒之内的电位读书。 6、IR降 由于阴极保护电流在土壤中流动而引起的电压降称为“IR”。在日常进行管道保护电位测量时，所测电位由管道的自然电位、阴极极化、土壤中IR组成。为了有效平价阴极保护状况，我们所关心的是管道的极化电位（不含IR降），因此，必须消除测量中的IR降，才能知道管道的实际极化电位。HPS-2多路恒电位仪使用1-1连线：打开仪器机箱按门按图（三）系统连接示意图所示，将仪器接线板上的接线柱与电源

16、、被保护体、阳极体以及参比电极用导线相连接，连接线为绝缘胶皮铜芯线。导线的电流密度应不大于3A/mm2参比电极线和零位线为信号线，只需满足施工中的应力强度要求即可，一般选择面积大于2mm2的绝缘胶皮铜导线。HPS-2多路恒电位仪系统接线示意图 1-2 仪器自检 打开接线板上的总电源开关，再打开面板上其中一路的工作开关，仪器此路立即进入恒电位工作状态，按一下“自检”键，则工作指示灭，自检指示灯亮，状态指示指示灯仍显示绿色，说明仪器此路工作在恒电位自检状态。通过按下和放开电位测量选择键，观察电位值与控制值一致，则说明仪器自检正常。各路检擦方法类似 1-3 恒电位仪器各路自检正常后，按下其中一路“工

17、作”键，则此路自检指示灯灭，工作指示灯灯亮，此路恢复工作状态，对此路保护体实施恒电位阴极保护。调节“恒位调解”电位器（顺时针方向增大），是保护电位达到设计要求。电压表显示输出电压，电流表显示输出电流。 1-4 恒电流 此路按下“恒流”键，状态指示灯应显示黄色，对此路保护体实施恒电流阴极保护。调节“恒流调节”电位器（顺时针方向增大），使输出电流达到合适的电流值，例如使恒电流至与恒电位状态时的输出电流值一至。 1-5 工作状态自动切换当参比电极失效，或系统受到外界严重干扰而不能恒电位工作时，且持续时间超过20秒，将自动切换为恒电流状态，此时状态指示灯显示黄色 1-6 故障自动关机当仪器其中一路工作中出现故障，状态指示灯显示红色，此路自动停止输出，并发出报警鸣音，持续1-2分钟后此路将自动关闭。 1-6 断电测试a、将其中一路“断电测试”开关置“内控”挡时，此路的电流输