阴极保护培训电子教案

阴极保护培训1.1腐蚀是什么？腐蚀的定义：腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学反应导致金属破坏的过程。 按照腐蚀原理可分为：化学腐蚀定义：指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。特点：腐蚀过程中无电流的产生。根据介质的不同它又可分为：（1）.气体腐蚀（2）.在非电解质溶液中的腐蚀电化学腐蚀：定义：指金属表面与电解质因发生电化学反应而引起的破坏。特点：腐蚀过程中有电流的产生。腐蚀原理第一章腐蚀原理腐蚀原理腐蚀概念

腐蚀是金属和周围环境起化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀。腐蚀是一种化学过程，而且大多都是电化学过程，伴随着氧化-还原反应的发生。 钢制管道腐蚀会产生铁锈，铁锈的成分比较复杂，通常简略用Fe2O3·xH2O表示。铁锈是一种松脆多孔的物质，它不能保护里层的铁不被锈蚀。腐蚀原理腐蚀的管道腐蚀的管道关于电极的一些基本规定腐蚀原理1.按电极电位的高低分：电位高者为正极；电位低者为负极。并规定外电路中电流方向：正极

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负极2.按电极反应分：发生氧化反应者为阳极；发生还原反应者为阴极。3.一般地，对原电池的电极称正极或负极；对电解池的电极称阳极或阴极。腐蚀类型按部位分：内壁腐蚀、外壁腐蚀按形态分：全面腐蚀、局部腐蚀按机理分：化学腐蚀、电化学腐蚀腐蚀原理腐蚀原理Fe→Fe+2+2e-O2+2H2O+4e-→4OH-2H2O+2e-→H2+2OH-※通常工程材料自在常温条件下含水环境中的腐蚀是一种自然的电化学腐蚀，含水的环境通常成为电解质。腐蚀原理电化学腐蚀原理金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的腐蚀称为电化学腐蚀。金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作用，或外界电源影响使金属表面产生电解作用所引起的破坏。腐蚀原理腐蚀发生的四个必要条件：1)必须有阳极或阳极区；2)必须有阴极或阴极区；3)阳极和阴极之间应有导电性连接4)阳极和阴极必须置于导电性介质中（通常是水或土壤)。第二章阴极保护的原理阴极保护的原理阴极保护的原理1936年在伊拉克首都发现一个受阴极保护的壶铜保层的保护(1824年)㊣锌、铁可以对铜进行阴极保护铁的早期保护。

1834年－－－法拉第→阴极保护原理奠定基础1890年－－－爱迪生→提出强制电流保护船舶 1902年－－－柯恩→实现了爱迪生的设想 1906年－－－德国建立第一个阴极保护厂 1913年－－－命名为电化学保护 1905年－－－美国－－－用于锅炉保护 1924年－－－铁路上的蒸汽锅炉2.1阴极保护的历史阴极保护的原理三层PE结构示意图阴极保护的原理底层：熔结环氧底层（primer）,厚度60～80μm；中间层：共聚物热熔胶(adhesive),厚度170～250μm；外层（背层）：聚乙烯防腐层（polyethylene）,厚度2.5～3.2mm在工程应用上，从强度方面考虑，三层PE分为普通型和加强型，普通型防腐层总厚度为3.0mm左右，加强型防腐层总厚度超过3.7mm；从使用环境方面考虑分为常温型（低于50℃环境使用）和高温型（最高设计温度为70℃）。为满足更高环境温度下的使用需要，目前已成功研制并使用了三层结构聚丙烯防腐层（三层PP）。阴极保护的原理2.2阴极保护的原理牺牲阳极保护的原理示意图强制电流保护原理示意图阴极保护的原理2.3阴极保护的分类和特点2.3.1分类阴极保护分为：外加电流和牺牲阳极阴极保护外加电流是在回路中串入一个直流电源，借助辅助阳极，将直流电通向被保护的金属，进而使被保护金属变成阴极，实施保护，如图所示。牺牲阳极法是用一种电位比所要保护的金属还要负的金属或合金与被保护的金属电性连接在一起，依靠电位比较负的金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护其它金属的方法。阴极保护的分类和特点强制电流保护法将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有：整流器、恒电位、恒电流、恒电压等。如图所示。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属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体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，如图。

牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V。但行业普遍采用的是镁合金（相对于饱和硫酸铜参比电极）。2.3.2特点一、强制电流阴极保护1、优点A:驱动电压高，能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量；B:在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用；C:选用不溶性或微溶性辅助阳极时，可进行长期的阴极保护；D:每支辅助阳极床的保护范围大，当管道防腐层质量良好时，一个阴极保护站的保护范围可达数十公里；E:对裸露或防腐层质量较差的管道也能达到完全的阴极保护特点：必须有常年供电的直流电源和长寿命辅助阳极地床阴极保护的特点2、缺点A:一次性投资费用偏高，而且运行过程中需要支付电费；B:阴极保护系统运行过程中，需要严格的专业维护管理；C:离不开外部电源，需常年外供电；D：对邻近的地下金属构筑物可能会产生干扰作用。二、牺牲阳极阴极保护特点： 不需要外加直流电源，但牺牲阳极材料具备电位足够负且长期保持该负电位的电化学性能。阴极保护的特点优点：一次投资费用偏低，且在运行过程中基本上不需要支付维护费用；保护电流的利用率较高，不会产生过保护；对邻近的地下金属设施无干扰影响，适用于厂区和无电源的长输管道，以及小规模的分散管道保护；具有接地和保护兼顾的作用；施工技术简单，平时不需要特殊专业维护管理。阴极保护的特点缺点：驱动电位低，保护电流调节范围窄；使用范围受土壤电阻率的限制，即土壤电阻率大于50欧.米时，一般不宜选用牺牲阳极保护法；在存在强烈杂散电流干扰区，尤其受交流干扰时，阳极性能有可能发生逆转；有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换。

阴极保护方案设计时，应根据强制电流保护和牺牲阳极保护各自的特点与优缺点、实际需要、外界条件和经费指标等因素进行选择使用。阴极保护的特点2.4评定阴极保护效果的方法最小保护电位为使金属腐蚀停止进行，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。－－－监控阴极保护效果的重要参数美国NACE（美国腐蚀工程师协会）标准：

（1）施加阴极保护时被保护结构物的负电位至少达到－0.85V或更负(相对饱和硫酸铜参比电极)2最大保护电位

阴极保护电位越负，保护效果就越好，单点保护范围也就越广。但是过负的电位将使被保护金属构件防腐层与管道金属间的结合力遭到破坏，产生阴极剥离，甚至氢脆。 在阴极保护中，提出阴极保护电位值并不是越负越有利于金属的防护，而应有一个绝对值最大的负电位值，称之为最大保护电位。涂料种类油性涂料沥青系涂料环氧沥青涂料环氧系涂料（3层pe）耐阴极保护电压(V)-0.88-1.20-1.50-1.30—-1.5一些涂料耐负电压的性能2.5应用范围船舶船壳、推进器、海水压载舱、船用冷凝器、舵板、海底门、声纳、机舱积水等2)港工设施和海洋设施护岸、栈桥、钢板桩码头、海上石油钻井平台、导管架、海底管线、水鼓、浮标、闸门、滑道、过海隧道等。3)陆上金属设施化工、发电、炼油、石化、制碱等工业系统中的海水冷却器、冷凝器、热交换器、海水泵、贮水罐、循环管路★土壤电解质中的金属设施煤气管线、天然气管线、液化气管线、上下水管线、输油管线、通讯管线、储罐的内外罐底。▲厂区地下管网市区、厂区和生活区地下各类金属管网、接地网、电讯网等复杂的地下金属构件■建筑桩基：陆地上建筑物的钢质桩基、钢筋混凝土基础等金属构件的防腐蚀第三章腐蚀发生的不同类型1、2、第四章阴保系统构成2、强制电流阴极保护系统示意图第五章牺牲阳极及外加电流

阴极保护比较牺牲阳极外加电流不需要电源需要电源仅用于防腐层好、需要电流小的埋地结构或热点保护。仅用于土壤电阻率低的环境可以用来保护大型甚至没有防腐层的结构,其应用受土壤电阻率影响不大.安装简单，施工方便,可以和管道同沟埋设距离管道至少100米测量电位时，需要测量阳极安装处及两组阳极之间的电位需要测量的点可以很少,可以在汇流点处进行测量埋设点多，使用寿命随环境而变化，可能需要更换阳极用量较小。开挖工作量少由于在每个点的输出都较小,一般不会产生腐蚀干扰需要检测临近结构是否受到腐蚀干扰其输出可以自身调节，但不能人为控制可以自动控制管道电位,自动控制输出电流,达到理想保护状态.电缆接头受到阴极保护，不会腐蚀阳极电缆连接接头要严格密封,一旦与土壤接触，将很快腐蚀断极性不会接反需要谨慎连接电缆，极性接错将加速腐蚀两种保护方式的选择阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。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。

第六章阴极保护参数测试管道电位测试5.1自然电位测试：未实施阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其电位一般为-0.4V~-0.6V。5.2保护电位测试：施加阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其电位应在-0.85V~-1.5V。5.3间歇供电管道电位测试：在阴极保护设备向管道供电12秒、停3秒的情况下，在停3秒期间，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其断点电位应在-0.85V~-1.15V。阴极保护参数测试红色线缆：牺牲阳极线缆（约10平）黑色线缆：接管道线缆（约10平）较细线缆：长效参比电极线缆(约6平)牺牲阳极测试桩阴极保护参数测试红色线缆：锌接地电池线缆（约10平）黑色线缆：接管道线缆（约10平）较细线缆：长效参比电极线缆(约6平)绝缘接头测试桩阴极保护参数测试1、测试前的准备在进行管道保护电位测量时，首先要准备好下列工具：（1）高输入阻抗数字万用表一台；（2）饱和硫酸铜参比电极一支；（3）小包装固态硫酸铜一袋；（4）小型锉刀一把、钢丝钳一把、砂纸若干；（5）中号扁口螺丝刀一把；（6）测试桩门钥匙一把；（7）阴极保护测试记录本、笔；（8）通用万用表备用表笔一副、电池一块；（9）装满水的水瓶或水壶一个；（10）铜锹一把。阴极保护参数测试2、测试前的检查测试前首先要检查以下项目：（1）携带的饱和硫酸铜参比电极内溶液液位是否在铜电极的2/3以上，硫酸铜溶液中是否有硫酸铜结晶体。如果参比电极的液位低于铜电极的2/3，要适量加注纯净水，并轻轻摇动参比电极，直至溶液均匀；摇动后的均匀溶液中如果没有硫酸铜结晶体，尚需向溶液中添加一定量的硫酸铜晶体，以保证溶液处于饱和状态。（2）检查饱和硫酸铜参比电极的连接线，连接点是否存在松动、锈蚀、折断情况，及时拧紧连接线，清除连接点的铜锈或更换连接线；以减少连接点的接触电阻，保证测试数据的准确。阴极保护参数测试阴极保护参数测试（3）检查数字万用表的表笔，是否有接触不良、断线情况，并及时更换。（4）数字万用表电池电量是否充足，电池电量不充足要及时充电或更换电池。（5）要保证便携式饱和硫酸铜参比电极底部软木塞有良好的渗透性，测试前应将其放入水中浸泡一段时间，保持其渗而不漏状态。（6）测试前应根据场站工程竣工图纸确定所测的测试桩是牺牲阳极测试桩还是绝缘接头测试桩。阴极保护参数测试3、一般测试方法：地表参比法地表参比法主要用于管道保护电位、牺牲阳极开路电位和管道自然电位等参数测试。（1）用于管道保护电位测试的地表参比法接线示意图如下：阴极保护参数测试（1）、在管道测试桩附近的1m范围内，选择地表相对潮湿的土壤插入参比电极。（2）插入土中的参比电极应垂直地面、稳定、可靠地与土壤接触，底部不能垫有草叶或草根。遇有干燥土壤时，应用携带的淡水润湿其周边的土壤，使参比电极与土壤保持良好接触，以防止因接触不好影响读数的准确性。（3）将万用表的红表笔插入电压、电阻测试（V.Ω）孔内，将黑表笔插入万用表的（COM）孔（公共端）。将万用表的旋转开关旋转到直流电压档。（4）用红表笔与测试桩的接线柱触接，黑表笔与参比电极连接线连接，接线柱有锈蚀应先用砂纸或什锦锉去除锈蚀以保证接触的良好性。阴极保护参数测试（5）此时万用表显示的数据就是测得的管地电位即保护电位，在没有外界干扰的情况下，保护电位是负值且稳定。（6）读取数据，在测试记录上做好记录，注明该电位值的测试桩号、测试地点、时间及测试值。（7）断开各接线柱之间的短接铜片或铜线，用红色表笔分别接触各接线柱按照上述方法以测试各支阳极（镁阳极包）的开路电位并做好记录。（8）测试完毕后恢复测试桩内接线状态。这样，就完成了一个测试桩的电位测试。测试结束，要注意清理测试工具。以免遗漏，影响后续测试。同时，要做好万用表和参比电极的收存和防护。防止断线，数字万用表显示