阴极保护课件

化工设备腐蚀与防护广州工程技术职业学院谢鹏波项目三石油化工设备的防腐蚀措施任务5制订任务1的防腐蚀方案任务要求：制订任务1腐蚀案例的防腐蚀方案，主要包括防护方法的选择、防护实施等。考核标准：1、方案描述清楚、简练、完善，60分；2、安全措施落实，20分3、版面整洁程度，10分；4、按时完成，10分任务6制订任务2的防腐蚀方案任务要求：制订任务2腐蚀案例的防腐蚀方案，主要包括防护方法的选择、防护实施等。考核标准：1、方案描述清楚、简练、完善，60分；2、安全措施落实，20分3、版面整洁程度，10分；4、按时完成，10分知识一电化学保护技术常用防腐蚀技术正确选用金属材料和合理设计金属结构（前面已经介绍）电化学保护工艺防腐添加缓蚀剂采用有效的表面覆盖层等电化学保护技术电化学保护方法是根据金属腐蚀的电化学原理，使被保护金属的电极电位向着有利于降低金属腐蚀速度的方向变化，从而对金属实施保护的方法。即通过施加外加电动势将被保护金属的电位移向免腐蚀区或钝化区，以降低腐蚀速度。电化学保护分类：阴极保护和阳极保护两大类。阴极保护是对被保护金属通以阴极电流，电位负移至或接近免蚀区而防止或减小腐蚀。阳极保护是对被保护金属通以阳极电流，电位正移至钝化区而减小腐蚀。一、阴极保护

1．阴极保护的原理、分类和主要参数阴极保护的原理腐蚀金属在外部阴极电流作用下受到阴极极化而使电位负移，局部阳极电流减小，即腐蚀速度减小。当电极电位负移至该金属的平衡电位时，腐蚀速度减小到零，腐蚀被完全抑制。图3-1局部电池电流与阴极保护电流关系示意⑵分类①外加电流阴极保护法②牺牲阳极的阴极保护法⑶主要参数①自然腐蚀电位自然腐蚀电位是未施加阴极保护时金属的电极电位，它随金属材料、电解质溶液成分、金属的表面状态和温度等条件的不同而异，是阴极保护的一个参考参数，根据它可以大致判断金属所处的电化学状态。经验还表明，保护电位比自然腐蚀电位负200～300mV时，可以达到完全保护。②最小保护电位或保护电位金属在电解质溶液中阴极保护下的电位达到其局部阳极的平衡电位时，从理论上讲，可达到完全保护，这一电位称为最小保护电位，也叫保护电位。最小保护电位是通过间接的方法求得的。即将被保护试片控制在不同电位下进行腐蚀试验(例如失重试验)，电位愈负、腐蚀速度愈小。当电位负至腐蚀速度为零时的电位值即为保护电位。某些情况下可以估算出平衡电位，从而计算出保护电位通常文献中将碳钢在土壤中的保护电位的标准定为-0.85V(Cu—CuSO4)实际中：考虑到被保护体系的电化学行为和电流效率，通常并不一定把腐蚀速度为零的电位定为保护电位，而是把腐蚀速度降到最低程度时的电位定为保护电位

③最小保护电流密度和保护电流密度对应于最小保护电位的电流密度称为最小保护电流密度或保护电流密度。通常是把腐蚀速度减小到最低程度时所需的电流密度定为保护电流密度减小保护电流密度和改善电流分散能力方法：阴极保护常和涂料一起联合使用，金属的腐蚀减小又降低了涂层剥落的倾向，延长了涂层的寿命表3-1在各种介质中的保护电流密度表3-1在各种介质中的保护电流密度2．牺牲阳极法阴极保护⑴牺牲阳极材料①镁及镁合金镁的化学活泼性很强，其标准电极电位为-2.37V，和被保护金属之间组成电偶时的驱动电压很大,适合用于电阻率高的电解质，如纯水和高阻的土壤。Mg合金对钢铁的驱动电压高，易造成过保护；与钢铁撞击时会产生火花，因此在油轮内部和其他含有爆炸性气体的场合严禁使用镁合金阳极。实际上，镁合金阳极在海水中已很少使用，目前主要用于电阻率高的土壤和淡水等介质中②锌及锌合金锌的标准电极电位为-0.76V。纯锌阳极对杂质含量很敏感，纯度大于99.995%的锌才可以直接作牺牲阳极用。③铝合金阳极铝的标准电极电位为-l.66V，纯铝由于表面极易生成氧化膜引起钝化而降低其活性，因此只有铝合金才作为牺牲阳极用。铝合金的电流效率可达80％以上，其单位质量产生的有效电量大，是锌的3倍、镁的2倍，且其来源充足，制造工艺简单，重量轻，运输方表3-5铝合金阳极的化学成分和性能便，是一种十分有前途的牺牲阳极。⑵牺牲阳极的输出电流（P69）⑶牺牲阳极的有效寿命T=KG/gI式中T—阳极有效寿命，a；K—阳极的利用系数，一般取0.75；I—保护电流，A；G—阳极重量，kg；g—阳极消耗率，Kg/(A*a)。镁合金的消耗率为7.2，锌合金为11.8，铝合金为3.8⑷牺牲阳极的形状和尺寸牺牲阳极的形状和尺寸与其用途有关：棒状阳极适合于容器内部和地下构筑物，板状阳极和块状阳极适合于容器内部、船舶外表面和水下构筑物，长条形阳极适合于油船压载舱和海上平台

⑸地下管道牺牲阳极法阴极保护的设计①被保护管道所需保护电流II=πDLi式中D—管道的直径，m；i—保护电流密度，A／m2；I一保护电流，A；L—管道的长度，m。②阳极数量nn=aI/Ia式中a——遮蔽系数，一般为1.5--3Ia——每支阳极输出电液，A。③阳极组的输出电流大多数情况下，阳极都是成组埋设，即将数支阳极并联成一组，并联后的输出电流并不等于各个阳极输出电流之和，必须采用调整系数。并联阳极的调整系数可查表3-6⑷阳极的保护长度计算阳极保护长度的最简单公式为L=I1/πDi式中I1——牺牲阳极实际发生的电流，A；i——保护电流密度，A／m2；L——阳极的保护长度，m；D——管道直径，m。⑤阳极与管道间的距离距离：一般为l．5～7．5m。距离小则回路的电阻小，输出的电流就大，但电流分布不好，并且阳极填充料的盐分也容易渗到管道附近，加重对管道的腐蚀。注意：如果被保护管道温度高，距离太近时还会影响牺牲阳极的效率。例如镁阳极温度超过30℃时自腐蚀速度就会明显加快。对于锌阳极，当温度为70℃时，其电位变正，会出现和钢管之间的极性逆转现象。⑥牺牲阳极的填充阳极周围要填充导电性好的物料。填充方法：将填充料包在阳极周围，要有约400mm的厚度，或将阳极放在装有足够厚度的填充料的麻袋或布袋内一起埋入地下，周围要填充约300mm厚的细土，要浇水浸透。不同的阳极要采用不同的填充料。⑹保护的工业应用①水设备的阴极保护海水输送泵的阴极保护：采用环氧型涂料和可拆装式铝合金牺牲阳极联合保护后，经过2年多的现场保护后，泵内部件仍十分完好。海水冷凝器的阴极保护：海水冷凝器材料为铝黄铜，保护前使用寿命为2年。采用硫酸亚铁预先成膜再加外加电流阴极保护，运行4年半，仅有三根铜管泄漏②土壤设备的阴极保护土壤设备的特点是埋设在地下的工程很大，很难定期检修，对它的保护一般都要求考虑达到几十年的使用寿命。保护方法：采用涂层加阴极保护或塑料包层(俗称黄夹克层、黑夹克层)加阴极保护的联合保护方法。长输油管线为例作简要介绍某一长输油管线直径为426mm，全长80km，表面涂有沥青防腐，投产2年多后腐蚀穿孔漏油。后来采用外加电流阴极保护，共设三个保护站，以碳钢管作辅助阳极，与管线的距离为440～700m，总输出功率为103W，总电流l7．2A，平均保护电流密度为0．16mA／m2。在汇流点处的电位为-1．30V(Cu／CuSO4)，沿管线的电位在-0．85～1．30V之间。保护后再未出现腐蚀穿孔。③化工设备的阴极保护化工设备的阴极保护主要用于碱溶液、盐类溶液和弱酸性溶液中表3-7阴极保护应用实例表3-7阴极保护应用实例㈡阳极保护1.阳极保护的原理和主要参数⑴原理⑵主要参数①维钝电流密度IpIp代表金属的溶解速度，所以Ip愈小愈好图3-3典型的阳极极化界线①致钝电流密Ic愈小愈好。Ic愈小，则需要的直流电源的输出额定电流就小，设备费用也就小。工程上减小致钝电流密度的措施：和涂料联合保护低温致钝对于间歇操作的设备，可以在温度低时先通过致钝电流使设备钝化，进入钝化区，然后升高温度，这样所需的电源设备只要能满足温度低时的致钝需要就行了逐步致钝逐步致钝适合于间歇操作的细而高(即高径比大)的化工设备③钝化区宽度钝化区宽度(即EcD区电位宽度)愈宽愈好。愈宽则对恒电位仪的控制精度要求就愈低。钝化区宽的真正优越性是可以获得较好的分散能力⑶不同腐蚀体系和阳极保护的关系金属材料和不同介质所形成的腐蚀体系具有不同的极化曲线形式。⑷阳极保护系统①辅助阴极对辅助阴极材料的要求是：在阴极电流作用下耐腐蚀和具有较高的强度表3-8现场应用的部分辅助阴极材料③直