管道腐蚀资料

管道腐蚀资料

第一节、管道腐蚀概论

材料腐蚀定义：材料受其周围环境的化学、电化学和物理作用下引起的失效破坏现象。

金属腐蚀定义：金属与其周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。

铁生锈、钢管腐蚀穿孔、钢桥梁腐蚀

非金属腐蚀定义：指非金属材料由于在环境介质的化学、机械和物理作用下、出现老化、龟

裂、腐烂和破坏的现象。

涂层龟裂

按管材的种类，管道可分为以下儿类：

（1）金属管道

1）黑色金属管道：钢管、不锈钢管、铸铁管、球墨铸铁管等；

2）有色金属管道：铜管、铝管、铝合金管等

（2）非金属管道

（3）复合管道

常用钢管分类：

（1）无缝钢管

按管材分：

1）普通碳素钢

2）优质碳素钢

3）低合金钢;

按制造方法：

1）热轧

2）冷轧

（2）焊接钢管

1）低压流体输送用焊接钢管

»①镀锌管（白铁管）

»②非镀锌管（黑铁管）

2）直缝卷焊钢管

3）螺旋焊接管

钢管特性：

钢管是各类工程中最常见的管道。钢管的特点是强度高、硬度高，并有较好的塑性和韧性，

焊接性能好。钢管在自然环境下，容易腐蚀，因而是管道防腐工程的主要对象。根据是否有

缝，钢管可以分为无缝钢管和有缝钢管，有缝钢管又称焊接钢管，焊接钢管可分为低压流体

输送用焊接钢管和卷焊钢管。无缝钢管通常采用普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金钢和

合金结构钢生产而成，根据制造方法可分为冷拔和热轧两种。无缝钢管用途非常广泛，常用

于锅炉房中的管道、热力交换站工艺管道、较小管径的燃气管道等。

低压流体输送用焊接钢管常采用焊接性能较好的低碳钢制造。其管壁有一条纵向焊缝。根据

钢管表面是否有镀锌层，可分为镀锌钢管（俗称白铁管）和非镀锌管（俗称黑铁管）两种。

低压流体输送用焊接钢管常用于小管径和较低压力的管道，其壁厚规格分为普通管和加厚

管。

-1.3.1按照腐蚀过程的特点和机理分类

-(1)化学腐蚀

•金属管道与非电解质直接发生纯化学作用而遭受破坏，称为化学腐

蚀。化学腐蚀的特点是反应过程中没有电流产生。单纯的化学腐蚀

的过程是非常少见的。化学腐蚀有以下两种：

•①气体腐蚀：金属管道在干燥气体中，表面上没有湿气冷凝的腐

蚀。

•②非电解质溶液中的腐蚀：金属管道在不导电的非电解质溶液中

的腐蚀。

-(2)电化学腐蚀

•金属管道与电解质因发生电化学反应而产生的破坏，称为电化学腐

蚀。

•电化学腐蚀是最普遍和常见的腐蚀，金属在各种化学介质、大气、

海水和土壤中的腐蚀均是电化学腐蚀。

•任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和

一个阴极反应。

阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的

过程.即氧化过程。

阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原

过程。

例如，碳钢在酸中腐蚀时，在阳极区Fe被氧化为Fe2+,所放出的电子自阳极(Fe)流至

钢表面的阴极区，与H+作用而还原成氢气，即：

阳极反应：Fe-Fe2.+2e

阴彼反应：2H，।2+*H2*

总反应：Fe卜2H'-*R二'•

电化学腐蚀的特点是：介质为离子导电的电解质；金属/电解质界面的反应过程为电荷转移

而引起的电化学过程，必需包括离子和电子的转移；界面上的电化学反应过程包括两个相互

独立的氧化过程和还原过程；金属/电解质界面伴随电荷转移的反应称为电极反应；电化学

腐蚀过程伴随电子的流动，即电流的产生。

自然环境腐蚀包括：大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、微生物腐蚀

腐蚀中局部腐蚀更危险

局部腐蚀是指金属管道仅限一定区域腐蚀，而其他部位则几乎未被腐蚀。局部腐蚀对管

道的威胁最大。局部腐蚀又可以分为无应力和有应力两种情况。

第二节、金属腐蚀原理

要知道电极、电极电位、平衡电位、非平衡电位、参比电极、极化等的概念。

电极的定义：一般认为电子导体（如金属等）和离子导体（液、固体电解质）接触，并有电

荷在两相之前迁移而发生氧化还原反应的体系，称为电极。

电极电位：电极反应可以导致在电极和溶液的界面上建立起离子双电层，这种双电层两侧的

电位差，即金属和溶液之间产生的电位差，称为电极电位。

参比电极：指具有稳定可再现电位的电极，在测量管道电位或其他电极电位值时用于组成测

量电池的电化学半电池，作为电极电位测量的参考基准。

平衡电位定义：当金属电极上只有一个确定的电极反应，并且该反应处于动态平衡，即金属

的溶解速度等于金属离子的沉积速度时，电极获得一个不变的电位值，该电位值称为平衡电

极电位

非平衡点位：实际金属腐蚀时，电极上可能同时存在两个或两个以上不同物质参与的电化学

反应，电极上不可能出现物质交换与电荷交换均达到平衡的状况，这种情况下的电极电位称

为非平衡电位或不可逆电位。非平衡电位可以是稳定的，也可以是不稳定的。

极化：腐蚀原电池有电流通过后引起的电极电位的偏移。阳极极化：阳极电位往正方向偏移;

阴极极化：阴极电位往负方向偏移；

极化值：在相应的电流密度下的电位对其平衡电位（平衡体系）或稳定电位（非平衡体系）

之差。

AE=瓦一&=7AE=七,一EjuO

参比电极中用其他参比电极测定电极电位时，可按下式换算成相对于SHE的电位值:

ESHE=E参+£澧

式中匕SHE一相对SHE的电位；

E务——参比电极的电位；

E界——相对参比电极实测的电位。

氧浓差电池腐蚀：由于在管道的不同部位氧的浓度不同，在贫氧的部位管道的自然电位（非

平衡电位）低，是腐蚀原电池的阳极，其阳极溶解速度明显大于其余表面的阳极溶解数度，

故遭受腐蚀。属于（宏电池中同一金属接触不同的电解质溶液，或电解质溶液的浓度、温度、

气体压力、流速等条件不同）范围。

地下管道的腐蚀电池：微电池和宏电池同时存在：

微电池作用的腐蚀特征：腐蚀坑点较浅，分布均匀；

宏电池作用的腐蚀特征：腐蚀坑较深，局部溃疡或穿孔。

腐蚀原电池的条件（三要素）：（1）有电解质溶液与金属相接触；（2）金属的不同部位或两

种金属间存在电极电位差：（3）两极之间相互连通。

腐蚀原电池的三个必要过程：（1）阳极过程：金属溶解，以离子形式转入溶液，当量电子留

在金属上：（2）电子转移：在电路中电子由阳极流至阴极：（3）阴极过程：由阳极流过来的

电子被溶液中能吸收电子的氧化剂D所接受，氧化剂被还原：

e+Df「D•el

常见氧化剂：H+、02、部分盐类离子。

第3章金属管道在自然环境中的腐蚀

土壤腐蚀

土壤腐蚀的电极过程

(1)阴极过程

土壤中的钢铁，在发生土壤腐蚀时，阴极过程是氧的还原：

O2+2H2O+4e-f40H-

只有在酸性很强的土壤中，才会发生析氢反应：

2H++2e--H2

在硫酸还原菌的参与下，硫酸根的还原也可作为土壤腐蚀的阴极过程：

SO42-+4H2O+8e--*S2-+80H-

金属离子的还原，也是种土壤腐蚀的阴极过程：

M3++e--M2+

(2)阳极过程

Fe+nH20fFe2+.nH2O+2e-

只有在酸性较强的土壤中，才有相当数量的铁氧化成为两价或三价的离子，以离子状态存在

于土壤之中。在稳定的中性或碱性土壤中：

Fe2++20H--Fe(0H)2(绿色产物)

在阳极区有氧存在时,，Fe(0H)2能氧化成为溶解度很小的Fe(0H)3：

2Fe(OH)2+1/202+H20-2Fe(OH)3

Fe(OH)3产物很不稳定，它会变成更稳定的产物：

Fe(0H)3-FeOOH(赤色产物)

Fe(OH)3-Fe2O3-3H20(黑色产物)-Fe203+3H20

当土壤中存在HC03-、CO32-、S2-时:

Fe2++CO32--FeC03

Fe2++S2-—FeS

土壤腐蚀的影响因素

(1)金属材料：一般来说碳钢成分对土壤腐蚀性的影响不大，影响较大是金属材料本身的

相结构和组织，如碳钢的焊缝及热影响区更容易腐蚀：

(2)含水量：土壤中的水分有些与土壤的组分结合在一起，有些紧紧黏附在固体颗粒的周

围，有些可以在微孔中流动。盐类溶解在这些水中，土壤就成了电解质。土壤的导电性与土

壤的孔隙度、土壤的含水量及含盐量等各种因素有关。土壤越干燥，含盐量越少，其电阻越

大；土壤越潮湿，含盐量越多，电阻就越小。干燥而少盐的土壤电阻率可高达10000Q.cm,

而潮湿多盐的土壤电阻率可低于500Q.cm。随着含水量从0%增加到100%,土壤腐蚀性

先增加，达到一个一个最大值后减小。原因：电解质浓度先增加后减小(回路电阻先减小后

增加)、排除空气。(从小到大)

(3)含氧量：氧的去极化作用随着阴极氧含量的增多而加大。

(4)含盐量：土壤中的可溶盐是形成电解液的主要因素，含盐量越高，土壤电阻率越小，

腐蚀速度越大；与铁金属腐蚀影响关系密切的阴离子氯离子（氯离子可破坏钝化作用）、硫

酸根、硝酸根等，一般认为，阳离子对金属腐蚀影响不大。

（5）pH值，一般而言，pH值越低，土壤腐蚀性越强；

（6）细菌:

（7）氧化还原电位。氧化还原电位是以一个综合反映土壤氧化还原程度的强度指标；当氧

化还原电位高时，表明氧化剂占的比例大，氧化性强；当氧化还原电位低时，表明还原剂占

的比例大，还原性强。

（8）土壤电阻率。土壤电阻率是表征土壤导电能力的指标。在其他条件相同的情况下，

土壤电阻率越小，腐蚀电流越大，土壤腐蚀性越强。土壤电阻率的大小主要和土壤

的含水量、含盐量、有机质含量、颗粒特征及温度有关。金属管道的微电池腐蚀与

土壤电阻率无关。

（9）土壤质地的松紧度（孔隙度）

（10）土壤温度

（11）杂散电流的影响

（12）管地电位。管地电位是一个综合反映金属表面腐蚀趋势的指标，管地电位越高，腐

蚀越激烈。

土壤中氧的来源：

1）空气的渗透；

2）雨水及地下水的溶解氧；

氧部分存在于土壤的孔隙与毛细管中，部分溶解在水里。

土壤中的含氧量与土壤的湿度和结构有密切关系，在干燥的砂土中，含氧量较高；在潮湿的

砂土中，含氧量较少；而在潮湿密实的黏土中，含氧量最少。

由于湿度和结构的不同，土壤中的含氧量可相差达几万倍，这种充气的极不均匀，也止是造

成氧浓差电池腐蚀的原因。

一般来说：含氧量越高，腐蚀速率越大。当由于含氧量不同而造成氧浓差电池时，含氧低的

区域由于成为阳极而腐蚀速率大

土壤腐蚀的儿种形式

（1）由于充气不均匀引起的腐蚀

112）当金属管道通过结构不同和潮湿程度不同的土壤时（如

通过砂土和黏土时），由于充气不均匀形成氧浓差电池的腐

蚀。处在砂土中的金属管段，由于氧容易渗入，电位高而成

为阴极；而处在黏土中的金属管段，由于缺氧，电位低而成

为阳极，这样就构成了氧浓差腐蚀电池，因而使黏土中的金

属管段加速腐蚀。

113）同样，埋在地下的管道（特别是水平埋放，并且直径较

大的管子）、金属钢桩、设备底架等，由于各部位所处的深

度不同，氧到达的难易程度就会有所不同，因此，就会构成

氧浓差腐蚀电池。埋得较深的地方（如管子的下部），由于

氧不容易到达而成为阳极区，腐蚀主要就集中在这一区域。

（2）由杂散电流引起的腐蚀

114）杂散电流足在土壤介质中的导电体因绝缘不良而漏失

出来的电流，或者说是正常电路以外流入的一种大小、方向

都不固定的电流。地下埋设的金属构筑物在杂散电流影响下

所发生的腐蚀，称为杂散电流腐蚀或干扰腐蚀。

115）杂散电流从金属管道或路轨流入土壤（电解质）的部位

是电解池的阳极区，腐蚀就发生在此处。

防止土壤腐蚀的措施：绝电流流入大地，或使漏入大地的电流沿着特设的线路回流入供电

网。覆盖层保护。覆盖层和阴极保法联合使用。

依据土壤电阻率评价土壤腐蚀性等级（知道）

*4,1.12土蝎腐烛性分级

级别

指标

强4'轻

土城电阻率（n-m）<2020-50>50

直流干扰评价

可依据两个指标判断：

①土壤电位梯度

杂散电流程度小中大

土壤电位梯度（mV/m）<0.50.5~5.0>5.0

②管地电位偏移

管地电位交自然电位正向偏移20mV,可认为受到杂散电流干扰，偏移100mV需采取排

流措施

（2）综合评价了解（德国DIN50929标准介绍）

Hi-8IMNS0929关于±4MT馆性讨价

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4管道覆盖层掌握常用的方法

具有牺牲阳极保护功能的防腐层

•如果防腐层含有比铁更活泼的还原性物质，如金属锌、镁，或者

防腐层本体就是活泼金属，能够使钢铁从腐蚀原电池的阳极转化为

阴极而不被腐蚀，在腐蚀介质中，活泼金属将能够先于铁被腐蚀，

以活泼金属的牺牲达到保护钢铁的目的。

•如果这种拥有牺牲保护功能的防腐层能够通过和钢铁紧密结合，

使钢铁在腐蚀宏电池中始终处于•阳极的位置，则防腐层的牺牲保护

作用将持续到活泼金属完全消耗为止。

•如果防腐层中的活泼金属粉末体积分数不够，或者防腐层中的活

泼金属和钢铁的结合不可靠，就不能够改变腐蚀回路中钢铁的电位,

钢铁也就可能产生腐蚀。

金属防腐层

•将某些金属镀覆在另外一些金属上就构成了双层或复合系统。表面

的金属层称为金属镀层，不同的金属镀层可以满足很多特定的腐蚀

环境。

•根据镀层对基体金属是阳极性还是阴极性的，金属镀层被分为两种

类型，对钢而言，铝、锌或镉镀层是阳极性的，铅、铜、锡、银、

珞、银和金镀层是阴极性的。

•镀覆的方法有熔融镀、真空蒸镀、化学镀、电镀镀、喷镀、焊接镀

和贴板法。而经常采用的金属防腐层是用热喷镀（涂）法镀覆的锌、

铝及其合金镀层。例如，燃气工程领域常用的镀锌管

•金属镀层的保护原理：

-（1）锌、铝及其合金镀层作为阳极金属，为钢基体提供阴

极保护，防腐层不完整部位裸露出的钢表面能够得到附近阳

极金属的牺牲保护而免受腐蚀，直到阳极防腐层金属完全消

耗为止；

-（2）这两种金属能够和空气中的腐蚀介质反应生成氧化物、

碳酸盐和水合物，在防腐层表面形成一种保护层，使自身的

消耗速率降低到能被接受的范围，为钢基体提供设计防腐层

寿命期内的腐蚀保护

常用管道防腐层主要有：（传统的防腐层）石油沥青或沥青瓷、漆煤焦油和煤焦油瓷漆、聚

乙烯和聚丙烯胶带；（现代技术的防腐层）挤出包覆/缠绕聚乙烯和聚丙烯、三层聚乙烯和

聚内烯、单层和双层熔结环氧粉末、加热收缩或自收缩防腐带/套、液体环氧、液体聚氨酯

等。

沥青基涂料

沥青基涂料包括石油沥青和煤焦油沥青，以及用沥青（焦油）在高温下掺加板石粉、页岩粉

或煤粉等制成的沥青瓷漆或煤焦油瓷攘。特点：①对除锈要求不高。采用机械式钢丝刷除

锈，便于现场作业。②高温流淌、低温硬脆。沥青质在高温下为液体，冷却才定型，因此防

腐层的最高使用温度取决于防腐层的软化点，管线最高运行温度应至少低于防腐层软化点

45℃；防腐层低温硬脆的问题使得这类防腐层管道不便于在严寒条件下安装。③抗机械损伤

能力差。防腐层管道在运输、安装和运行中如受到外力作用均容易产生机械损伤。④抗土壤

应力能力低。⑤补口结构和质量可以与管体防腐层相同。⑥对环境污染大，有一定的毒性。

石油沥青及其瓷漆：石油沥青属于热塑性涂料，是原油分储出汽油、煤油、柴油及润滑油后

得到的副产物，主要物质为脂肪族直链烷姓。矿物油、树脂和沥青质是石油沥青的三大组分，

油分和树脂赋予沥青流动性和塑性，沥青质决定沥青的坚硬程度和脆性。

»有较好的电绝缘性、耐水性、抗化学药品性和防腐

性，但吸水率较高，黏结力低，易受机械力破坏，

土壤中某些细菌嗜食沥青，植物根可以穿透沥青层，

此外在有干湿度变化的黏性土中易受土壤应力破

坏，在温度和重力作用下，防腐层可能产生蠕变或

冷流。

»油沥青防腐层的防腐能力较为一般，不宜在沼泽、

水下和盐碱土壤等强腐蚀环境以及黏性土等土壤应

力较大的环境中使用；还应注意土壤微生物丰富、

植物根繁茂地区石油沥青防腐层的失效监控。应

»石油沥青的使用寿命相对较短，但如果使用得当，

也可以取得长期的保护效果。

粉末涂料

-环氧粉末涂料生产原料包括：环氧当量在700-1000之间、分子量分布较窄

的固体环氧树脂，在自然温度条件下无反应恬性、在高温下反应迅速的固化

剂，催化剂及助催化剂，此外还有流平剂、颜填料。将这几种原料混合后，

送到挤出机塑炼、捏合，以薄片状挤出，经过破碎、研磨和分级，得到粒度

均匀的粉末涂料。

-环氧树脂和钢铁可以产生牢固的化学键结合，环氧粉末在高温钢管表面熔

融、固化形成的防腐层对钢铁表面具有极强的黏结力，形成了以黏结力为性

能支点的薄膜防腐层——熔结环氧粉末防腐层，也称熔结环氧防腐层。

-相对于传统薄膜防腐层，环氧粉末涂料不含溶剂,涂敷时几乎不产生挥发物，

仅要求防止粉尘，对环境无污染，作业卫生，生产效率高，防腐性能可靠。

粉末涂料类型

⑴单层熔结环氧防腐层(fusionbondedepoxy,FBE)：

-有优异的黏结力、防腐层坚牢、耐腐蚀和耐溶剂性，防腐层

损伤修复较容易，抗土壤应力，适用于大多数土壤环境，包

括砾石地段：和阴极保护配套性好，对保护电流儿乎无任何

屏蔽作用。但是.FBE防腐层吸水率较大，耐湿热性能有限，

不适用于输送介质温度过高的水下管道，抗冲击损伤能力也

比较有限。增加防腐屋厚度能够提高防腐层的耐温性能，但

不能提高防腐层抗机械损伤的能力，防腐层过厚，抗冲击性

能、抗弯曲性能反而可能下降，钢管外防腐厚度定在350〜

600um之间为宜。表面处理的好坏对FBE能否成功保护管

线至关重要。

(2)双层粉末结构

在粉末涂料制备过程中加入部分塑性材料，可有效提高防腐

层的抗冲击能力，这种环氧粉束作外层，常规的防腐粉末作

里层，就构成了抗冲击性能优异、抗划伤性能卓越、最高使

用温度达到80℃的DPS

聚乙烯材料性能极为稳定，隔离腐蚀介质能力强。但是，由于聚乙烯没有极性，和强极性的

钢铁表面黏结力太弱，只用聚乙烯材料生产的管道防护层存在严重的黏结缺陷。

三层结构防腐层底层采用环氧防腐层，中间采用合成胶黏剂，最外层才是聚乙烯，通过前两

者的“搭桥”作用，从根本上解决了聚乙烯与钢表面的黏结问题，形成“完美防腐层”。

聚丙烯防腐层和聚乙烯的区别主要是使用温度更高。挤出聚丙烯的材料性质、涂装方式和使

用条件与聚乙烯相近，适用于高温管道和高温季节的施工。

聚烯燃防腐层有粉末喷涂成型、挤出缠绕及包覆成型、二层及三层聚乙烯和聚丙烯等

•(1)粉末聚乙烯：粉末聚乙烯通常采用中、低密度聚乙烯为主要原料,

并加入多种助剂和颜料组成。

-防腐层黏结力有限

-抗水蒸气渗透性能力有限，膜下腐蚀介质容易造成防腐层的

剥离

•(2)挤出聚乙烯：挤出聚乙烯防腐层一般是指二层结构聚乙烯(俗称聚

乙烯夹克，英文缩写为2LPE)。

-底层为黏结剂(一般为沥青丁基橡胶或乙烯基共聚物)，面

层为聚乙烯，两层均采用挤出成型：小口径管道常采用环形

挤出包覆方式，大口径管道采用侧向挤出缠绕方式。

-防腐层的黏结性能取决于胶黏剂的性质：醋酸乙烯酯

-极为优异的力学性能，搬运及安装过程中损伤极少；水汽渗

透率极低；抗土壤应力的破坏；柔韧性好，有良好的低温性

能；防腐性好。

-聚乙烯同黏结剂的黏结力还不是很理想，尤其是在较高温度

时，由于胶黏剂的热塑性而变软，黏结强度下降，抗水汽渗

透能力削弱；和阴极保护的匹配性较差，在保护电流的作用

下，夹克外层可能失去黏结性，并对电流产生屏蔽。

(3)三层结构

•三层结构(3LPO)特指底层为环氧防腐层、中间为黏结剂层、外层为

聚烯烽的防腐层。

•其底层环氧涂料包括液态环氧涂料和环氧粉末涂料，面层为挤出聚

乙烯或粉末聚乙烯层、挤出聚丙烯或粉末聚丙烯层，中间为挤出黏

结剂或粉末黏结剂层。

•这种结构克服了二层聚烯烧防腐层的缺点，尤其是采用熔结环氧

(FBE)作底层，和钢管表面的黏结力极强；黏结剂为乙烯基二元共聚

物、三元共聚物或聚乙烯接枝聚合物，含有可与环氧树脂官能团反

应的基团，能够和底层产生化学键结合，和聚乙烯完全相容，共持

时融合，使三层成为一个整体。

聚乙烯胶黏带

聚乙烯胶黏带是以聚乙烯塑料薄片为胎材、里层涂敷(覆合)一层黏结剂(通常为工基橡胶

黏胶）而制成的一种防腐材料。

就防腐层结构而言，聚乙烯胶黏带和2LPE是一样的，但由于是冷缠施工，胶带防腐层对管

体的黏结力小于2LPE.防腐层下存在气隙的可能性及数量增大；与挤出缠绕不同，胶带压

边位置的防腐层不是一个整体，而压边黏结的紧密程度对防止水汽的渗透至关重要。胶带防

腐层较软、较薄，抗外力损伤的能力较小。在涂敷车间，则常常使用加热缠绕的方法，可以

有效提高防腐层质量。

煤焦油防腐带：一种补口材料，专用于煤焦油瓷漆防腐管的补口，瓷漆生产厂一般配套供

应。

石油沥青防腐带:石油沥青防腐带是国内研制生产的一种用于石油沥青防腐管防腐层更新的

材料。和煤焦油瓷漆防腐带一样，也需要配套的厚型底漆。应用较少。

涂装前的表面处理，表面处理的好坏直接关系到防腐层与钢管粘结性

表面处理的基本要求：

a2-12钢材亵面原妫区曲等级

销馆状又

A缴/at育充费的复化皮曳几石极少量快的期材液电

部分复化度已松动.端起或脱落,已有一定铸的锹杈表制

（海国化度大部分总起成脱落.大量生也，但用目制君•不期情蚀的钢材衣面

D缓气化皮儿乎全案说起或脱落、大M生愣，目洌M陡见到孔惊的钢材装面

石油沥青防腐层，石油沥青防腐层是在钢管外浇涂石油沥青，中间加缠中碱玻璃布（以下简

称玻璃布），外包聚氯乙烯工业膜构成o

三层结构的聚乙烯防腐层

第一层（底层）：熔结环氧（FBE）厚度一般为60〜100um。以粉末形态进行喷涂并熔融成

膜。这种热固性粉末涂料无溶剂污染，固化迅速，具有极好的粘结性能。

第二层（中间层）：聚烯燃共聚物。作为胶粘剂，连接底层与外防护层，厚度为200〜400口

m。粘结剂是一种带有极性基团的乙烯共聚物、嵌段共聚物或三聚物，通过共聚或嵌段反应,

使末端环氧和羟基与未完全固化的环氧底漆发生化学反应，能获得很好的粘结。三层PE中

的胶粘剂既有粘结性强、吸水率高、抗阴极剥离的优点，而旦在施工过程中可以与防护层聚

乙烯共同挤出，方便施工。

第三层（防护层）：聚烯烧，一般厚度为1.8〜3.7mm,或视工程的特殊要求增加厚度。

5埋地管道阴极保护重点

对被保护金属施加负电流，通过阴极极化使其电极电位负移至金属氧化还原平衡电位，从而

抑阻金属腐蚀的保护方法称为阴极保护。

阴极保护原理

金属导线连接

锌阳极-铁阴极

阳极区氧化反应阳极氧化反应整流器

2

,Zn-Zn'+2e2HO?+4H.+4e~220V

Fe-Fe2，+2e

2Cl-Cl2+2e

◎

阳极氧化反应阴极还原反应阴极还原反应

Zn—Zn2，+2e

2H-»2e->H}2H'+2e—H,

铁

HCI溶液

HCI溶液

阴极区还原反应

氮气泡2H-+2e-H,

（a）无保护；（b）牺牲阳极阴极保护；（c）外加电流阴极保护

阴极保护原理的极化图解

阴极保护极化图的要点：

1）组成：阴极极化曲线；阳极极化曲线；自然腐蚀电位：自然腐蚀电位下最大腐蚀电流（自

然腐蚀电流）；

2）给阴极施加电流，阴极电流增加至ID,则阴极进一步极化，阴极电位下降至田；此时由

阳极流出的腐蚀电流下降至V,即阳极腐蚀速率下降。ID与I'的差值就是由辅助阳极流出

的外加电流。

3）要使阳极不腐蚀，则阴极电位应降低到阳极初始电位以下，此时阴极电流至少应为IP,

此时阳极流出的腐蚀电流为0,阳极从而得到保护

S3-L阻板保护的极化图解

E<\Q一用搬开部电位；EJ—阳桃开寿电位；

E一自燃窝蚀电拉JTc一自陆窗馋电流；

「一对应电位E'tlS腐映电谅1%—保护电流

阴极保护的基本方法

腐蚀原电池中，阳极被腐蚀，阴极不腐蚀。阴极保护就是要使被保护管道成为阴极。

（1）牺牲阳极法：

-在埋地金属管道上连接一个比金属管道上阳极电位更负的金属或合金（锌、镁等），

形成一个新的腐蚀原电池，由于原来管道上的阳极电位比连接的金属电位更正，从而

使整个管道称为阴极而受到保护。

-城市地下设施的阴极保护一般采用牺牲阳极法。

-牺牲阳极在开路状态（牺牲阳极与被保护管道之间电路未接通）要有足够的开路电

位（即自然腐蚀电位），而且在闭路状态（电路接通后）有足够的闭路，保持足够的

驱动电压。

-驱动电压：牺牲阳极的闭路电位与被保护金属构筑物阴极极化后的电位之差。

-牺牲阳极材料的要求：

»1）要有足够的负电位，且很稳定；

»2）工作中的阳极极化要小，溶解均匀，且产物容易

脱落；

»3）阳极必须有高的电流效率，即实际电容量和理论

电容量之比的百分数要大；

»4）电化当量高，即单位重量的电容量要大；

»5）腐蚀产物无毒，不污染环境；

»6）材料来源广，加工容易，价格便宜。

牺牲阳极法优点：①不需要任何外部电源，增强了其应用的广泛性；②作为电系统对邻近结

构物可能产生的杂散电流干扰很小甚至无干扰:③对小型工程而言，这种阴极保护成本很低:

④牺牲阳极的输出电流具有一定的自调节能力，保护电流分布均匀，利用率高；⑤施工安装

简单，阴极保护系统运行期间的维护管理强度很低，甚至无须维护；⑥在低电阻率环境中运

行工作良好

牺牲阳极法局限性①由于输出功率小，牺牲阳极系统在高电阻率环境中应慎用，在过高电阻

率环境中则不宜使用；②系统可供应的保护电流小，可调节范围很小；③为了获得好的保护

效果，要求被保护结构物表面应涂敷优质防腐层；④消耗有色金属，重量大，且工作寿命较

短，但若干年后可更换，等等。

（2）外加电流法阴极保护组成：外部电源、整流器

外加电流法：将电源的负极与管道相连，正极连接辅助阳极，使管道成为阴极。外加电流法

的电源常用的有整流器，太阳能电池、热电发生器、风力发电机等。常用的辅助阳极材料有

高硅铸铁、石墨、磁性氧化铁及废钢铁等。外加电流法是长输管道最主要的阴极保护方法。

优点:①与牺牲阳极系统不同，外加电流法阴极保护系统可以施加很大的槽压（输出功率大）,

从而可进行远距离阳极配置，由此可在被保护体上实现更大范围的保护电流供给；②辅助阳

极的有效保护半径大，可显著增大保护范围；③由于槽压大，可使外加电流法阴极保护应用

在各种环境介质中，包括在高电阻率环境介质中的成功应用（如淡水、混凝土环境）；④输

出电流和电压可连续调节；⑤保护装置的服役寿命长；⑥这种阴极保护方法用于大型工

程时的成本很低。局限性：①由于工作槽压很大，将可能时邻近金属结构物产生严重的杂

散电流干扰：②很大的工作槽压易使高强钢过保护，从而导致氢脆；③工作槽压过大也可能

使被保护结构物上的防腐层产生阴极剥离，当水汽侵人防腐层并在防腐层下产生析氧反应，

氢气压积累升高而使防腐层鼓泡或开裂，从而导致防腐层剥离；防腐层损伤和剥离将使所需

保护电流增大并可能超过阴极保护系统的承受能力；④这种保护系统结构较复杂，必须要有

外部电源，其管理和维护的工作量大；⑤由于其有效保护半径大和工作槽压大，使被保护结

构物上的电流分布不易均匀；⑥外加电流法阴极保护系统的初次投资较大，府被保护结构物

供应直流电所必需的投资成本要比牺牲阳极法阴极保护高很多

排流保护：

在杂散电流排除过程中，在管道上保留有一定的负电位，使管道得到阴极保护，因此也是一

种限定条件下的阴极保护方法。

通常的排流方式有：

»直接排流；

»极性排流；

»强制排流。

表3-1阳极保护与排流保护的比较

方法优点缺点

--

强1.惭出电流，电压连续可商1.必颊要有外部电流

颖2.保护检围大2.对邻近金属构筑物有干扰

-电3.不受土壤电阻率的限制3.管理、维护」.作量大

-流

阴-4.工程量超大越经济

极-13.保护装置寿命长

保-

护-1,不需蜃外部电源1,高电阻率寻墙不经济

-艳

料2.对邻近金属构箔物无干扰或粒小2.覆盖层差时不适用

-

-阳3.管理工作量小3.输出电流有限

-梭

一4.工程量小时，经济性好

5.保护电跄均匀，且自动调节，利用率离

棍1.利用杂散电流保护管道1.对其他构筑物有干扰影响

性2铲洸4m2.电倏停运时，管道得不到保护

排

排3：*法简单易行，管运量小

流3.成电位不易控制

流4.对■杂散电流无引流之忧

1.保护范围J

1.对其他构筑物有干扰影嘀

2.电压、电就连续可南

2.南要外部电源

P3.以机道代替神助阳被，绪构筒单

I3.排流点易过保护

L-4.电帙停翅时，管道仍疔保护

S木器在图展于我

阴极保护参数

在阴极保护技术中，为判断被保护金属是否达到完全保护以及调整和控制阴极保护系统运行

过程，一般采用两个主要参数，即保护电位（和保护电位范围）及保护电流密度。为确定最

佳保护效果，有时还采用保护度和保护效率两个参数。

自然腐蚀电位：

在未通电保护之前，金属本身对地的电位（管地电位），也称为开路电位；自然腐蚀电位决

定了阴极保护所需电流的大小，又是阴极保护准则中重要的参考点；

保护电位：金属保护电位范围所必须达到的腐蚀电位的临界值。保护电位是阴极保护的关键

参数，标志阴极极化的程度，是监视和控制阴极保护效果的重要指标；最小保护电位：为使

腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的电位，也就是腐蚀原电池阳极的初始电位。

为-0.85V。最大保护电位：根据腐蚀电化学理论，只要控制金属电极电位达到比最小保护电

位更负，都可以使腐蚀原电池的阳极氧化反应停止，即停止金属腐蚀。但是，当阴极保护电

H叶LH

位过负且达到析氢电位时，将发生析氢反应：H十为12V

对金属结构物施行阴极保护时，为达到规定保护电位所需施加的阴极极化电流称为保护电

流。

相对金属结构物总表面积的单位面积上保护电流量称为保护电流密度。

为达到最小保护电位所需施加的阴极极化电流密度称为最小保护电流密度。或者说，阴极保

护时使金属腐蚀速度降到最低程度所需临界电流密度值称为最小保护电流密度。

保护度定义：通过防腐蚀措施使特定类型的腐蚀速率减小的百分数。

保护度的计算

QQa

%-Vi

P——”—x100%x100%

vo

Si

P-%x100%=[1--]X100%

[parrICOTT

GO：无保护情况下的失重，G1：阴极保护情况下的失重。

P：保护度；

ic：未加阴极保护时金属的腐蚀电流密度；

ia：阴极保护时金属的腐蚀电流密度

保护效率:

Z=2-=FL〃X100%

?torr

,iappl:：阴极保护时外加保护电流密度。

•随着阴极保护电流的增加，腐蚀电流密度(ia)减小，阴极极化值增

大，保护度P不断提高，但保护效率下降。

•保护度P和保护效率Z之间并不存在简单的线性对应关系，保护电

流消耗量iappl过大将可能使保护效率Z明显下降，而保护度P则增

加甚微

•并非保护度越高，越经济，还需考虑保护效率，保护度越高，成本

也越高。

•优化阴极保护参数，使能量合理利用，达到最佳的保护效果即可。

钢铁的阴极保护准则：①施加阴极保护后，使用铜/饱和硫酸铜参比电极(CSE)测得的极化

电位至少应达到-850mV或更负。测量电位时，必须考虑JR降的影响。②采用断电法测得

管道相对于CSE参比电极的极化电位应达到-850mV或更负。③在阴极保护极化形成或衰减

时，测得被保护管道表面与接触土壤的、稳定的CSE参比电极之间的阴极极化电位值应不

小于lOOmV。④存在细菌腐蚀时，管道通电保护电位值应负于或等于-950mV（相对于CSE

参比电极）。⑤在沙漠地区，管道通电保护电位值应负于或等于-750mV（相对于CSE参比电

极）

管道实施阴极保护的基本条件：有可靠的直流电源（或牺牲阳极），以保证提供充足的保护

电流：管道必须处于有电解质的环境中（土壤、海水、河水等）；保持管道纵向电连续性；

必须做好管道电绝缘，覆盖层绝缘良好，受保护与不受保护的管道或管件间绝缘良好。

按照实用金属和合金在某指定的具体应用介质中的实测电极电位（自腐蚀电位）大小排列而

成的次序表称为该介质中的电偶序。金属排序

费金属在251时标准电极电位:⑶

一•

电极E0,V(SHE)电极En,V(SHE)

Na/Na*-2.714Xi/Ni24-0.250

-2.37Sn/Si:"-0.136

MV)i.85Pb/Pb=--0.L26

A1ZA13*_1.66Fe/Fe”-0.036

Ti/Tr"-1.63叫小*0.0

Zr/Zr^-1.53Cu/C产十0.337

Mn/lWn2"7.18Cu心’+0.521

Zn/Zn2'-0363以小/十0.7%

cd-0.74w^0.7901

Fe/FW，-0.440RIZ*+0,知

-0.403Pt/Pl*+1.2

ln/IrM-0.342Au/Au”+l,5l)

Co/Co?”一0.277Au/Au+4-1.7

阴极保护用的牺牲阳极材料（金属或合金）应满足如下一些要求：

1）须有足够负的稳定电位，即它与被保护金属之间应有足够大的开路电位差。要达到完全的

阴极保护，必须将被保护金属结构物阴极极化到表面上最活泼阳极点的平衡电位。而牺牲阳

极的电位应该比这一平衡电位更负。这样它在阴极保护系统这一电偶电池中才能作为最有效

的阳极而优先溶解。

2）牺牲阳极在工作过程中阳极极化率要小，牺牲阳极在工作时的电位朝正的方向（阳极极化

的结果）移动不大。牺牲阳极的工作电位（即闭路电位，阴极保护系统运行时与金属结构物

连接的牺牲阳极电位）足够负，这就可在阴极保护系统工作时保持有足够大的驱动电压。所

谓驱动电压是指，阴极保护系统运行时被保护金属的保护电位与牺牲阳极工作电位之间的电

位差。足够大的驱动电压用于产生足够大的阳极输出电流，克服保护系统的回路电阻，保障

良好的阴极保护效果。尤其是在较高电阻率介质（如淡水、土壤）中，维持足够大的驱动电

压是十分必要的。

牺牲阳极材料的理论电容量要大：

1）理论电容量是根据库仑定律计算的消耗单位质量金属所产生的电量，单位为Ah/kg。对于

牺牲阳极，消耗单位质量的阳极金属所产生的电量要大：或者说，产生lAh的单位电量所

消耗的阳极质量要少。由此决定了阳极使用寿命长、经济性好的保护效果。

2）牺牲阳极在工作时的自腐蚀速率（自溶解量）要小，电流效率要高

3）电流效率就是实际电容量与理论电容量的百分比率

4）由于在阴极保护运行时牺牲阳极自身发生的电流井不能全部用于对金属结构物的阴极保

护作用。实际电容量总是比理论电容量要小，但从阴极保护效果和经济性考虑，要求实际电

容量应尽可能地大，即电流效率要高。

5）牺牲阳极在工作时呈均匀的活化溶解，表面上不沉积难溶的腐蚀产物，使阳极能够长期持

续稳定地工作。

6）牺牲阳极工作时产生的腐蚀产物应是无毒无害，不污染环境

7）牺牲阳极的原材料丰寓，生产加工容易，价格低廉

工程中常用的牺牲阳极材料主要有镁和镁合金、锌和锌合金、铝合金三大类。

镁基牺牲阳极

1）具有很负的开路电位和很大的驱动电压

2）广泛地应用于土壤、海水、海泥及工业水中对金属结构物实施阴极保护。

3）电流效率低

锌基牺牲阳极

1）开路电位不如镁基阳极那么负，驱动电压不大，

2）仍能在低电阻率土壤、海水、海泥环境中广泛用于牺牲阳极保护。

镁和镁合金，镁合金牺牲阳极主要有高纯镁、Mg-Mn系合金、Mg-Al-Zn-Mn系合金三大

系列。

Mg-Al-Zn-Mn合金牺牲阳极

l）Mg-Al-Zn-Mn系镁合金的基本合金元素为A1和Zn。

2）A1是该系阳极中的主要合金元素，可提高合金的强度。但向工业镁中单独添加A1时，可

形成大量的MgAl、Mg2A13、Mg4A13等金属间化合物，这些金属间化合物的存在，都会增

大镁的自溶解速率，加速固溶体的破坏。

3）加入合金元素Zn可降低镁的腐蚀速率，减小镁的负差异效应，提高阳极电流效率。

4）Mn在镁合金中是一种极好的净化元素，除了能抵消杂质Fe的有害作用之外，还可部分抵

消Ni的有害作用，特别是在含盐环境中效果更显著。

5）Mg-3Al-IZn-Mn合金的电位为-1.25~-1.55V（SCE）,实际发生电量为1100~1200A.h/kg,

电流效率可达50%~55%,

6）是土壤中应用最多的牺牲阳极

镁阳极的优点：

所有镁阳极具有密度小、驱动电压大的特点，特别适于在电阻率较高的介质、需用较大保护

电流密度的体系。镁阳极不仅广泛用于土壤及淡水中的金属设施的保护，而且也经常用于淡

水压载舱、钢结构水工建筑物、热水器、饮用水储存装置和热水槽内壁保护等。对饮用水设

备