陰極保護的基本知識
相關(guān)介紹
陰極保護是基于電化學(xué)腐蝕原理的一種防腐蝕手段。
陰極保護是基于電化學(xué)腐蝕原理的一種防腐蝕手段。美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）對陰極保護的定義是：通過施加外加的電動勢把電極的腐蝕電位移向氧化性較低的電位而使腐蝕速率降低。犧牲陽極陰極保護就是在金屬構(gòu)筑物上連接或焊接電位較負的金屬,如鋁、鋅或鎂。陽極材料不斷消耗,釋放出的電流供給被保護金屬構(gòu)筑物而陰極極化，從而實現(xiàn)保護。外加電流陰極保護是通過外加直流電源向被保護金屬通以陰極電流，使之陰極極化。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)。
保護電位是指陰極保護時使金屬腐蝕停止（或可忽略）時所需的電位。實踐中，鋼鐵的保護電位常取-0.85V（CSE），也就是說，當金屬處于比-0.85V（CSE）更負的電位時，該金屬就受到了保護，腐蝕可以忽略。
陰極保護是一種控制鋼質(zhì)儲罐和管道腐蝕的有效方法，它有效彌補了涂層缺陷而引起的腐蝕，能大大延長儲罐和管道的使用壽命。根據(jù)美國一家陰極保護工程公司提供的資料，從經(jīng)濟上考慮，陰極保護是鋼質(zhì)儲罐防腐蝕的經(jīng)濟的手段之一。
網(wǎng)狀陽極陰極保護方法
網(wǎng)狀陽極陰極保護方法是目前國際*行且成熟的針對新建儲罐罐底外壁的一種有效的陰極保護新方法，在國際和國內(nèi)都得到了廣泛應(yīng)用。網(wǎng)狀陽極是混合金屬氧化物帶狀陽極與鈦金屬連接片交叉焊接組成的外加電流陰極保護輔助陽極。陽極網(wǎng)預(yù)鋪設(shè)在儲罐基礎(chǔ)中，為儲罐底板提供保護電流。
網(wǎng)狀陽極保護系統(tǒng)較其它陰極保護方法具有如下優(yōu)點：
1) 電流分布均勻，輸出可調(diào)，保證儲罐充分保護。
2) 基本不產(chǎn)生雜散電流，不會對其它結(jié)構(gòu)造成腐蝕干擾。
3) 不需回填料，安裝簡單，質(zhì)量容易保證。
4) 儲罐與管道之間不需要絕緣，不需對電氣以及防雷接地系統(tǒng)作任何改造。
5) 不易受今后工程施工的損壞，使用壽命長。
6) 埋設(shè)深度淺，尤其適宜回填層比較薄的建在巖石上的儲罐。
7) 性價比高，造價僅為目前鎂帶犧牲陽極的1倍；雖然長期由恒電位儀提供電流，但其可靠性，壽命和綜合經(jīng)濟效益遠高于犧牲陽極；
深井陽極陰極保護
深井陽極陰極保護是近年來興起的一種陰極保護方法，采用的陽極與淺埋基本相同，但施工較淺埋陽極復(fù)雜得多，且一次性投資比較高，調(diào)試比較麻煩。現(xiàn)場是否適合采用深井保護還需考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)情況、地層結(jié)構(gòu)以及周圍金屬構(gòu)筑物的分布情況。但從其保護效果及投資來說，推薦在需要對整個大型罐區(qū)和埋地管網(wǎng)進行保護時采用。深井陽極也可用于保護長輸管道，但由于現(xiàn)場施工復(fù)雜等原因，一般很少采用。
柔性陽極產(chǎn)品
柔性陽極亦稱纜形陽極，是一種新型陽極，早期主要是為解決覆蓋層老化的老齡管道的陰極保護問題而研制開發(fā)，目前已廣泛應(yīng)用于新建和已建管道及儲罐的保護。
該陽極的基本結(jié)構(gòu)為銅芯外面包裹導(dǎo)電聚合物及耐酸堿編織層，然后經(jīng)過特殊的工藝處理，使之具有耐熱、抗老化的性能，在允許在工作電流范圍內(nèi)，其工作壽命預(yù)期可達40年以上。這種結(jié)構(gòu)，銅芯確保了縱向低電阻，可以把電流傳到很遠；而且導(dǎo)電聚合物確保了橫向有一較高電阻接地，使銅芯中的電流只能慢慢地“滴入”地中。柔性陽極產(chǎn)品和常規(guī)輔助陽極相比，柔性陽極在下列領(lǐng)域具有優(yōu)越性：
?、俑采w層老化的舊管道；
?、阱e綜復(fù)雜的管網(wǎng)；
?、蹆薰薜淄獗冢?/p>
?、荛L距離、小間距平行的管道；
⑤高電阻率環(huán)境。 埋地鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)
埋地金屬構(gòu)筑物的種類繁多，包括輸送各種流體的金屬管道、管網(wǎng)，也包括各種各樣的金屬儲罐，以及各種避雷接地裝置（網(wǎng)）等等。這些金屬構(gòu)筑物直接或通過防腐層間接與土壤接觸。土壤是由固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三相物質(zhì)所組成的復(fù)雜的混合體系，它的結(jié)構(gòu)、成分以及其它環(huán)境因素的相互作用，使得土壤腐蝕性比其他介質(zhì)更為復(fù)雜。土壤酸堿性、細菌類型及含量、無機鹽離子類型及含量、雜散電流大小及方向等是影響其腐蝕性能的重要因素，有時土壤的這種腐蝕是很嚴重的?？傮w上講，土壤腐蝕會不同程度降低金屬構(gòu)筑物的使用壽命。而且，由于不同條件下金屬構(gòu)筑物會發(fā)生不均勻腐蝕，對管道而言會造成局部穿孔，更是大大影響了整條管道的使用壽命。因此對埋地金屬構(gòu)筑物進行有效的保護是十分必要的，現(xiàn)有解決方案一般采用外涂層與陰極保護聯(lián)合使用的方法。陰極保護分為犧牲陽極保護和強制電流保護兩種方法，以下對兩種方法分別進行介紹。
1．犧牲陽極法
將被保護金屬和一種可以提供陰極保護電流的金屬和合金（即犧牲陽極）相連，使被保護體極化以降低速率的方法。
在被保護金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負于被保護金屬體的電位，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極。通常用作犧牲陽極的材料有鎂和鎂合金、鋅合金、鋁合金等。鎂陽極適用于淡水和土壤電阻率較高的土壤中，鋅陽*多用于土壤電阻率較低的土壤和海水中，鋁陽極主要應(yīng)用在海水、海泥以及原油儲罐污水介質(zhì)中。
犧牲陽極保護 法的主要特點是：
(1) 適用范圍廣，尤其是中短距離和復(fù)雜的管網(wǎng)
(2) 陽極輸出電流小，發(fā)生陰極剝離的可能性小
(3) 隨管道安裝一起施工時，工程量較小
(4) 運行期間，維護工作簡單。
(5) 陽極輸出電流不能調(diào)節(jié)，可控性較小。
2. 強制電流保護 法
將被保護金屬與外加電流負極相連，由外部電源提供保護電流，以降低腐蝕速率的方法。外部電源通過埋地的輔助陽極將保護電流引入地下，通過土壤提供給被保護金屬，被保護金屬在大地電池中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會再發(fā)生金屬離子的氧化反應(yīng)，使腐蝕受到*。強制電流保護 法的主要設(shè)備有，恒電位儀、輔助陽極、參比電極。
強制電流保護 法的主要特點是：
(1) 適用于長輸管線和區(qū)域性管網(wǎng)的保護
(2) 輸出電流大，一次性投資相對較小
(3) 安裝工程量較小，可對舊管道補加陰極保護
(4) 運行期間需要*人員維護
(5) 容易實現(xiàn)遠程自動化監(jiān)控
3.強制電流陰極保護系統(tǒng)組成
* 陽極地床
陽極地床一般分為淺埋陽極地床和深井陽極地床兩種。
* 陰極保護控制系統(tǒng)
陰極保護的控制系統(tǒng)由恒電位儀、控制箱、陽極地床、陰極通電點組成 * 陽極地床通過匯流電纜與恒電位儀陽極接點相連。陰極通電點設(shè)置兩根陰極電纜和兩支電位控制用長壽命固體硫酸銅參比電極。
* 陰極保護檢測系統(tǒng)
陰極保護檢測系統(tǒng)由恒電位儀和管線測試樁組成，恒電位儀可以自動測量通電點的電位、恒電位儀的工作電位和輸出電流；管線測試樁可檢測管道的保護電位和犧牲陽極的工作電位、輸出電流、開路電位。
* 陰極保護排流系統(tǒng)
雜散電流干擾強烈的地區(qū)的管道應(yīng)采取排流保護。在長輸管道與高壓輸電線路平行段或者與電氣化鐵路交叉平行段*根據(jù)雜散電流影響的大小設(shè)置排流陽極組。
* 臨時保護系統(tǒng)
按照陰極保護設(shè)計規(guī)范的要求，如果管道的施工期超過6個月，此管道應(yīng)該設(shè)置臨時陰極保護系統(tǒng)，來避免外加電流陰極保護系統(tǒng)投用前管道受到土壤的腐蝕。
* 陰極保護絕緣與電連接系統(tǒng)
為保障陰極保護電流不泄漏到非保護的金屬部分，在長輸管道兩端設(shè)置絕緣接頭。
* 套管中管道的陰極保護
當管道穿越公路、鐵路時，需要加鋼質(zhì)套管。為了保證套管中管道在設(shè)計壽命年限之內(nèi)不受腐蝕，*采用鐲式鋅陽或鋅帶極進行陰極保護。
犧牲陽極
在腐蝕介質(zhì)中，當犧牲陽極與保護體形成電性連接后，靠陽極自身的溶解提供陰極保護電流，作為犧牲陽極的材料一般具備以下幾個條件：
1． 具有足夠負的電位，且很穩(wěn)定。
2． 工作中陽極極化率小，溶解均勻，產(chǎn)物可自動脫落。
3． 有較高的電流效率。
4． 電化學(xué)當量高。
5． 腐蝕產(chǎn)物無毒，不污染環(huán)境。
6． 價格便宜，來源方便。
目前較常用的犧牲陽極材料有鋅基、鋁基和鎂基合金陽極，其材料成分和電化學(xué)性能不同，應(yīng)用環(huán)境也有所不同。
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