阴极保护讲义
阴极保护检测方法讲义
检测方法及应用主讲胡海文河南省啄木鸟地下管线检测有限公司PCM发射机•最大输出功率150W•最大输出电流 3A• 4Hz混频信号• 220V交流、24－25V直流电源PCM发射机面板PCM接收机•定位精度：深度的＋/－5％•深度测量精度：深度的＋/－5％•电流测绘精度：实际电流的＋/－5％•储存100个记录数据PCM接收机面板介绍A 字架•A字架用于破损点定位•测量跨步电压•箭头指向破损点磁力仪▪发射机向管道施加一近似直流的电流。
在非常低的频率上（４Hz)）管线电流衰减近似直线▪ＰＣＭ接收机装有一磁力仪，它能测量甚低频磁场。
先进的信息处理技术提供了近直流信号电流和方向。
可绘制随距离而衰减的电流波形。
PCM发射机在阴保线上的连接牺牲阳极保护连接方式无阴保管道连接无阴保管道连接PCM 电源电源:连接电源之前,发射机必须关机（断电）。
•220Ｖ交流电源 (阴保站)•220V交流发电机电源 (野外长时间) • 24-50Ｖ直流电源* (每天工作7小时) *黑线接电源负极，红线接电源正极。
－＋专用直流电源和充电器电源工作方法一•装上强磁力计（磁靴）•管道路由定位•采集管道电流信号•确定防腐层缺陷段•确定防腐层破损点•开挖维修•工作简单便捷采集点随意•既时发现问题点当场开挖工作方法二•装上强磁力计（磁靴）•管道路由定位•采集管道电流信号和等间距•下载测绘电流降曲线（雷迪软件）•确定或评估防腐层缺陷段•确定防腐层破损点•适合管道普查•对间距和相对位置作记录•存档，建立档案•跟踪问题段或问题点工作方法三•不用强磁力计（磁靴）•管道路由定位•采集定位电流信号（8KHz)和相对位置•下载测绘电流软件（天津软件）•分析防腐层破损段，评估绝缘电阻•适合管道普查•对间距和相对位置作记录•对管道绝缘电阻分析•存档，建立档案•跟踪问题段或问题点防腐检测技术-电流降▪PCM采用电流降作为核心技术▪PCM—对管道电流进行测绘,▪研究电流曲线的走向和陡降▪电流平缓段防腐层良好;▪电流陡降处防腐层有缺陷或有分支/搭接4Hz 信号的优点 1A (1K H z )400m A 60m A200m A 40m A 1A (4H z )40m A 960m A 900m A 60m A f a u l t管道的定位峰值法：数字最大处为管道位置谷值法：箭头反转处为管道位置管道定位PCM工作过程▪对埋地金属管道发射4Hz混频电流信号▪接收机在管线上方逐点采集电流信号▪确定电流陡降段▪用接收机确认管道分支和异管搭接▪对防腐层缺陷点评估和定位防腐层缺陷查找原理防腐层检测用软件PCM电流测绘原理接收机确定问题段A字架查找破损点问题区无问题区无问题段无问题段破损点A字架的应用PCM工作示意A型架测破损点的原理（T）影响检测距离的因素理想情况下，PCM一次连接可以检测20公里影响因素▪绝缘层质量▪破损及老化程度▪接地电阻▪信号电流频率选择旋钮电流选择旋钮直流输入信号输出发射机控制面板（T ）开关交流输入液晶显示屏幕100 mAPCM-TxSerial No.Radiodetection300 mA 600 mA1 A2 A3 A Output LevelA.C. Mains InputD.C. Input 20 - 50 VOutput DangerHigh Voltage! Both OutputLeads LiveOn Off PowerGround TerminalELFLFELFFrequency SelectOutput Current (A) Output Ok Over Temperature Power Limit 20.0Voltage Limit20V40V60V80V保险丝输出电压指示灯(20v,40v,60v,80v)输出正常指示灯温度过高指示灯功率超限指示灯 电压超限指示灯L F 8kC P SE LF R e v i e wO n /O f f M o d e S h i f tP e a k /N u l l D e p t h C u r r e n t+++m A频率选择开关 测深键 测电流 峰零值切换 存储 测电流(4Hz) 上档键音量调节删除接收机控制面板（T ）接收机的操作按键,采集电流信号•重复按键,储存电流信号•按键删除所测电流信号管道电流测量▪按键启动ＰＣＭ电流测量。
阴极保护原理讲义PPT课件
在有些情况下，在断开电源0.2-0.5秒内测量断电电位， 待结构去极化后（24或48小时后）再测量结构电位（自然 电位），其差值应不小于100mV。也可以用通电电位（极 化后）减去瞬时通电电位来计算极化电位。
3、最大保护电位的限制应根据覆盖层及环境确定， 以不损坏覆盖层的粘结力为准，一般瞬时断电电位不得 低于－1.10VCSE。
阴极保护原理讲义
第一章 绪 论 第二章 阴极保护基本原理 第三章 阴极保护主要参数 第四章 阴极保护准则 第五章 牺牲阳极保护阳极材料 第六章 外加电流阴极保护阳极材料 第七章 辅助阳极的选择 第八章 恒电位仪操作规定 第九章 阴极保护参数的测量 第十章 阴极保护的运行管理 第十一章 阴极保护中的几个屏蔽问题 第十二章 阴极保护站常见故障处理
二、参比电极
为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的 参比电极。
饱和硫酸铜参比电极电极，其电极电位具有良好的重复性 和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。
土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V）
被保护结构 钢铁（土壤或水中）
相对于不同参比电极的电位
饱和硫酸铜 参比电 极
氯化银 参比电极
高硅铸铁阳极：适用于各种环境介质如海水、淡水、咸 水、土壤中。当阳极电流通过时，在其表面会发生氧化， 形成一层薄的SiO2多孔保护膜，极耐酸，可阻止基体材 料的腐蚀，降低阳极的溶解速率，具有良好的导电性能。 除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接埋 在低电阻率土壤中。 高硅铸铁硬度很高，耐磨蚀和冲 刷作用，但不易机械加工，只能铸造成型，另外脆性大， 搬运和安装时易损坏。
由于此时没有外加电流从介质中流向被保护结构，所测电 道脱离，即，阴极剥离，不仅使防腐层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆进而发生氢脆断裂。
《阴极保护相关培训》课件
阴极保护系统的类型
牺牲阳极阴极保护
通过将一种更活泼的金属（如锌 、镁、铝等）作为阳极，与被保 护金属相连，从而向被保护金属 提供保护电流。
外加电流阴极保护
通过外部电源向被保护金属提供 保护电流。电源的正极与辅助阳 极相连，负极与被保护金属相连 。
阴极保护系统的安装与维护
安装
在安装阴极保护系统时，需要确保阳极、电解质溶液和参比电极的位置合理， 以便提供均匀的保护电流。同时，需要确保连接线路的阴极保护技术利用电化学原理，将被保护金属与电位更负的金属连接， 使被保护金属成为整个腐蚀电池的阴极，从而受到保护。常见的牺牲阳极材料包 括镁、锌、铝等。
外加电流阴极保护技术
总结词
通过外部电源提供电流，将被保护金属作为阴极，以防止其 腐蚀的技术。
详细描述
外加电流阴极保护技术通过外部电源提供电流，将被保护金 属强制作为整个腐蚀电池的阴极，从而防止其腐蚀。该技术 需要一个稳定的电源和适当的阳极材料（如石墨、铂等）来 提供电流。
阳极系统是阴极保护系统的核心部分 ，负责提供保护电流。阳极材料通常 选用高纯度、高导电性的金属或合金 ，如镀锌钢、铝合金等。
电解质溶液
参比电极
参比电极用于监测被保护金属的电位 ，以便调整保护电流的供给。常用的 参比电极有铜/硫酸铜电极、银/氯化 银电极等。
电解质溶液是连接阳极和被保护金属 的媒介，通常选用硫酸、氯化物等溶 液。
管道阴极保护案例
总结词
管道阴极保护案例主要涉及长距离输送管道的防腐保护，通过外加电流或牺牲阳极的方法，降低管道的腐蚀速率 。
详细描述
某石油公司采用外加电流阴极保护系统，对一条长距离输油管道进行保护。通过合理设计保护方案，有效降低了 管道的腐蚀速率，延长了管道使用寿命，保证了油品安全输送。
管道阴极保护基本知识
管道阴极保护基本知识内容提要:◆阴极保护系统管理知识一、阴保护系统管理知识(一)阴极保护得原理自然界中,大多数金属就是以化合状态存在得,通过炼制被赋予能量,才从离子状态转变成原子状态,为此,回归自然状态就是金属固有本性。
我们把金属与周围得电解质发生反应、从原子变成离子得过程称为腐蚀。
每种金属浸在一定得介质中都有一定得电位, 称之为该金属得腐蚀电位(自然电位),腐蚀电位可表示金属失去电子得相对难易、腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子得部位为阳极区,得到电子得部位为阴极区、阳极区由于失去电子(如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤)受到腐蚀,而阴极区得到电子受到保护。
阴极保护得原理就是给金属补充大量得电子,使被保护金属整体处于电子过剩得状态,使金属表面各点达到同一负电位,金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液、有两种办法可以实现这一目得,即牺牲阳极阴极保护与外加电流阴极保护。
1、牺牲阳极法将被保护金属与一种可以提供阴极保护电流得金属或合金(即牺牲阳极)相连,使被保护体极化以降低腐蚀速率得方法。
在被保护金属与牺牲阳极所形成得大地电池中,被保护金属体为阴极,牺牲阳极得电位往往负于被保护金属体得电位值,在保护电池中就是阳极,被腐蚀消耗,故此称之为“牺牲”阳极,从而实现了对阴极得被保护金属体得防护,如图1—3。
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(相对于饱与硫酸铜参比电极)。
2、强制电流法(外加电流法)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,以降低腐蚀速率得方法、其方式有:恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。
如图１-4示。
图1—4恒电位方式示意图外部电源通过埋地得辅助阳极将保护电流引入地下,通过土壤提供给被保护金属,被保护金属在大地中仍为阴极,其表面只发生还原反应,不会再发生金属离子化得氧化反应,使腐蚀受到抑制。
而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应,因此,辅助阳极本身存在消耗。
阴极保护培训讲义图文
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参比电极
参比电极用于测量被保护结构的电 位，为调整保护电流提供参考依据。
阴极保护系统的设计
确定保护范围
确定电流密度和保护电位
根据被保护结构的材质、尺寸、使用 环境等因素，确定阴极保护系统的保 护范围。
根据被保护结构的材质和需求，确定 合适的电流密度和保护电位。
选择阳极和埋设方式
根据实际情况选择合适的阳极材料和 埋设方式，确保阳极能够有效地向被 保护结构提供电流。
模型预测法
利用数学模型预测管道的腐蚀速率，评估阴极保 护效果。
05
阴极保护的常见问题与解 决方案
阴极保护系统失效的原因分析
电源故障
电源设备出现故障，如电源线断裂、电源开 关损坏等。
杂散电流干扰
外界杂散电流干扰导致阴极保护电流流失或 干扰保护效果。
电流分布不均
由于管道防腐层质量差或破损，导致电流在 管道上分布不均。
03
阴极保护材料
常用的阴极保护材料
锌合金
锌合金作为阳极材料， 通过电化学反应保护金
属不受腐蚀。
镁合金
镁合金作为阳极材料， 适用于土壤和淡水环境
中的金属保护。
镀锌钢
镀锌钢作为阳极材料， 广泛用于钢铁结构的阴
极保护。
钛和锆合金
适用于高腐蚀环境的金 属保护，如海洋环境。
阴极保护材料的性能与选择
01
02
栏等金属结构的防腐。
在建筑行业中，阴极保护用于 地下室、水池、冷却塔等混凝
土结构中的钢筋防腐。
02
阴极保护系统
阴极保护系统的组成
阳极系统
阳极是阴极保护系统的关键组成 部分，通常采用石墨、硅钢等材 料制成，负责向被保护结构提供
《阴极保护》课件
阴极保护的应用领域
1 油气管道
阴极保护可延长管道 的使用寿命，并减少 维修和更换的成本。
2 船舶和海洋设施
3 桥梁和建筑结构
海水中的腐蚀对船舶 和海洋设施构成威胁， 阴极保护可以防止腐 蚀的发生。
在恶劣的环境条件下， 如盐湖地区和工业区， 阴极保护可保施工
系统的运行状况。
阴极保护的未来发展趋势
随着技术的不断进步，阴极保护将在更多领域得到应用，如新能源设施、航 空航天和高速铁路等。
阴极保护的原理
阴极保护的原理是通过形成保护电流来抵消金属腐蚀过程中的阳极反应。这 可以通过使用阴极保护剂、阳极材料和外部电源等手段实现。
阴极保护的方法
牺牲阳极法
通过使用比被保护金属更容易腐蚀的金属 作为阳极，从而保护被保护金属。
印流法
通过施加外部电流，将被保护金属作为阴 极，从而抑制金属的腐蚀。
《阴极保护》PPT课件
欢迎来到《阴极保护》PPT课件！通过这个课件，您将了解阴极保护的定义、 原理、方法、应用领域、设计与施工、评估与监控以及未来发展趋势。
阴极保护的定义
阴极保护是一种用于保护金属表面免受腐蚀的技术。通过在金属表面施加电流，将其作为阴极， 从而抑制氧化反应和电子流动，减少或消除金属的腐蚀。
系统设计
阴极保护系统的设计要考虑金属类型、环境条 件和保护需求等因素。
施工步骤
施工包括表面处理、安装阴极保护装置和进行 系统测试等。
阴极保护的评估与监控
1
评估方法
通过测量金属腐蚀速率、阴极保护
监控技术
2
电位和电流密度等参数，评估阴极 保护系统的性能。
使用远程监控系统、故障报警和定
期检查等技术，持续监控阴极保护
阴极保护讲义
冯洪臣的阴极保护讲义第一章绪论一、防腐蚀的重要意义自然界中，大多数金属是以化合状态存在的。
通过炼制，被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态。
然而，回归自然状态是金属固有本性。
我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。
金属腐蚀广泛的存在于我们的生活中，国外统计表明，每年由于腐蚀而报废的金属材料，约相当于金属产量的20～40％，全世界每年因腐蚀而损耗的金属达1亿吨以上，金属腐蚀直接和间接地造成巨大的经济损失，据有关国家统计每年由于腐蚀而造成的经济损失，美国为国民经济总产值的4.2％；英国为国民经济总产值的3.5％；日本为国民经济总值1.8％。
二、防腐蚀工程发展概况六十年代初，我国开始研究阴极保护方法，六十年代末期在船舶，闸门等钢铁构筑物上得到应用。
我国埋地油气管道的阴极保护始于1958年，六十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用，目前，全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统，收到明显的效果。
第二章阴极保护基本原理一、腐蚀电位或自然电位每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。
腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。
腐蚀电位愈负愈容易失去电子，我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。
阳极区由于失去电子（如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护。
相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V）金属电位（CSE）高纯镁 -1.75镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60锌 -1.10铝合金(5%Zn) -1.05纯铝 -0.80低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50铸铁 -0.50混凝土中的低碳钢 -0.20铜 -0.20在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。
阴极保护理论讲解(炼化设备处)
有两种办法可以实现这一目的： 1、牺牲阳极阴极保护 2、外加电流阴极保护
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。
• 1. 每月规定时间测取所辖站库区域及集输管线阴极保 护工作系统的全部测试桩的对地电位，填写记录报表 ，于规定时间将填写对的各种记录报表上报的上级主 管部门。 • 2. 每季度测试一次本单位阴极保护工作系统的阳极电 阻，每年测试一次本单位所辖区域的阴极保护自然电 位，认真填写记录。 • 3. 认真配合并完成好笨单位阴极保护产能及集输改造 项目现场施工的组织、协调、实施、验收等专项工作 。 • 4.定期检查阴极保护工作间电缆沟内输出电流保证做到 有标识、摆放整齐。
3、铝牺牲阳极 ：大多用于海水环境金属结构或原油储罐内底板的阴极 保护。其电极电位为-1.05VCSE。
4、带状阳极： 为了减小阳极接地电阻，有时会采用带状镁阳极或锌阳极。 阳极带沿被保护结构铺设，使电流分布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每 隔一段距离就应该与管道连接一次。间距不应太大，因为随着阳极的消耗，截 面积不断减小，阳极带电阻会逐步增大。为了减少沿阳极带的电压降，连接间 隔一般不大于305米。带状阳极的一般规格为19x9.5mmx305m每卷。
(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。
高硅铸铁阳极：除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接埋在 低电阻率土壤中。 高硅铸铁硬度很高，耐磨蚀和冲刷作用，但不易机械加 工，只能铸造成型，另外消耗量偏大，因生成大量腐蚀产物造成接地电阻 增大。 钛铂合金阳极：钛—铂合金阳极：消耗量低为2mg/A.a。钢铁阳极为9.1～ 10Kg/ A.a,高硅铸铁阳极为0.5～1.0Kg/ A.a；由于消耗量低，几乎无腐蚀产 物堆积在阳极周围，所以接地电阻无大的变化；导电性能好，电阻率为107Ω.m；寿命长。在100A/m2工作条件下可达20年。
阴极保护基础知识讲解
第二节 阴极保护法
2、强制电流法 将被保护金属与外加电源负极相连，辅助阳
极接到电源正极，由外部电源提供保护电流，以 降低腐蚀速率的方法。
第二节 阴极保护法
➢ 直流电源的正极连接辅助阳极，负极连接需要保护的构件（管道）。 ➢ 电流从辅助阳极流出，经电解质到达管道表面（破损处），再流回电
源的负极。
第二节 阴极保护法
最大保护电位：阴极保护条件下，允许的绝对值最大的负电位值。
腐蚀电位：腐蚀体系中金属的电极电位。 自然电位：无外部电流影响的腐蚀电位。 极化电位：由于电流的流动引起电极/电解质界面电位的偏移称为极化， 在极化状态下的电位称为极化电位。
断电瞬间电位：断电瞬间测得的管道腐蚀电位。
注意：阴极保护电位越大，防腐程度越高，单站保护距离也越长，但是过大的 电位将使被保护管道的防腐绝缘层与管道金属表面的粘接力受到破坏，产生阴极剥 离，严重时可以出现金属“氢破裂”。同时太大的电位将消耗过多的保护电流，形 成能量浪费。
第四节 强制电流系统的组成
电源：
第四节 强制电流系统的组成
控制柜前后示意图 ①控制柜操作面板 ②1号恒电位仪 ③2号恒电位仪 ④交流配电盘 ⑤自动切换控制器 ⑥综合接线盘 ⑦输出母排 ⑧控制柜接地螺栓
第四节 强制电流系统的组成
辅助阳极地床：
深井阳极地床 深井阳极为埋设大于15m的阳极地床，通常
不同，从而在管道表 面形成阴、阳极，驱 动腐蚀的发生。管道
阳极 Fe－2e-＝Fe2＋
是金属回路、土壤是
阴极 2H＋＋2e-＝H2↑
H2O＋CO2
H2CO3
电解质。
H＋＋HCO3-
第一节 腐蚀
1.4管道的腐蚀控制
管道腐蚀的控制方法应根据腐蚀机理的不同和所处 环境条件的不同，采用相应的腐蚀控制方法， 在油气 管道保护过程中应用最为广泛的控制金属腐蚀的方法为 以下五类： 1、选择耐腐蚀材料 2、控制腐蚀环境 3、选择有效的防腐层 4、阴极保护（电化学腐蚀） 5、添加缓蚀剂
阴极保护技术讲座
阴极保护技术讲座一、腐蚀介绍金属材料受到周围介质（最常见的是液体和气体）的化学作用、电化学作用或物理溶解而产生的破坏，称为金属腐蚀。
在工业领域中因金属所处环境的复杂性，腐蚀的形式及因素很多，但无外乎三种：化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀。
化学腐蚀是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；电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质（电解质溶液）发生电化学作用而产生的破坏，电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀；物理腐蚀是指单纯的物理溶解作用引起的破坏。
埋地钢质管道及海水、淡水中的钢质构筑物发生的腐蚀主要为电化学腐蚀。
二、电化学腐蚀基本原理金属在电解质溶液中的腐蚀是由于形成了原电池，原电池是借助于物质的氧化还原反应产生电流的装臵，干电池就是一种原电池。
腐蚀原电池必须符合以下四个条件：a.必须有一个阳极b.必须有一个阴极c.必须有一个连接阳极和阴极的导电通路（通常，这可能是管道本身）d.阳极和阴极必须浸入导电的电解质中（通常，是湿润的土壤）以埋在土壤中的钢管为例：土壤是固态、液态、气态三相物质组成的混合物，由土壤颗粒组成的固体骨架中充满着空气、水和不同的盐类，土壤中有水分能进行离子导电的盐类存在，使土壤具有电解质溶液的特征，给地下管道的电化学腐蚀创造了良好的环境，土壤结构不同，土壤中含水量和氧的透气性也不同，随着地区的不同，土壤pH值也不同，因而埋地管道有不同的电化学腐蚀现象。
1.土壤中的腐蚀按照电化学腐蚀机理，电化学腐蚀反应包含阳极反应和阴极反应，并由金属的内部电子和电解质（如土壤和海水等）中的离子导电构成电流的循环回路。
阳极反应是金属失去电子变为离子转移到介质中，及氧化反应；阴极反应则为介质中离子吸收电子的还原过程。
：阳极反应： Fe ✂ Fe2+ + 2eFe2+ + 2OH-✂ Fe(OH)2↓阴极反应： 2H+ + 2e ✂ H2✁ (酸性介质中)O 2 + 4H+ + 4e ✂ 2H2O (酸性介质中)O 2 + 2H2O + 4e ✂ 4OH- (中、碱性介质中)2.由于产生浓差电池而造成的腐蚀这种腐蚀是埋地管道最常见的一种。
阴极保护
12级材化一班 主讲人：李小云 指导老师：易建龙
阴极保护介绍
一、阴极保护原理 二、阴极保护参数 三、阴极保护方法 四、相关文献
阴极保护原理
• 金属在外加阴极电流的作用下，发生阴极 极化，使金属的阳极溶解速度降低，甚至 极化到使金属完全不腐蚀，这种方法称为 阴极保护。
阳极极化曲线和阴极 极化曲线交点K所对应 的电位即自腐蚀电位 Ecorr，对应的电流即 腐蚀电流密度icoor。
实验背景
• 油气井套管的腐蚀破坏既 直接影响到油气田的开采 ，也会带来重大的经济损 失。 • 因此，在油气田开采年限 内，有效防止套管的腐蚀 破坏，对保证油气田正常 生产具有重要的意义。
• 井套管保护方法：强制电流阴极保护
• 存在问题：套管的保护电位始终无法达到 要求的保某单井站井套 管阴极保护设施布置见图1
阴极保护两种方法
1、牺牲阳极保护 适用于无电源、介质电阻率低、条件变化 不大、所需保护电流较小的小型系统。
2、外加电流阴极保护 对有电源、介质电阻率大、所需保护电流 大、条件变化大、适用寿命长的大系统， 应选用外加电流阴极保护。
气井套管阴极保护问题的分析及解决
刘海禄 张国虎 马含悦
中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司， 四川 成都
设备投运1周以后记录的数据见表1
现场测试中发现，在阴极保护电源设备附 近测得的井套管的保护电位和井套管附近 的数据不一致。测试的具体数据见表3。
问题分析
• 保护电流在管子防腐层缺陷处产生阴极电压锥， 在此土壤电位相对于远方大地而降低了。
• 放置在井套管附近的参比电极，因受到井套管周 围阴极电压锥的影响，阴极保护设备显示的井套 管的保护电位值比实际的保护电位值要正。
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5、回填料： 当使用填料时，阳极的电流输出效率提高。 如果将阳极直接埋入土壤，由于土壤的成分不均匀，会造 成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。填料作用：一是保 持水分，降低阳极的接地电阻，二是使阳极表面均匀腐蚀， 提高阳极利用效率。
第六章 外加电流阴极保护阳极材料
辅助阳极：与强制电流电源的正极相连，仅限于导电为目的 的电极，是外加电流系统中的重要组成部分。 作用：将保护电流经过介质传递到被保护结构物表面上。 阳极地床： 是由辅助阳极和其周围的填充碳质回填料而构成。 1、理想的埋地用辅助阳极应当具有如下性能： (1)良好的导电性能，工作电流密度大，极化小；
第七章辅助阳极的选择
辅助阳极是强制电流阴极保护中不可缺少的重要组 成部分，通过辅助阳极把保护电流送入土壤，经土壤流 入被保护的管道，使管道表面进行阴极极化(防止电化 学腐蚀)电流再由管道流入电源负极形成一个回路，这 一回路形成了一个电解池，管道为负极处于还原环境中， 防止腐蚀；而辅助阳极进行氧化反应，遭受腐蚀，也可 能是周围电解质被氧化。
(2)在苛刻的环境中，有良好的化学和电化学稳定性，消耗
率低，寿命长； (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。
2、目前主要使用的几种阳极材料及性能
废钢铁阳极：是早期外加电流阴极保护常用阳极材料，其 来源广泛，价格低廉。由于是溶解性阳极，表面很少析出 气体，因而地床中不存在气阻问题。其缺点是消耗速率大， 在土壤中为8.4kg/A.a，使用寿命较短，多用于临时性保护 或高电阻率土壤中。 石墨阳极：是由碳素在高温加热后形成的晶体材料，通常 用石蜡、亚麻油或树脂进行浸渍处理，以减少电解质的渗 入，增加机械强度。经浸渍处理后，石墨阳极的消耗率将 明显减小。 石墨阳极价格较低，并易于加工，但软而脆， 在运输和安装时易损坏，随着新的阳极材料出现，其在地 床中的应用逐渐减少。
第一章 绪 论
一、腐蚀的危害 1、阻碍新技术的发展 2、造成巨大的经济损失
3、造成设备的破坏事故
4、 金属资源和能源的浪费
二、腐蚀的定义
腐蚀的定义1：我们把金属与周围的电解质发生
反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。
腐蚀的定义2：金属材料和周围环境发生化学
或电化学的作用而破坏。
腐蚀过程的本质： 金属 → 金属化合物
4、接地电阻
目前接地电阻一般不大于1欧左右。
第八章 恒电位仪操作规定
一、恒电位仪使用保养
1、恒电位仪要保持性能良好，能够正常开机，并保持输出
电流正常无杂音，各部位无锈蚀、灰尘，机壳表面完好明亮。 2、经常检查电路输入、阳极和阴极输出线、参比电极是否 接触良好，是否有干涸，每月检查一次，每季度测阳极地床 电阻一次。
三防腐蚀工程发展概况
六十年代初，我国开始研究阴极保护方法，六 十年代末期在船舶，闸门等钢铁构筑物上得到应 用。 我国埋地油气管道的阴极保护始于1958年，六
十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用， 目前，全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系 统，收到明显的效果。
第二章 阴极保护基本原理
钢铁（土壤或水中）
钢铁（硫酸盐还原菌）
-0.95
-0.85
0.15
-0.878
三、阴极保护
阴极保护的原理：是给金属补充大量的电子，使被保护
金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一
负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。
有两种办法可以实现这一目的：
1、牺牲阳极阴极保护 2、外加电流阴极保护
阴保站的电能60％消耗在阳极接地电阻上，故阳极材
料的选择和埋设方式、场所的选择，对减小电阻节约电 能是至关重要的。
1、辅助阳极埋设位臵的选择
输管道的干线上：一般设在距管道300～500米之间为宜。 管道较短或油气管道较密集的地区，采用50～300米之间 是合适的。
选择阳极安装的位臵的原则：
(1) 地下水位较高或潮湿低洼处； (2) 土层厚，无块石，便于施工； (3) 土壤电阻率一般应小于50欧姆米，特殊地区也应小 于100欧姆米；
二、参比电极
为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的 参比电极。
饱和硫酸铜参比电极电极，其电极电位具有良好的重复性 和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V）
相对于不同参比电极的电位 被保护结构 饱和硫酸铜 参比电 极 -0.85 氯化银 参比电极 -0.75 锌 参比电极 0.25 饱和甘汞 参比电 极 -0.778
二、KHL-30/40可控硅恒电位仪
（一）操作注意事项： 1、安装、接线等作业，请务必在切断全部电源后进行； 2、清扫及拧紧端子须在关闭电源后进行，以防短路及触 电； 3、更换控制板或元器件时须在关闭电源后进行，以防损 坏设备。 （二）性能参数： 输入电压：220±10%VAC，50HZ 电位控制精度：≤±5mV 参比电极：使用任意长效电极，极化电位-3V~3V任选
2.2 深埋式阳极(深井式)
当阳极地床周围存在干扰、屏蔽、地床位臵受到限制， 或者在地下管网密集区进行区域性阴极保护时，使用深 埋式阳极，可获得浅埋式阳极所不能得到的保护效果。 深埋式地床根据埋设深度不同可分为浅深井(20～40米)、 中深井(50～100米)和深井(>100米)三种。 优点: 接地电阻小，对周围干扰小，消耗功率低，电流 分布比较理想。
(4) 对邻近的地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管 道之间不得有其它金属管道； (5) 考虑阳极附近地域近期发展规划及管道发展规划以避免 建后可能出现的搬迁； (6) 阳极地床位臵与管道汇流点距离适当； (7) 地面金属构筑物较多，用地狭窄时，可采用深井阳极， 以减小对其它金属构物的干扰又节约用地。
位为结构的实际极化电位，不含IR降（介质中的电压降）。
第四章 阴极保护准则
1、“在通电的情况下，埋地钢铁结构最小保护电位为0.85VCSE或更负，在有硫酸盐还原菌存在的情况下，最 小保护电位为-0.95VCSE，该电位不含土壤中电压降（IR 降：电流在介质中流动所造成的电阻压降）”。 2、瞬时断电电位与自然电位之差不得小于100mV。 在有些情况下，在断开电源0.2-0.5秒内测量断电电位， 待结构去极化后（24或48小时后）再测量结构电位（自然 电位），其差值应不小于100mV。也可以用通电电位（极 化后）减去瞬时通电电位来计算极化电位。
层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆
进而发生氢脆断裂。
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， 其常用单位为mA/m2表示。
5、瞬时断电电位：在断掉被保护结构的外加电源或牺牲 阳极0.2—0.5秒中之内读取的结构对地电位。 由于此时没有外加电流从介质中流向被保护结构，所测电
2、锌牺牲阳极 ：锌阳极多用于土壤电阻率小于15欧 姆.米的土壤环境或海水环境。电极电位－1.1VCSE。
3、铝牺牲阳极 ：大多用于海水环境金属结构或原油 储罐内底板的阴极保护。其电极电位为-1.05VCSE。
4、带状阳极： 为了减小阳极接地电阻，有时会采用带 状镁阳极或锌阳极。阳极带沿被保护结构铺设，使电流分 布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每隔一段距离就应 该与管道连接一次。间距不应太大，因为随着阳极的消耗， 截面积不断减小，阳极带电阻会逐步增大。为了减少沿阳 极带的电压降，连接间隔一般不大于305米。带状阳极的 一般规格为19x9.5mmx305m每卷。
阴 极
阳 极
I
牺牲 阳极
牺牲阳极保护原理图
2、外加电流阴极保护：通过外加直流电源以及辅助阳极， 迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位 低于周围环境。
应用：保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如： 长输埋地管道，大型罐群等。
外加电流阴极保护原理
Icor
Ic
阳极区 阴极区
高硅铸铁阳极：适用于各种环境介质如海水、淡水、咸 水、土壤中。当阳极电流通过时，在其表面会发生氧化， 形成一层薄的SiO2多孔保护膜，极耐酸，可阻止基体材 料的腐蚀，降低阳极的溶解速率，具有良好的导电性能。
除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接埋
在低电阻率土壤中。 高硅铸铁硬度很高，耐磨蚀和冲 刷作用，但不易机械加工，只能铸造成型，另外脆性大， 搬运和安装时易损坏。
1、牺牲阳极阴极保护：是将电位更负的金属与被保护金
属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被 保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电 位下。 特点：该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀 干扰。 应用：保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率 小于100欧姆.米）的金属结构。如：城市管网、小型储罐等。
阴 极 阳 极
Ia
腐蚀金属
腐蚀电池
I
直流电源
－ ＋
I－ － Ic 辅助 阳极
阴 极
＋
Ia
阳 极
辅助 阳极
Ia
I外加电流阴极保护 电流关系:ⅠIcⅠ＝ ⅠIcⅠ-Ia
外加电流阴极保护示意图
第三章 阴极保护主要参数
1、自然电位 金属埋入土壤后，在无外部电流影响时的
腐蚀电位。
影响自然电位因素：金属结构的材质、表面状况和土质状 况，含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然电 位在－0.4～－0.7VCSE（硫酸铜参比电极）之间，在雨季 土壤湿润时，自然电位会偏负，一般新管道设计阴极保护时 取平均值－0.55V。 2、最小保护电位：金属达到完全保护所需要的、绝对 值最小的负电位值（相对于CSE为－0.85V)。