管道防腐阴极保护

3、最大保护电位：将电位控制在比析氢电位稍高的电位 值，此电位称为最大保护电位(相对于CSE为－1.25V)。（在 阴极保护条件下，允许绝对值最大的负电位值）
超过最大保护电位时称为"过保护"。
过保护对管道的影响：保护电位不是愈低愈好，是有限 度的，过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出 氢气，造成涂层与管道脱离，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。
阴极保护极化图
三、阴极保护方法
（一）牺牲阳极法 利用比被保护部件的电位更负的金属或合金制成牺牲的阳极，从
而使被保护的部件发生阴极极化，达到减缓腐蚀的目的，这种方法称 为牺牲阳极的阴极保护或简称牺牲阳极保护。 开路电位（自然腐蚀电位） 闭路电位（工作电位） 驱动电压（有效电压）
图9－6 牺牲阳极保护原理示意图
• 外加电位E 定义：又称偏移电位、极化电位。总电位与自然电位之差 称外加电位。
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。
第一节概述
一、阴极保护发展简史
• 阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表 面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的 电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。 目前阴极保护技术已经发展 成熟，广泛应用到土壤、海水、淡水、化工介质中的钢质管道、电缆、码 头、舰船、储罐罐底、冷却器等金属构筑物等的腐蚀控制。
（三）保护电流密度
• 最小保护电流密度
定义：对管路外加某一数量的电流密度，使管路沿线 任一点都没有腐蚀电流流入土壤，此时的电流密度称为最 小电流密度。或者说，使保护管路发生阴极极化，其极化 电位达到 Ea 0时，对应的电流密度为最小保护电流密度。
最小保护电流密度随外界条件不同会有很大变化，如绝缘层质量、 土壤含水量、土壤温度、土壤电阻率等。因而最小保护电流密度有可 能差几倍。因此对不同的管路，甚至同一管路的不同段落所需的最小 保护电流密度的数值也都是不同的，故最小保护电流密度参数对长距 离管路不太实用，但较适用于作为油罐、油轮等金属构筑物的阴极保 护标准。基于以上原因，对于长输管路，采用的标准为最小保护电位。
图9－7 外加电流阴极保护原理示意图
(b) an underground tank using an impressed current.
阴极保护需要考虑的主要因素：
① 保护范围的大小，大者强制电流优越，小者牺牲阳极经 济；
② 土壤电阻率的限制，电阻率高不宜选用牺牲阳极； ③ 周围邻近的金属构筑物，有时因干扰而限制了强制电流
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。
（二）强制电流法
• 利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止金属遭受腐蚀 的方法，称为外加电流阴极保护。此时，被保护的金属接 在直流电源的负极上，而辅助阳极接在正极上（如图9－7 所示）。
• 1928年，柯恩在长输管线上安装第一台阴极保护整流器。 • 1936年，美国成立了中部大陆的阴极保护协会。 • 1940年,英国应用了牺牲阳极保护, 德国和日本分别在1950
和1964年开始研究电化学理论，并开始了煤气管道的阴极 保护。
• 1985年，我国开始在石油管道上应用阴极保护技术。
• 2009 年11 月，经第十一届全国人大常委会第十一次会议 审议，通过了《中华人民共和国石油天然气管道保护法
(草案)》，将我国石油天然气管道保护从部门条例上升为 国家法律。
阴极保护技术国内现状
（1）管道 20000km长输管道全施加保护
油田集输管道基本施加了保护 市政供气、水管道有上保护和无保护的
（2）储罐 国内大型储罐基本都施加了保护
城市加油站的小型储罐有的上了保护
（3）标准与法律
中国石油天然气管道保护条例 国内有一套阴极保护的待业标准
（二）保护电位
• 最小保护电位
定义：对管路进行阴极保护时，加到管路上的、 使管路腐蚀过程完全停止时的电位值。或者说， 阴极极化电位达到Ea0时的电位。
地下管路很长，电流流经管路时，要产生电压降，为 保证管路沿线各点电位都高于最小保护电为（按绝对值） 必须提高通电点的电位，通电点的电位越高，保护距离越 长。
的应用； ④ 覆盖层质量，对覆盖层太差或裸露的金属表面，因其所
需保护电流太大而使得牺牲阳极不适用； ⑤ 可利用的电源因素 ⑥ 经济性
四、阴极保护基本参数
• （一）自然电位Ee
• 定义：未加阴极保护时，钢管对地电位（管地电位）称自 然电位，又称腐蚀电位。即阴极极化前的管地电位称自然 电位。
• 总电Leabharlann BaiduEo 定义：加阴极保护后测出的管地电位称总电位，即阴极极 化后的电位。
The electromotive force (emf) series
电动势序，电化学序
Sacrificial anode
(a) an underground pipeline using a magnesium sacrificial anode
对牺牲阳极材料的要求
• 要有足够的负电位，且很稳定 • 工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落 • 阳极必须具有高的电流效率 • 电化当量高，单位重量的电容量大 • 腐蚀产物无毒，不污染环境 • 材料来源广，易加工，价格便宜
• 1823年——英国学者汉.戴维研究对木质舰船的铜护套进行保护 • 1834年—— 法拉第→奠定了阴极保护原理基础 （i&CR → 电
化学理论） • 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 • 1905年 ——美国用于锅炉保护 • 1906年 ——德国建立第一个阴极保护厂 • 1913年 ——命名为电化学保护 • 1924年 ——地下管网阴极保护
CATHODIC CORROSION PROTECTION
二、阴极保护原理
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。
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
• 以外加电流阴极保护为例说明阴极保护工作原理