阴极保护恒电位仪培训

腐蚀电池：
• 由于双电层原理，金属在溶液中建立电极电位。 • 在电解质溶液中，金属表面上的各部份，其电 位是不完全相同的，电位较高的部分形成阴极 区，电位较低的部分形成阳极区。这便构成了 局部腐蚀电池。
第二节 阴极保护原理
• 理想极化曲线
如图所示，EaS是阳
极化曲线，EcS是阴极
极化曲线，当腐蚀电池 内电阻为零时，它们相交于Ｓ点。Ｓ点所对应的 电位称之为该体系的腐蚀电位，也称自然电位， 表为Ecorr。它是腐蚀电池的阳极和阴极在极化 后共同趋近的电位值。与此电位值相对应的电 流Icorr称为该系统理论上最大可能的腐蚀电流。
牺牲阳极与外加电流优缺点比较： • 外加电流 优点： 1.输出电流连续可调 2.保护范围大. 3.不受环境电阻率 4.工程越大越经济 5.保护装臵寿命长 缺点： 1.需要外部电源 2.对邻近金属构筑物干扰大 3.维护管理工作量大
牺牲阳极与外加电流优缺点比较： • 牺牲阳极 优点： 1.不需要外部电源 2.对邻近构筑物无干扰或很小 3.投产调试后可不需管理 4.工程越小越经济 5.保护电流分布均匀，利用率高 缺点: 1.高电阻率环境中不宜使用 2.保护电流几乎不可调 3.覆盖层质量必须好 4.投产调试工作复杂 5.消耗有色金属
4.3 最大保护电位 • 在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝 对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受 到破坏。此电位值就是最大保护电位。 • 最大保护电位值的大小通过试验确定。一般 取－1.5V（CSE）。 5 管道电位测试 • 5.1 自然电位测试：未实施阴极保护的情况 下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的 方法。其电位一般为-0.4V ~ -0.6V。
5.2 保护电位测试：施加阴极保护的情况下，用硫 酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其电 位应在-0.85V ~ -1.5V。 5.3 间歇供电管道电位测试：在阴极保护设备向管 道供电12秒、停3秒的情况下，在停3秒期间， 用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。 其断点电位应在-0.85V ~ -1.15V。
3.3 运行状态的转换 当仪器工作在恒电位状态而因参比失效或 其它故障致使仪器不能实现恒电位控制时，经 一定时间延迟后，仪器确认采集到的信号实属 恒电位失控的误差信号，就将自动转换为恒电 流工作状态。恒电流给定信号和经阻抗变换后 输出电流取样信号一起送入比较放大器，比较 放大器输出误差控制信号通过移相触发器调整 可控硅的导通角的大小使仪器的输出电流恒定 在预先设定的电流值上。
内壁腐蚀
按部位分
外壁腐蚀
全面腐蚀
腐蚀分类
按形态分
局部腐蚀
化学腐蚀
按机理分
电化学腐蚀
电化学腐蚀原理 • 金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的 腐蚀称为电化学腐蚀。 • 金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作 用，或外界电源影响使金属表面产生电解作用 所引起的破坏。
阳极过程
电化学腐蚀 过程 电子专业过 程 阴极过程
• 辅助电路：
（1）稳压电源：其任务是为控制电路及面板表提供电源。 （2）限流电路：当仪器输出超载甚至短路，仪器输出电流 能自动恒定在事先欲定的限流值上，达到保护仪器又保 护阴极体的目的。一般设定为额定输出的1.2 倍左右，开 始启动。 （3）误差报警电路：当仪器工作不正常或阴极保护系统故 障时，仪器发出告警。一般要调整为保护电位偏离控制电位 30～50mV 时，恒电位仪报警。 （4）延时启动电路：仪器每次开机，延时几秒输出，清除 冲击电流。 （5）恒电流转换电路：当恒电位仪出现故障时，仪器由恒 电位转为恒电流的方式工作。 （6）自检电路：当仪器故障时，通过自检系统可检测是否 为仪器本身故障。
3.3 两种保护方式的选择 • 阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极 保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护 的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反 的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的 腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电 流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负 的金属或合金，另一种则利用直流电源。
阴极保护系统电源要求：
电源要求
性能稳定 可靠
环境适应 性强
长期连续 运行
抗干扰强 等
阴极保护系统构成：
阴极保护系统
被保护物
恒电位仪
控制台来自百度文库
辅助阳极床
长效参比电 极
测试桩
辅助阳极床 绝缘接头
• 1.2 仪器的特点 • 1.2.1 数字显示输出电压、输出电流、控制电位 和保护电位值。 • 1.2.2 机上装有假负载，便于仪器自检和维修。 • 1.2.3 仪器具有软起动、防雷击余波、抗 50Hz工 频干扰，以及限流、误差报警等功能。 • 1.2.4 仪器具有运行状态自动切换功能，当无法 进行恒电位控制时（如参比电极回路开路），恒 电位仪会自动从恒电位工作状态切换到恒电流工 作状态，并恒定在预先设定的电流值上。 • 1.2.5 当远控给定信号输入时，恒电位仪将接受远 控给定信号控制。
恒电位仪
提纲
■ 腐蚀与阴极保护 ■ PS-1LC恒电位仪
■ 恒电位仪常见故障分析及处理
第一章 腐蚀与阴极保护
1 . 腐蚀
2 . 阴极保护原理
3. 阴极保护方式 4 . 阴极保护的基本参数
第一节 腐蚀
• 腐蚀定义：金属暴露在自然界随着时间的流逝 而变质，其本质就是金属由元素状态返回自然 状态，腐蚀是一种自然现象；通俗的说，腐蚀 就是金属和周围介质发生化学或电化学作用而 导致的无谓消耗或破坏。 • 腐蚀的分类：
•
若使金属继续阴极极化到更负的电位Ea即达到 微阳极的开路电位Ea，则腐蚀减至为零。金属 达到完全保护。这时的外加电流Iapp为金属达 到完全保护时的外加电流。此时的极化作用已 使原来腐蚀电池的微电池作用完全受到抑制。 总之，极化消除了被保护金属体表面的电化学 不均匀性，抑制了微电池作用，又因为阴极极 化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护 金属体成为新的大地电池的阴极，从而在其表 面只发生得电子的还原反应。金属不再发生丢 电子的氧化反应，腐蚀不再发生。这就是阴极 保护使金属受到保护的原理。
PS－1LC远控恒电位仪是采用国际标准设计 的新一代产品，符合中华人民共和国石油天然 气行业标准SY/T0036－99和企标Q/MDEC0202002（等效采用GB/T3859.1）的要求。PS－ 1LC远控恒电位仪广泛应用于对土壤、海水、 化工等介质中的管道、电缆、码头、贮罐、舰 船、冷却器等金属构筑物实施外加电流阴极保 护。通过PS－1LC远控恒电位仪的配套产品 CBZ－3阴极保护控制台，还可实现数据远传和 仪器的远控功能，达到智能化管理的目的。
3.4 远控给定电位信号
后接线板有一外控给定输入端子 ，用来接收 CBZ－3控制台输出的远控给定信号，使仪器工作 于外控给定的恒电位工作状态，如仪器因某种原 因转换为恒电流工作状态时，外控给定电位信号 将无效。
3.5 电路简介 • 极化电源：将交流电源变成所需大小的直流保 护电流。（经过半桥式整流、滤波将交流电变 成平滑直流电） • 控制电路 （1）移相触发器：根据比较放大器输出的控制电 压大小，调整触发脉冲产生的时间（即移相） ，控制可控硅的导通角。 （2）差动比较放大器：将参比电位与控制信号进 行比较，对误差信号进行放大，输出与误差大 小成比例的控制电压。
第二章
一．概述
PS-1LC恒电位仪
二．主要性能指标 三．基本工作原理 四．运行指南 五．维护与检修
第一节 概述
1.1 前言
电源是强制电流阴极保护技术的心脏。其作 用是不间断地向被保护金属结构物提供阴极保 护电流。随着电源和电子技术的发展，强制电 流阴极保护用的电源经历了直流发电机、整流 器、恒电位仪的历程。目前得到广泛应用的是 整流器和恒电位仪。在国内应用较广的是恒电 位仪。恒电位仪与整流器相比一方面可以自动 控制保护电位，另一方面效率较高，可以节省 能源。在我国使用的恒电位仪有可控硅、磁饱 和、高频开关恒电位仪等几种形式。
•
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 （相对于饱和硫酸铜参比电极）。
金属 纯镁 镁合金（6%Al, 3%Zn, 0.15%Mn） 锌 铝合金（5%Zn）
电位 -1.75 -1.60 -1.10 -1.05
纯铝
熔炼钢（精） 熔炼钢（粗）
•
•
强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效 保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口 径管道。 牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济， 简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于 短距离、小口径、分散的管道。
第四节 阴极保护的基本参数
4.1 最小保护电流密度 • 阴极保护时，使腐蚀停止，或达到允许程度时所需 的电流密度值称为最小保护电流密度。 • 最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类， 表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和 金属表面绝缘层质量等。
4.2 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 达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保 护电位。 • 最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组 成、温度、浓度等有关。最小保护电位值常常 是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此此 电位值是监控阴极保护的重要参数。 • 实验测定在土壤中的最小保护电位为－0.85V （相对饱和硫酸铜参比电极）
阴极保护的原理： • 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，金属原子不容易失去电子 而变成离子溶入溶液。
阴极保护模型
• 设金属表面阳极和阴极的开路电位分别为Ea和Ec。 金属腐蚀由于极化作用，阳极和阴极的电位都发 生极化。其阳极向正的方向偏移，阴极向负的方 向偏移。结果，其两者的电位都共同趋向于交点 Ｓ所对应的电位Ecorr在此电位下所对应的电流为 Icorr。
-0.80
-0.5～-0.8 -0.4～-0.55
铸铁
铅 混凝土中的钢 铜、黄铜、青铜
-0.50
-0.50 -0.20 -0.20
3.2 强制电流法（外加电流法）
图1-4恒电位方式示意图
•
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外部电源通过埋地的辅助阳极、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，不会再发生失去金属离子的氧化反应，腐 蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生失电子氧 化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。 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（相对于饱和硫酸铜参比电极）。
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向系统输入外电流，使金属阴极极化，此时整个 腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移。阴极 极化曲线EcS则从Ｓ点向Ｃ点方向延伸。 当金属电位负移到E1点时，所对应的电流应为I1， 相当于图中的ＡＣ线段，ＡＢ与ＢＣ之和，ＡＢ 代表阳极腐蚀电流，而ＢＣ则是外加的电流。在 此电位状况下，体系仍存在着腐蚀。
第三节 基本工作原理
3.1原理方框图：
3.2 恒电位仪基本工作原理 当仪器处于“自动”工作状态时，机内给定信 号（控制信号）或外控给定信号和经阻抗变换器 隔离后的参比信号一起送入比较放大器，经高精 度、高稳定性的比较放大器比较放大，输出误差 控制信号，将此信号送入移相触发器，移相触发 器根据该信号的大小，自动调节脉冲的移相时间， 通过脉冲变压器输出触发脉冲调整极化回路中可 控硅的导通角，改变输出电压、电流的大小，使 保护电位等于设定的给定电位，从而实现恒电位 保护。
第三节 阴极保护方式
3.1 牺牲阳极法 • 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的 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的方法。 • 在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中， 被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负 于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳 极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极， 从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如 图1—3
第二节 主要技术指标
2.1
2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10
输出电压：额定输出电压分 10V、15V 、30V、40V、 54V、 60V等 规格，输出电压在额定输出电压的8%～ 100％范围内可调。 输出电流：额定输出电流分10A、15A、20A、25A、30A、 35A、40A、50A 等规格，输出电流在额定输出电流的 8%～100%范围内可调。 恒电位范围：－300mV～－3000mV。 恒电位精度：优于±5mV。 恒电流精度：优于±2%。 流经参比电流：≤3μA。 误差报警：±30mV～±100mV之间。 抗50Hz干扰：≤AC30V。 纹波系数：≤5%。 电源：单相AC220±10% 50Hz±5%。