阴极保护系统

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1、管道阴极保护系统一．原理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。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，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。1、牺牲阳极法将被保护金属和一种电位更负的金

2、属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体阴极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。牺牲阳极材料有高纯镁，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）。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，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。其方

3、式有：恒电位、恒电流等。如图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，不会再发生金属离子化的氧化反应，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。阴极保护两种方法的对比：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

4、属或合金，另一种则利用直流电源。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。一．阴极保护的基本参数1、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。新建沥青管道最小保护电流密度为30—50μA/m2，环氧粉末的管道一般为10--30μA/m2，新建储罐罐底板最小保护电流密度为1--5mA/m2表示，老罐为5—10m

5、A/m2。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。因此该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）。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的负电位值，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。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

6、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。一．牺牲阳极阴极保护（一）常见的牺牲阳极材料1.镁合金阳极根据形状以及电极电位的不同，镁合金阳极可用于电阻率在20欧姆.米到100欧姆.米的土壤或淡水环境。高电位镁合金阳极的电位为-1.75V(CSE)；低电位镁阳极的电位为-1.55V(CSE)。2.锌合金阳极锌合金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。电极电位为-1.1V(CSE)。温度高于40

7、°C时，锌阳极的驱动电位下降，并发生晶间腐蚀。高于60°C时，它与钢铁的极性发生逆转，变成阴极受到保护，而钢铁变成阳极受到腐蚀。所以，锌阳极仅能用于温度低于40°C的环境。3.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攘，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。采用填料，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。（二）牺牲阳极的埋设方式1、牺牲阳极埋设有立式和卧式两，埋设位置分轴向和径向。2、牺牲阳极在管道的分布宜采用单支或集中成组两种方式。3、阳极

8、与管道的距离，一般情况下阳极埋设位置应距管道3～5ｍ，最小不宜小于0.3ｍ，成组埋设时，阳极间距以2～3ｍ为宜。1）在管道一侧2）在管道两侧一．外加电流阴极保护系统的主要设施外加电流阴极保护系统主要由四部分组成：直流电源、辅助阳极、被保护管道、附属设施。1、电源设备（恒电位仪）强制电流系统