阴极保护原理与工程东营奥科防腐薛萌2013年1月1专业知识阴极保护的原理2专业知识第一章 腐蚀原理 1.1 腐蚀是什么？腐蚀的定义：腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学反应导致金属破坏的过程。 按照腐蚀原理可分为：化学腐蚀 定义：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。特点：腐蚀过程中无电流的产生。 根据介质的不同它又可分为： （1）.气体腐蚀 （2）.在非电解质溶液中的腐蚀电化学腐蚀：定义：指金属表面与电解质因发生电化学反应而引起的破坏。特点：腐蚀过程中有电流的产生。 腐蚀原理3专业知识腐蚀发生的示意图腐蚀原理FeFe+2e-O2+H2O+4e-4OH-离子离子电解质电流阳极阴极金属e-电流图1 微分腐蚀电池的结构示意图4专业知识FeFe+2eO2+2H2O+4e-4OH-2H2O+2e-H2+2OH- 通常工程材料自在常温条件下含水环境中的腐蚀是一种自然的电化学腐蚀 含水的环境通常成为电解质 腐蚀原理5专业知识腐蚀发生的四个必要条件： 1) 必须有阳极或阳极区；2) 必须有阴极或阴极区；3) 阳极和阴极之间应电性连接4) 阳极和阴极必须置于导电性介质中（通常是水或土壤)。腐蚀原理6专业知识第二章 阴极保护的原理阴极保护原理7专业知识2.1 阴极保护的历史1.1936年在伊拉克首都发现一个受阴极保护的壶2.铜保层的保护(1824年) 锌、铁可以对铜进行阴极保护3. 铁的早期保护。1834年法拉第阴极保护原理奠定基础 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1906年德国建立第一个阴极保护厂1913年命名为电化学保护1905年美国用于锅炉保护1924年铁路上的蒸汽锅炉8专业知识2.3 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。9专业知识2.2 阴极保护的原理牺牲阳极保护的原理牺牲阳极保护的原理10专业知识强制电流保护示意图11专业知识2.3.2 特点一、强制电流一、强制电流1、优点A: 驱动电压高，能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流输出量；B: 在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用；C: 选用不溶性或微溶性辅助阳极时，可进行长期的阴极保护；D: 每支辅助阳极床的保护范围大，当管道防腐层质量良好时，一个阴极保护站的保护范围可达数十公里；E: 对裸露或防腐层质量较差的管道也能达到完全的阴极保护特点：必须有常年供电的直流电源和长寿命辅助阳极地床12专业知识2、缺点A: 一次性投资费用偏高，而且运行过程中需要支付电费；B: 阴极保护系统运行过程中，需要严格的专业维护管理；C: 离不开外部电源，需常年外供电；D：对邻近的地下金属构筑物可能会产生干扰作用。二、牺牲阳极阴极保护特点：不需要外加直流电源，但牺牲阳极材料具备电位足够负且长期保持该负电位的电化学性能。13专业知识优点：1)一次投资费用偏低，且在运行过程中基本上不需要支付维护费用；2)保护电流的利用率较高，不会产生过保护；3)对邻近的地下金属设施无干扰影响，适用于厂区和无电源的长输管道，以及小规模的分散管道保护；4)具有接地和保护兼顾的作用；5)施工技术简单，平时不需要特殊专业维护管理。14专业知识缺点：缺点：1.驱动电位低，保护电流调节范围窄；驱动电位低，保护电流调节范围窄；2.使用范围受土壤电阻率的限制，即土壤电阻率大于使用范围受土壤电阻率的限制，即土壤电阻率大于50欧欧.米时，一般不宜选用牺牲阳极保护法；米时，一般不宜选用牺牲阳极保护法；3.在存在强烈杂散电流干扰区，尤其受交流干扰时，阳极在存在强烈杂散电流干扰区，尤其受交流干扰时，阳极性能有可能发生逆转；性能有可能发生逆转；4.有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换。换。阴极保护方案设计时，应根据强制电流保护和牺牲阳极保护各自的特点与优缺点、实际需要、外界条件和经费指标等因素进行选择使用。15专业知识2.4 评定阴极保护效果的方法1.最小保护电位 为使金属腐蚀停止进行，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。监控阴极保护效果的重要参数美国NACE标准：1) 施加阴极保护时被保护结构物的负电位至少达到 0.85V或更负(相对饱和硫酸铜参比电极)2) 相对于饱和硫酸铜参比电极的负极化电位至少为 850mV.3) 在构筑物表面与接触电解质的稳定参比电极之间的阴 极极化值最小为100mV。 16专业知识2 最大保护电位 阴极保护电位越负，保护效果就越好，单点保护范围也就越广。但是过负的电位将使被保护金属构件防腐层与管道金属间的结合力遭到破坏，产生阴极剥离，甚至氢脆。 在阴极保护中，提出阴极保护电位值并不是越负越有利于金属的防护，而应有一个绝对值最大的负电位值，称之为最大保护电位。涂料种类油 性涂料沥青系涂料环氧沥青涂料环氧系涂料（3层pe）耐阴极保护电压(V)-0.88-1.20-1.50-1.30 -1.5一些涂料耐负电压的性能17专业知识2.5 应用范围1)船舶 船壳、推进器、海水压载舱、船用冷凝器、舵板、海底门、声纳、机舱积水等2) 港工设施和海洋设施护岸、栈桥、钢板桩码头、海上石油钻井平台、导管架、海底管线、水鼓、浮标、闸门、滑道、过海隧道等。3) 陆上金属设施 化工、发电、炼油、石化、制碱等工业系统中的海水冷却器、冷凝器、热交换器、海水泵、贮水罐、循环管路18专业知识 土壤电解质中的金属设施煤气管线、天然气管线、液化气管线、上下水管线、输油管线、通讯管线、储罐的内外罐底。 厂区地下管网市区、厂区和生活区地下各类金属管网、接地网、电讯网等复杂的地下金属构件建筑桩基：陆地上建筑物的钢质桩基、钢筋混凝土基础等金属构件的防腐蚀19专业知识第三章 腐蚀发生的不同类型腐蚀发生的不同类型 20专业知识21专业知识22专业知识23专业知识第四章 阴保系统构成24专业知识25专业知识2、强制电流阴极保护系统示意图强制电流阴极保护系统示意图26专业知识第五章 牺牲阳极及外加电流牺牲阳极及外加电流 阴极保护比较阴极保护比较 27专业知识牺牲阳极外加电流不需要电源需要电源仅用于防腐层好、需要电流小的埋地结构或热点保护。仅用于土壤电阻率低的环境可以用来保护大型甚至没有防腐层的结构,其应用受土壤电阻率影响不大.安装简单，施工方便,可以和管道同沟埋设距离管道至少100米测量电位时，需要测量阳极安装处及两组阳极之间的电位需要测量的点可以很少,可以在汇流点处进行测量埋设点多，使用寿命随环境而变化，可能需要更换阳极用量较小。开挖工作量少由于在每个点的输出都较小,一般不会产生腐蚀干扰需要检测临近结构是否受到腐蚀干扰其输出可以自身调节，但不能人为控制可以自动控制管道电位,自动控制输出电流,达到理想保护状态.电缆接头受到阴极保护，不会腐蚀阳极电缆连接接头要严格密封,一旦与土壤接触，将很快腐蚀断极性不会接反需要谨慎连接电缆，极性接错将加速腐蚀28专业知识29专业知识30专业知识31专业知识32专业知识数控高频开关恒电位仪可控硅、磁饱和恒电位仪控制方式数字控制模拟控制数据存储自动记录本机运行数据无无线数据 远程通讯有无多机联网支持几乎无限多台恒电位仪联网使用少量/无可维护性模块化结构，维护简便必须现场维护特征器件DSP、CPLD、AVR、FLASH、IGBT、MOSFET，快恢复二极管，高频磁性材料普通二极管，可控硅， 工频变压器效 率90%0.90.7电网适应能力输出性能受电网波动 影响小电网变化超出10%，输出稳定度降低，纹波增大奥科奥科 - IHF数控高数控高频开关恒电位仪频开关恒电位仪与可控硅、磁饱与可控硅、磁饱和恒电位仪性能和恒电位仪性能对比对比33专业知识第五章 IHF数控高频开关恒电位仪及AK-1控制柜操作规程 34专业知识本规程主要面向日常操作、管理和维护，简要说明了IHF数控高频开关恒电位仪及YHS-1控制柜常用操作方法和注意事项，可以作为日常使用及管理维护的依据，详细的使用方法请参阅恒电位仪及控制柜的使用说明书。35专业知识36专业知识37专业知识38专业知识39专业知识40专业知识41专业知识42专业知识43专业知识若在使用过程中发现设备自身的故若在使用过程中发现设备自身的故障请与我公司技术服务中心联系障请与我公司技术服务中心联系0532-8667201744专业知识