腐蚀与防护课设

- 4 - 材料腐蚀与防护课程设计

干扰腐蚀评价及土壤条件的识别等管道沿线环境评价既是为防腐层的选用做准备，也是为阴

极保护和附加保护设计提供依据。正确防腐设计应遵循的原则是，以低防腐风险方式提高系统内在的可靠性；在给定可靠性基础上切合实际地降低费用。设计中还应注意：1.技术实施的可靠性与可行性；2.补口补伤技术与管体防腐蚀技术的匹配性；3.所选覆盖层在土壤中的稳定性。在优化的方案设计、。

良好的工程质量基础上，通过适当的维护实现其持续有效性，可达到理想的腐蚀控制 关键字：管道 防腐 阴极保护 正文：管道阴极保护基本知识 一、阴极保护的原理：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。在生产生活中主要方法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。

图（1）阴极保护原理极化曲线

1、牺牲阳极法

将被保护金属和一种电位更负的金属或合金（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。 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。其方式有：恒电位、恒电流等。如图 （2）

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图（2）

二、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—10mA/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。

三、牺牲阳极阴极保护：牺牲阳极阴极保护是将活性不同的两种金属连接后，处于同一电解质中，活性强的金属失去电子，受到腐蚀，活性差的金属得到电子受到保护。由于在这一过程中，活性强的金属被腐蚀，所以称为牺牲阳极阴极保护，如图（3）。

图（3）

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1、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40C时，锌阳极的驱动电位下降，并发生晶间腐蚀。高于60C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40C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。

图（4）牺牲阳极填包料的配方

2、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

四、外加电流阴极保护：外加电流阴极保护系统主要由直流电源、辅助阳极、被保护管道、附属设施四部分组成。 1、电源设备（恒电位仪）

强制电流系统要求电源设备能够不断地向被保护金属构筑物提供阴极保护电流，要求电源设备安全可靠；电源电压连续可调；能够适应当地的工作环境（温度、湿度、日照、风沙）；功率与被保护构筑物相匹配；操作维护简单。

目前常用的阴极保护电源设备有太阳能电池、整流器、恒电位仪，国内多用恒电位仪，都能国产化，恒电位仪不仅能够恒电位输出，还能恒电流输出。用户可以根据需要调节。 2、阳极地床

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辅助阳极是外加电流阴极保护系统中，将保护电流从电源引入土壤中的导电体。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，管道在回路中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。常用的阳极材料有：高硅铸铁、石墨、钢铁、柔性阳极。 *阳极地床的设计遵循以下几方面要求： （1）阳极种类的选择：

①在一般土壤中可采用高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极。

②在盐渍土、海滨土或酸性和含硫酸根离子较高的环境中，宜采用含铬高硅铸铁阳极。 ③高电阻率的地方宜使用钢铁阳极。

④覆盖层质量较差的管道及位于复杂管网或多地下金属构筑物区域内的管道可采用柔性阳极，但不宜在含油污水和盐水中使用。 （2）辅助阳极埋设位置的选择： 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100Ω.m。

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阳极位置与管道的垂直距离不宜小于50m。

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。

（3）辅助阳极的结构：①浅埋式地床结构、②深埋式阳极(深井式)

图（5）

3、阴极保护的附属设施：

（1）、埋地型参比电极（2）、测试桩（3）、电绝缘装置（4）、检查片（5）、均压线（6）、导线

4、管道实施阴极保护的基本条件： （1）、管道必须处于有电解质的环境中，以便能建立起连续的电路。如土壤、海水、河流等介质中都可以进行阴极保护。 （2）、管道必须电绝缘。首先，管道必须要采用良好的防腐层尽可能将管道与电解质绝缘，否则会需要较大的保护电流密度。其次，要将管道与非保护金属构筑物电绝缘，否则电流将