1、目录目录一、前言一、前言某些国家金属腐蚀经济损失统计某些国家金属腐蚀经济损失统计o腐蚀在世界经济中占有很大成本腐蚀在世界经济中占有很大成本o腐蚀和缓蚀消耗世界资源的腐蚀和缓蚀消耗世界资源的3-5%3-5%o全球腐蚀总费用全球腐蚀总费用$2.5-3.5$2.5-3.5万亿万亿o腐蚀控制中我们所做的努力有望减少腐蚀控制中我们所做的努力有望减少30%30%腐蚀业所作所为举足轻重腐蚀业所作所为举足轻重二、腐蚀原理二、腐蚀原理 金属在电解质溶液中由于水的极性分子的作用发生水化金属在电解质溶液中由于水的极性分子的作用发生水化,如果水化能足以克服金属离子与如果水化能足以克服金属离子与电子的结合力电子的结合力
2、,金属离子将脱离金属进入溶液中形成水化离子。金属由于失去带正金属离子将脱离金属进入溶液中形成水化离子。金属由于失去带正(负负)电电的离子而带负的离子而带负(正正)电电,而溶液由于得到带正而溶液由于得到带正(负负)电的金属离子而带正电的金属离子而带正(负负)电电,这样在金属这样在金属与溶液界面上形成双电层。金属与溶液界面上双电层的建立，使得金属与溶液产生电位与溶液界面上形成双电层。金属与溶液界面上双电层的建立，使得金属与溶液产生电位差，这就是该金属在该溶液中的电极电位。差，这就是该金属在该溶液中的电极电位。金属表面的金属离子产生水化 （mn固相与液相界面）双电层示意图金属电解质溶液电解质溶液金属
3、正离子水化金属 阳离子电子阴离子参比电极：参比电极：o参比电极，是测量电解质中的金属表面电位的一种重要的装置。参比电极，是测量电解质中的金属表面电位的一种重要的装置。o对参比电极的要求：必须是稳定的，并且数据具有重现性。对参比电极的要求：必须是稳定的，并且数据具有重现性。o镁镁 -1.700o铝铝-1.150o锌锌-1.100o碳钢碳钢-0.550o铜铜-0.200土壤中普通金属电极电土壤中普通金属电极电位位o银银+0.200o金金+0.800o铂铂+1.000 电位单位：电位单位：V（对应（对应Cu/CuSO4 参比电极）参比电极）原子或者分子失去一个或者多个电子，从而形成一个带正电的离子。
4、当原子或者分子失去一个或者多个电子，从而形成一个带正电的离子。当原子和分子失去电子时，就会发生氧化反应。发生氧化的电极或者金属部原子和分子失去电子时，就会发生氧化反应。发生氧化的电极或者金属部位称为阳极。例如，当一个中性粒子铁原子位称为阳极。例如，当一个中性粒子铁原子(Fe)(Fe)氧化，将可能失去两个或氧化，将可能失去两个或者三个电子，生成铁阳离子者三个电子，生成铁阳离子(Fe(Fe+或者或者FeFe+)。Fe Fe Fe Fe+2e-+2e-Fe Fe Fe Fe+3e-+3e-氧化氧化还原还原 原子或者分子得到一个或者多个电子，从而形成个阴离子原子或者分子得到一个或者多个电子，从而形成个
5、阴离子或者中性元素。当原子或者分子得到电子，发生还原反应。发或者中性元素。当原子或者分子得到电子，发生还原反应。发生还原的电极或者金属的部位称为阴极生还原的电极或者金属的部位称为阴极 。例如，氢离子例如，氢离子(H(H+)被还原，它将得到一个电子，生成一个中性被还原，它将得到一个电子，生成一个中性的氢原子的氢原子(H)(H)。H H+e-H +e-H 电化学腐蚀电化学腐蚀o电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质发电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质发生电化学作用而产生的破坏。任何一种按电化生电化学作用而产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应学机理进行的腐蚀反应至少
6、包含一个阳极反应和一个阴极反应和一个阴极反应,并以流过金属内部的电子流和并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。阳极反应是金属介质中的离子流联系在一起。阳极反应是金属离子从金属转移到介质中和放出电子的过程离子从金属转移到介质中和放出电子的过程,即即阳极氧化过程。阴极反应是介质中氧化剂组分阳极氧化过程。阴极反应是介质中氧化剂组分吸收来自阳极的电子对还原过程。吸收来自阳极的电子对还原过程。o电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀，金属在电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀，金属在各种电解质水溶液、大气、土壤和海水的腐蚀各种电解质水溶液、大气、土壤和海水的腐蚀都是电化学腐蚀，要比化学、物理腐蚀强烈
7、的都是电化学腐蚀，要比化学、物理腐蚀强烈的多，金属的破坏大多数是电化学腐蚀所致。多，金属的破坏大多数是电化学腐蚀所致。腐蚀状态腐蚀状态 异种金属（电偶腐蚀）异种金属（电偶腐蚀）氧浓差腐蚀氧浓差腐蚀 应力腐蚀应力腐蚀 盐浓差腐蚀盐浓差腐蚀 异种土壤腐蚀异种土壤腐蚀 温度差异腐蚀温度差异腐蚀自然腐蚀的形貌自然腐蚀的形貌杂散电流腐蚀形貌杂散电流腐蚀形貌极化和极化曲线极化和极化曲线o自然电位：在没有外电流作用时，金属上的电极电位，也叫开路电位。自然电位：在没有外电流作用时，金属上的电极电位，也叫开路电位。o极化是由于外电流的通过而导致电位偏离电极开路电位的现象。极化是由于外电流的通过而导致电位偏离电极
8、开路电位的现象。o极化电位：在外电流作用时，金属的电极电位偏离自然电位，这时的极化电位：在外电流作用时，金属的电极电位偏离自然电位，这时的电位叫极化电位电位叫极化电位o极化曲线如图：极化曲线如图：腐蚀速率腐蚀速率o腐蚀速率符合法拉第定律将腐蚀电池中腐蚀速率符合法拉第定律将腐蚀电池中金属随时间的重量损失和电流联系起来金属随时间的重量损失和电流联系起来。oW=KIT W=KIT W-W-重量损失，重量损失，kg kg；k-k-电化学当量，电化学当量，kgkgA-yrA-yr；I-I-安培；安培；T-T-年年 减缓腐蚀的方法减缓腐蚀的方法o腐蚀速度可用腐蚀电流指标表示，即腐蚀电流（腐蚀速度可用腐蚀电
9、流指标表示，即腐蚀电流（I I）为：）为：o由公式可看出要减缓腐蚀，使腐蚀原电池中的电极电位由公式可看出要减缓腐蚀，使腐蚀原电池中的电极电位差差(E)(E)趋于零（阴极保护）；或者使腐蚀原电池回路趋于零（阴极保护）；或者使腐蚀原电池回路中的电阻（中的电阻（R R）趋于无穷大（涂层保护）趋于无穷大（涂层保护）。RERRREEICASAC三、阴极保护三、阴极保护o阴极保护是通过向暴露在一种电解质例如阴极保护是通过向暴露在一种电解质例如:土壤、土壤、水、或混凝士中的金属构筑物的表面，提供限水、或混凝士中的金属构筑物的表面，提供限定的电流的方法来进行腐蚀控制。定的电流的方法来进行腐蚀控制。o阴极保护并
10、非消除了腐蚀，作为一种替代，它阴极保护并非消除了腐蚀，作为一种替代，它把腐蚀从被保护的结构体转嫁给了提供阴极保把腐蚀从被保护的结构体转嫁给了提供阴极保护的阳极体身上。护的阳极体身上。能够实施阴极保护的结构体能够实施阴极保护的结构体 o浸没在或埋设在一种电解质中的绝大多数金属浸没在或埋设在一种电解质中的绝大多数金属结构都能被实施阴极保护。结构都能被实施阴极保护。o对于任何一个结构，有两种阴极保护的方法提对于任何一个结构，有两种阴极保护的方法提供选择供选择:牺牲阳极阴极保护牺牲阳极阴极保护 外加电流阴极保护外加电流阴极保护 牺牲阳极保护系统牺牲阳极保护系统o牺牲阳极阴极保护实际上是利用了不同金属的
11、腐蚀所形成的保牺牲阳极阴极保护实际上是利用了不同金属的腐蚀所形成的保护。重要的是在牺牲阳极和需要被保护的结构体之间要存在一护。重要的是在牺牲阳极和需要被保护的结构体之间要存在一个真实的电位差，或者叫驱动电压。个真实的电位差，或者叫驱动电压。牺牲阳极系统的应用场合牺牲阳极系统的应用场合o需要的保护电流量相对较小需要的保护电流量相对较小o通常限于低电阻率的电解液中通常限于低电阻率的电解液中 o需要对一个结构的特定区域提供局部阴极保护需要对一个结构的特定区域提供局部阴极保护o发生电屏蔽的区域发生电屏蔽的区域o发生了杂散电流的干扰的区域发生了杂散电流的干扰的区域o外加电流阴极保护体系无法实施的区域外加
12、电流阴极保护体系无法实施的区域 牺牲阳极的优点牺牲阳极的优点o不需要外部电源不需要外部电源o维护工作量小维护工作量小o由于输出电流小对外界杂散电流干扰较小由于输出电流小对外界杂散电流干扰较小 o容易安装容易安装 o多数情况易于增加阳极多数情况易于增加阳极o提供均匀的电流分配提供均匀的电流分配 牺牲阳极的局限性牺牲阳极的局限性 o驱动电压驱动电压/电流较低电流较低o对于劣质涂层的结构物需要较多的阳极对于劣质涂层的结构物需要较多的阳极 o在高电阻率的土壤环境下可能是无效的在高电阻率的土壤环境下可能是无效的o替换用废的阳极是非常困难或昂贵的替换用废的阳极是非常困难或昂贵的 高阻率介质或劣质涂层中牺牲
13、阳极外加电流保护系统外加电流保护系统 o外部电源外部电源正极正极通过通过辅助阳极辅助阳极将保护电流引将保护电流引入地下，提供入地下，提供给金属结构物；给金属结构物；将外部电源将外部电源负负极极与金属结构与金属结构物相连（该点物相连（该点叫阴极接地点、叫阴极接地点、通电点、汇流通电点、汇流点、控制点）。点、控制点）。外加电流保护系统按阳极地床分类外加电流保护系统按阳极地床分类o深井阳极地床（指阳极顶端距地面距离大于深井阳极地床（指阳极顶端距地面距离大于1515米。）米。）o浅埋阳极地床（要求阳极与保护物间无其它浅埋阳极地床（要求阳极与保护物间无其它金属结构物、阳极地床土壤电阻率较低。）金属结构物
14、、阳极地床土壤电阻率较低。）外加电流阴极保护的应用外加电流阴极保护的应用o所有导电的电解质内所有导电的电解质内o需要较大电流的场合，如裸露或涂层较差的结构物防护需要较大电流的场合，如裸露或涂层较差的结构物防护o对牺牲阳极保护失效的结构物提供防护的一种经济手段对牺牲阳极保护失效的结构物提供防护的一种经济手段o储水罐的内壁储水罐的内壁o地面上储存罐的外底地面上储存罐的外底o地下储存罐地下储存罐o地下或水中的基桩和打板桩地下或水中的基桩和打板桩 外加电流系统的优点外加电流系统的优点o可以在一个很宽的范围内灵活调节电压和电流的输出可以在一个很宽的范围内灵活调节电压和电流的输出 o一个单独的装置就可满足
15、很高的电流需求一个单独的装置就可满足很高的电流需求o可有效的保护无覆盖层或涂装质量很差的结构物可有效的保护无覆盖层或涂装质量很差的结构物 o可有效用于高电阻率的环境中可有效用于高电阻率的环境中o与牺牲阳极相比，阳极消耗率低与牺牲阳极相比，阳极消耗率低外加电流系统的局限性外加电流系统的局限性 o需要外部电源需要外部电源o与牺牲阳极相比，需要更高的检测和维护费用与牺牲阳极相比，需要更高的检测和维护费用 o具有引发杂散电流干扰的高风险具有引发杂散电流干扰的高风险 o可导致过保护，引发可导致过保护，引发:涂层的损伤：涂层的损伤：在阴极保护过程中，在被保护体的表面会形在阴极保护过程中，在被保护体的表面会
16、形成氢氧根离子和氢气。这些产物可导致非金属涂层的剥离，产成氢氧根离子和氢气。这些产物可导致非金属涂层的剥离，产生这种现象的机制包括发生在涂层生这种现象的机制包括发生在涂层/金属界面处的化学溶解作用金属界面处的化学溶解作用和电化学还原作用，还包括氢在界面处聚集所产生的压力。这和电化学还原作用，还包括氢在界面处聚集所产生的压力。这种涂层破坏过程被称为种涂层破坏过程被称为“阴极剥离阴极剥离”。氢脆氢脆影响阴极保护运行的因素影响阴极保护运行的因素 o防腐层防腐层：防腐层降低了保护结构物所需的电流量。在防腐层降低了保护结构物所需的电流量。在有防腐层的结构物上，阴极保护仅需要保护在涂层中有防腐层的结构物上
17、，阴极保护仅需要保护在涂层中出现的裂缝、漏点处暴露的金属就可以了。出现的裂缝、漏点处暴露的金属就可以了。o电解质结构电解质结构：粘土和淤泥、沙和砾石、温度、含氧量、粘土和淤泥、沙和砾石、温度、含氧量、结构物和电解质的运动结构物和电解质的运动 、电屏蔽、电屏蔽 （金属屏蔽和电解（金属屏蔽和电解质屏蔽）。质屏蔽）。o被保护结构物与非保护结构物的绝缘情况。被保护结构物与非保护结构物的绝缘情况。没有绝缘没有绝缘就没有阴极保护。就没有阴极保护。评定阴极保护效果的方法评定阴极保护效果的方法 o最小保护电位最小保护电位 -850mV-850mV ：为使金属腐蚀停止或减轻到一定程度，要求金：为使金属腐蚀停止或
18、减轻到一定程度，要求金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值 。o 最大保护电位最大保护电位 -1200mV-1200mV：阴极保护电位越负，单点保护范围也就越广。：阴极保护电位越负，单点保护范围也就越广。但是过负的保护电位将使被保护金属构件防腐蚀涂层与金属构件间的粘但是过负的保护电位将使被保护金属构件防腐蚀涂层与金属构件间的粘结力遭到破坏，产生阴极剥离，或者可能出现金属结力遭到破坏，产生阴极剥离，或者可能出现金属“氢脆氢脆”，将造成将造成能源的浪费。国标中第能源的浪费。国标中第2424页页B.14B.14解释为：这种提法是解释为：这种提法
19、是NACENACE标准中没有的，标准中没有的，对于高强的钢很有必要，在实践中也应严格遵受。对于高强的钢很有必要，在实践中也应严格遵受。o用检查片进行评估。用检查片进行评估。o腐蚀状况直接观察：利用目测或者对金属构件进行厚度测量，以及采用腐蚀状况直接观察：利用目测或者对金属构件进行厚度测量，以及采用先进设备进行地下探测等，判断金属构件的保护状态。先进设备进行地下探测等，判断金属构件的保护状态。检查片腐蚀状况检查片腐蚀状况%100S1/G1S2/G2S1/G1Tn式中:Tn-保护度，%;G1-无电保护检查片的失重，g;S1-无电保护检查片的面积，cm2;G2-有电保护检查片的失重，g;S2-有电保
20、护检查片面积;cm2我国制定的阴极保护相关标准我国制定的阴极保护相关标准a a、GB/T21448-2019 GB/T21448-2019 埋地钢制管道阴极保护技术规范埋地钢制管道阴极保护技术规范 b b、GB/T21246-2019 GB/T21246-2019 埋地钢制管道阴极保护参数测量方法埋地钢制管道阴极保护参数测量方法C C、GB/T21447-2019 GB/T21447-2019 钢制管道外腐蚀控制规范钢制管道外腐蚀控制规范 d d、SY/T0086-2019 SY/T0086-2019 阴极保护管道的电绝缘标准阴极保护管道的电绝缘标准 e e、SY/T0029-2019 SY/
21、T0029-2019 埋地钢质检查片腐蚀速率测试方法埋地钢质检查片腐蚀速率测试方法 f f、SY/T0017-2019SY/T0017-2019 埋地钢质管道直流排流阴极保护设计规范埋地钢质管道直流排流阴极保护设计规范 g g、SY/T0032-2000 SY/T0032-2000 埋地钢质管道交流排流阴极保护设计规范埋地钢质管道交流排流阴极保护设计规范h h、GB/T50393-2019 GB/T50393-2019 钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范钢质石油储罐防腐蚀工程技术规范i i、SY/T0087-2019 SY/T0087-2019 钢质管道及储罐腐蚀评价标准钢质管道及储罐腐蚀评价标准
22、等等 四、油气田的阴极保护四、油气田的阴极保护o埋地钢质管道阴极保护埋地钢质管道阴极保护o原油储罐内外底板阴极保护原油储罐内外底板阴极保护 o油、气、水井套管阴极保护油、气、水井套管阴极保护o站场区域性阴极保护站场区域性阴极保护1.1.埋地钢质管道阴极保护埋地钢质管道阴极保护o埋地钢质管道阴极保护采用牺牲阳极、外加电流两种埋地钢质管道阴极保护采用牺牲阳极、外加电流两种方法均可以，要视现场情况决定。方法均可以，要视现场情况决定。o其应用条件其应用条件：a.a.被保护的管道必须具有良好的纵向导电连续性，对被保护的管道必须具有良好的纵向导电连续性，对非焊接的管道接头要用电缆跨接；非焊接的管道接头要用
23、电缆跨接；b.b.被保护的管道与其他非保护的金属结构物间要进行被保护的管道与其他非保护的金属结构物间要进行绝缘处理。绝缘处理。c.c.保护管道如果有套管，两管道之间应有绝缘支撑进保护管道如果有套管，两管道之间应有绝缘支撑进行隔离，套管两端要密封好，有条件的话，套管内的行隔离，套管两端要密封好，有条件的话，套管内的管道要安装牺牲阳极管道要安装牺牲阳极过路套管内管道保护方法过路套管内管道保护方法管道阴极保护的要点管道阴极保护的要点o油气田的管道都由油气井到计量站或集输站，油气田的管道都由油气井到计量站或集输站，再向外输送。油气井站、计量站、集输站内各再向外输送。油气井站、计量站、集输站内各种管道、
24、各种设备、接地网、站房基础甚至有种管道、各种设备、接地网、站房基础甚至有些废旧管道。这些对阴极保护电流都起到吸收些废旧管道。这些对阴极保护电流都起到吸收和屏蔽的作用。一般对进出站管道都要安装绝和屏蔽的作用。一般对进出站管道都要安装绝缘接头。否则对管道保护是非常不利的，甚至缘接头。否则对管道保护是非常不利的，甚至可导致阴极保护失败。可导致阴极保护失败。集输站阴极保护简介集输站阴极保护简介绝缘处理的效果绝缘处理的效果这是我们在新疆某市做的天然气管网阴极保护馈电试验，试验区这是我们在新疆某市做的天然气管网阴极保护馈电试验，试验区与市区管线用绝缘接头进行绝缘处理。试验区内共有与市区管线用绝缘接头进行绝
25、缘处理。试验区内共有1717个庭院。个庭院。对庭院进行了绝缘，绝缘前与绝缘后阴极保护电位测试结果如图。对庭院进行了绝缘，绝缘前与绝缘后阴极保护电位测试结果如图。图中图中1 1和和1010为与市区管网进行绝缘的绝缘接头的两端，为与市区管网进行绝缘的绝缘接头的两端，5 5为汇流点。为汇流点。2.2.原油储罐的阴极保护原油储罐的阴极保护o 原油储罐阴极保护主要是：与储罐基础沥原油储罐阴极保护主要是：与储罐基础沥青沙相接触的外底板；储罐内壁阴极保护主青沙相接触的外底板；储罐内壁阴极保护主要是底板及油水分界线以下约要是底板及油水分界线以下约12米内壁米内壁圈板。圈板。o 储罐内壁保护主要采用是牺牲阳极保
26、护。储罐内壁保护主要采用是牺牲阳极保护。o 储罐外地板阴极保护要根据情况对已建罐储罐外地板阴极保护要根据情况对已建罐只有采用外加电流保护，对新建罐可采用外只有采用外加电流保护，对新建罐可采用外加电流也可采用牺牲阳极保护。加电流也可采用牺牲阳极保护。已建旧储罐外壁外加电流保护已建旧储罐外壁外加电流保护新建储罐外壁网状阳极地床新建储罐外壁网状阳极地床网状阳极地床网状阳极地床新建储罐外壁柔性阳极地床新建储罐外壁柔性阳极地床柔性阳极地床柔性阳极地床柔性阳极o在油田，各类钢质容器内壁的任何部位与水介质相接触，在油田，各类钢质容器内壁的任何部位与水介质相接触，都有可能发生腐蚀，尤其是原油储罐内壁底板及下部
27、都有可能发生腐蚀，尤其是原油储罐内壁底板及下部1-1-2 2米的圈板，由于原油沉积水的化学成分特殊性，其腐米的圈板，由于原油沉积水的化学成分特殊性，其腐蚀相当严重。蚀相当严重。o阴极保护所需电流密度与腐蚀介质的性质（成分、温度、阴极保护所需电流密度与腐蚀介质的性质（成分、温度、速度）金属表面有无覆盖层及覆盖层质量等因素密切相速度）金属表面有无覆盖层及覆盖层质量等因素密切相关，可使最小保护电流密度从几个关，可使最小保护电流密度从几个mA/mmA/m2 2变化到几百个变化到几百个mA/mmA/m2 2。o阳极一般均匀布设，在储罐出水口及加热盘管处要加密阳极一般均匀布设，在储罐出水口及加热盘管处要加
28、密牺牲阳极的数量。牺牲阳极的数量。o牺牲阳极的化学成分对其效率起着重要的作用。牺牲阳极的化学成分对其效率起着重要的作用。储罐内底板阴极保护储罐内底板阴极保护原油储罐牺牲阳极计算方法1、保护面积:2、保护电流密度:i=1030mA/m23、需要保护的总电流 I=iS4、每只牺牲阳极发生电流值可按下式进行计算：式中：If-每块牺牲阳极发生电流量，mA/块；E-阴阳极间有效电位差，E=0.3V；R-牺牲阳极接地电阻，；S-牺牲阳极当量长度，S=（L+B）/2（L为阳极纵向接水长度B为阳极横向接水宽度cm）；-腐蚀介质电阻率.cm;；5、牺牲阳极有效保护年限可根据下式进行估算：式中：Y牺牲阳极有效保护
29、年限，a；W每只牺牲阳极净重，kg/支；u阳极有效利用系数，u=0.75；Im有效保护期内每只牺牲阳极平均发生电流，mA/支，Im=0.7If;6、牺牲阳极用量为：N=1.1I/If 1.1为设计余量42DDhSSEREIf2mIWuY8760铝阳极的化学成分储罐内底板牺牲阳极布置储罐内底板牺牲阳极布置牺牲阳极保护牺牲阳极保护3.油气水井套管阴极保护油气水井套管阴极保护油气水井套管的腐蚀因素油气水井套管的腐蚀因素n油气田地处戈壁区，地表土壤干燥，地下深度油气田地处戈壁区，地表土壤干燥，地下深度 10 10 米以米以下即为丰富的含水层，油田产出水中所含的金属离子如下即为丰富的含水层，油田产出水中
30、所含的金属离子如CaCa2 2+、MgMg2 2+离子的浓度相对较高；离子的浓度相对较高；C Cl l-、HCOHCO3 3-和和SOSO4 42-2-离子离子的浓度也很高。的浓度也很高。n油气田地处高原，砂层地表土壤电阻率高，但低洼和含油气田地处高原，砂层地表土壤电阻率高，但低洼和含水层土壤电阻低，从而造成特殊的腐蚀环境。水层土壤电阻低，从而造成特殊的腐蚀环境。n油气水井深大部在油气水井深大部在20002000米左右，而井套管外水泥仅封固米左右，而井套管外水泥仅封固至油气层段上至油气层段上300300米左右。大部分的套管处于强腐蚀介米左右。大部分的套管处于强腐蚀介质中。质中。1.1.套管腐蚀
31、主要发生在套管腐蚀主要发生在900900米以上至井口一段，少数穿孔米以上至井口一段，少数穿孔发生在发生在1000-12001000-1200米处，其腐蚀为电化学腐蚀。米处，其腐蚀为电化学腐蚀。油气水井套管阴极保护的方法油气水井套管阴极保护的方法o 新井：采用环氧冷缠胶带新井：采用环氧冷缠胶带+牺牲阳极的保护牺牲阳极的保护方法方法o 已完井：采用深井阳极地床外加电流的保已完井：采用深井阳极地床外加电流的保护方法护方法环氧冷缠胶带环氧冷缠胶带+牺牲阳极牺牲阳极套管外缠绕环氧冷套管外缠绕环氧冷缠带并安装牺牲阳缠带并安装牺牲阳极，两种技术结合极，两种技术结合互补，延长高腐蚀互补，延长高腐蚀环境下套管服
32、役寿环境下套管服役寿命。命。环氧冷缠胶带环氧冷缠胶带+牺牲阳极牺牲阳极 其安装方法为先将套管外缠上其安装方法为先将套管外缠上胶带，间隔一定距离安装一胶带，间隔一定距离安装一组环状牺牲阳极。组环状牺牲阳极。牺牲阳极的材料要根据水的牺牲阳极的材料要根据水的化学成分及安装处介质的温化学成分及安装处介质的温度来决定。度来决定。牺牲阳极的数量及间隔距牺牲阳极的数量及间隔距离要根据设计计算来决定。离要根据设计计算来决定。井套管深井阳极外加电流保护井套管深井阳极外加电流保护o由于油气水井浅表层土壤电阻率高，导电能力差，采用由于油气水井浅表层土壤电阻率高，导电能力差，采用100100150m150m深井阳极，
33、使阳极进入低阻土壤层。深井阳极，使阳极进入低阻土壤层。o针对油气水井间隔距离的不同，采用不同的方式：间隔针对油气水井间隔距离的不同，采用不同的方式：间隔距离较近的井，可将几口井作为一个体系进行保护；对距离较近的井，可将几口井作为一个体系进行保护；对间隔距离较远的，按单井进行保护。间隔距离较远的，按单井进行保护。深井阳极地床要点及解决方法深井阳极地床要点及解决方法o阳极井较深，阳极通电后产生的气体如果排气处理不当，阳极井较深，阳极通电后产生的气体如果排气处理不当，很快产生气阻，回路电阻增大，设备电流输不出去，保很快产生气阻，回路电阻增大，设备电流输不出去，保护效果降低，甚至系统失效。护效果降低，
34、甚至系统失效。o采用排气管把由阳极电解反应所产生的气体排出地面，采用排气管把由阳极电解反应所产生的气体排出地面，排气管必须安装到深井底部。排气管必须安装到深井底部。o采用深井阳极地床，辅助阳极采用工厂预制阳极体，阳采用深井阳极地床，辅助阳极采用工厂预制阳极体，阳极体内安装排气管，并且排气管从阳极体内一直接到阳极体内安装排气管，并且排气管从阳极体内一直接到阳极井口。我们在极井口。我们在100100米深的阳极井中安装排气管，目前米深的阳极井中安装排气管，目前该阳极井已经运行该阳极井已经运行1010年，系统回路电阻仍保持系统运行年，系统回路电阻仍保持系统运行初期的回路电阻。初期的回路电阻。适用于深井
35、地床的组合阳极体适用于深井地床的组合阳极体 深井阳极地床的安装的要点深井阳极地床的安装的要点 用钻井机进行组阳极用钻井机进行组阳极体的吊装，先放下第体的吊装，先放下第一支阳极，并理顺阳一支阳极，并理顺阳极引线电缆穿过第二极引线电缆穿过第二支阳极体中的电缆管；支阳极体中的电缆管；吊起第二支辅助阳极吊起第二支辅助阳极体，与第一支辅助阳体，与第一支辅助阳极体对位（排气和电极体对位（排气和电缆管插接完好）焊接；缆管插接完好）焊接；以此类推，直到所有以此类推，直到所有辅助阳极体安装完毕。辅助阳极体安装完毕。4.4.油气田站场区域性保护的应用油气田站场区域性保护的应用区域性阴极保护应用的要点区域性阴极保护
36、应用的要点o油气储运站场的阴极保护设计影响因素比较复杂。钢质、油气储运站场的阴极保护设计影响因素比较复杂。钢质、铸铁、水泥和玻璃钢管线与地下电缆、镀锌钢管和扁钢接铸铁、水泥和玻璃钢管线与地下电缆、镀锌钢管和扁钢接地网、装置基础等系统交织在一起，纵横交错，息息相关，地网、装置基础等系统交织在一起，纵横交错，息息相关，构成极其复杂的地下金属网络。设计前必须把站场地下结构成极其复杂的地下金属网络。设计前必须把站场地下结构物的分布情况了解清楚。构物的分布情况了解清楚。o保护电流密度的选取除了要考虑结构物的新旧程度、保护保护电流密度的选取除了要考虑结构物的新旧程度、保护涂层的破损程度外，也要把装置基础对
37、保护电流的屏蔽作涂层的破损程度外，也要把装置基础对保护电流的屏蔽作用、管网密集区的相互屏蔽作用和接地网对电流的吸收因用、管网密集区的相互屏蔽作用和接地网对电流的吸收因素考虑进去。素考虑进去。o对于区域性的阴极保护选择何种方法，其准确与否关系到对于区域性的阴极保护选择何种方法，其准确与否关系到阴极保护效果。阴极保护效果。站场区域性牺牲阳极保护站场区域性牺牲阳极保护 含分布地床阳含分布地床阳极系统的管线极系统的管线关键问题是电关键问题是电流分布流分布管线必须完全管线必须完全绝缘，以便牺绝缘，以便牺牲阳极系统发牲阳极系统发挥作用挥作用阳极地网管线站场区域性外加电流保护站场区域性外加电流保护设计简化设
38、计简化确保完整覆盖确保完整覆盖安装简易安装简易减少杂散电流减少杂散电流和干扰问题和干扰问题由于阳极接近由于阳极接近构筑物要求输构筑物要求输出电流更低出电流更低整流器阳极地网管线五、阴极保护设计要点五、阴极保护设计要点o电流密度的确定电流密度的确定绝缘与均压处理处理绝缘与均压处理处理 -对已知的管道防腐层破损点进行修补；对已知的管道防腐层破损点进行修补；-对系统内不被纳入保护对象的管线进行绝对系统内不被纳入保护对象的管线进行绝缘处理。缘处理。-对对电性连接不好的阀井及波纹管膨胀节电性连接不好的阀井及波纹管膨胀节或或平行敷设的管道进行均压。平行敷设的管道进行均压。阳极地床的设计阳极地床的设计 -辅
39、助阳极的确定辅助阳极的确定 -阳极地床的安装阳极地床的安装汇流点（通电点）的设置汇流点（通电点）的设置o汇流点设置主要是针对站场区域性保护的情汇流点设置主要是针对站场区域性保护的情况，汇流的设置点的选择非常重要，关系到况，汇流的设置点的选择非常重要，关系到阴极保护的最后结果。阴极保护的最后结果。设备选择国内：国内：o恒电位仪（反馈信号取自参比电极）恒电位仪（反馈信号取自参比电极）-优点：控制点电位处于设定电位优点：控制点电位处于设定电位 -缺点：参比电极有问题，设备无法工作缺点：参比电极有问题，设备无法工作o恒电流仪（反馈信号取自输出电流）恒电流仪（反馈信号取自输出电流）-参比电极不影响设备工
40、作参比电极不影响设备工作o 高频开关电源高频开关电源国外：国外：o 调压式整流器调压式整流器 无控制线路，设备运行稳定无控制线路，设备运行稳定 可控恒电位仪与整流器方框图可控恒电位仪与整流器方框图o上面红线框内是由电子元器件组成的控制电路，上面红线框内是由电子元器件组成的控制电路，电子器件容易老化，尤其在额定功率输出情况下电子器件容易老化，尤其在额定功率输出情况下设备更容易出现故障，一旦出现故障，需要专业设备更容易出现故障，一旦出现故障，需要专业人士进行维修人士进行维修调压式整流器原理图o 调压式整流器是调压式整流器是调节变压器的输调节变压器的输出电压经硅整流出电压经硅整流后输出，它没有后输出
41、，它没有控制用的电子元控制用的电子元器件，减少了故器件，减少了故障率，维修也简障率，维修也简单。由于埋地管单。由于埋地管网回路电阻比较网回路电阻比较稳定，因此其控稳定，因此其控制还是较稳定制还是较稳定设备选择的要点设备选择的要点 恒电位仪多用于所需保护电流幅度变化大、恒电位仪多用于所需保护电流幅度变化大、变化较频繁的地方，如船舶、港工等领域。因变化较频繁的地方，如船舶、港工等领域。因受其航速、水温、风速等影响，其保护电流也受其航速、水温、风速等影响，其保护电流也跟着变化，这时就需要恒电位仪来稳定其控制跟着变化，这时就需要恒电位仪来稳定其控制点的电位。而埋地结构物的回路电阻相对稳定，点的电位。而
42、埋地结构物的回路电阻相对稳定，虽然阴极保护电流随着防腐层的逐渐老化而有虽然阴极保护电流随着防腐层的逐渐老化而有所加大，但其变化很小且是非常缓慢的，其调所加大，但其变化很小且是非常缓慢的，其调节量也是非常微弱的。对于阴极保护电源设备节量也是非常微弱的。对于阴极保护电源设备选择要以运行可靠为第一要求。选择要以运行可靠为第一要求。设备的功率的选择对于使用也是关系很大。设备的功率的选择对于使用也是关系很大。调压式整流器调压式整流器设备正面设备正面设备正面打开后设备正面打开后调压式整流器调压式整流器内内部部结结构构六、腐蚀调查六、腐蚀调查o土壤理化性能测试土壤理化性能测试o管道防腐层检测试管道防腐层检测
43、试o管道腐蚀状况检测管道腐蚀状况检测o阴极保护的检测阴极保护的检测o杂散电流干扰检测杂散电流干扰检测 土壤理化性能测试土壤理化性能测试土壤理化性能测试的项目主要是：土壤理化性能测试的项目主要是：PH PH值、值、CICI-、SOSO4 42-2-、NONO3 3-、HCOHCO3 3-等离子含量；等离子含量；土壤含水量、含盐量土壤含水量、含盐量 、硫酸盐还原菌含量；土、硫酸盐还原菌含量；土壤电阻率、氧化还原电位。壤电阻率、氧化还原电位。以上项目有些在现场进行测试，有些需要在以上项目有些在现场进行测试，有些需要在实验室进行。实验室进行。管道防腐层检测管道防腐层检测管道防腐层检测的项目有：管道防腐
44、层检测的项目有：防腐层外观、厚度检测；防腐层外观、厚度检测；防腐层电火花检漏；防腐层电火花检漏；防腐层粘接力；防腐层粘接力；防腐层的绝缘电阻的评估。防腐层的绝缘电阻的评估。管道腐蚀状况检测管道腐蚀状况检测管道腐蚀状况检测包括：管道腐蚀状况检测包括：腐蚀外观目测；腐蚀外观目测；腐蚀产物的分析；腐蚀产物的分析；腐蚀坑深及面积的测量；腐蚀坑深及面积的测量；管道剩余壁厚的测量。管道剩余壁厚的测量。杂散电流干扰检测杂散电流干扰检测杂散电流干扰检测内容为：杂散电流干扰检测内容为：直流杂散电流干扰的测量直流杂散电流干扰的测量 交流杂散电流干扰的测量交流杂散电流干扰的测量阴极保护技术状况的检测阴极保护技术状况
45、的检测阴极保护技术状况的检测除进行管道自然电位和阴极保护技术状况的检测除进行管道自然电位和保护电位的测量外，针对不同的保护方法进行保护电位的测量外，针对不同的保护方法进行不同参数测试：不同参数测试：1.1.牺牲阳极参数的检测（牺牲阳极开路电位和闭牺牲阳极参数的检测（牺牲阳极开路电位和闭路电位路电位 、牺牲阳极输出电流、牺牲阳极接地电、牺牲阳极输出电流、牺牲阳极接地电阻、牺牲阳极的消耗情况）阻、牺牲阳极的消耗情况）2.2.外加电流系统的检测（设备输出电压、输出电外加电流系统的检测（设备输出电压、输出电流、控制点电位；辅助阳极地床的接地电阻）流、控制点电位；辅助阳极地床的接地电阻）3.3.绝缘系统
46、的测量绝缘系统的测量牺牲阳极保护距离测试牺牲阳极保护距离测试 牺牲阳极保护最薄弱的点管道是牺牲阳极保护最薄弱的点管道是2支阳极的中间段，支阳极的中间段，应采用参比电极进行远参比测量法。当相邻应采用参比电极进行远参比测量法。当相邻2个安放个安放点测试的管道电位小于点测试的管道电位小于2.5mV时参比电极不再移动。时参比电极不再移动。如何从测试桩上接线判断引线用数字万用表的用数字万用表的表棒分别接表棒分别接2个个测量点，数字表测量点，数字表读数为负值，黑读数为负值，黑表棒接的点为参表棒接的点为参比电极。比电极。保护电位测量保护电位测量保护效果的判断标准保护效果的判断标准 ：最小保护电位：最小保护电
47、位：-0.85V -0.85V；最最高控制电位：高控制电位：-1.2V -1.2V；（均为消；（均为消除除IRIR降后的值）。降后的值）。采用断电法测量：采用断电法测量：极化极化850mV850mV；或极化或极化100mV100mV；要求所有外电流要求所有外电流同时断开，同步同时断开，同步误差小于误差小于0.1 S0.1 S，测量在断电测量在断电0.5S0.5S后，后，且极化电位且极化电位尚未衰减前测得尚未衰减前测得。采用极化试片的测试方法采用极化试片的测试方法通过测试桩计算管内电流的方法通过测试桩计算管内电流的方法通过测试桩计算管内电流的方法通过测试桩计算管内电流的方法工程业绩简介工程业绩简
48、介o中石油土库曼斯坦阿姆河工程管道阴极保护；中石油土库曼斯坦阿姆河工程管道阴极保护；o中石油阿尔及利亚输油管道阴极保护；中石油阿尔及利亚输油管道阴极保护；o中石油苏丹喀土穆炼油厂管道阴极保护；中石油苏丹喀土穆炼油厂管道阴极保护；o中石油苏丹法罗杰集输站阴极保护；中石油苏丹法罗杰集输站阴极保护；o中石油苏丹杰弗里集输站道阴极保护；中石油苏丹杰弗里集输站道阴极保护；o广石化马鞭洲岛原油储罐阴极保护内外壁底板阴极保护；广石化马鞭洲岛原油储罐阴极保护内外壁底板阴极保护；o黄岛油库原油储罐内外壁阴极保护；黄岛油库原油储罐内外壁阴极保护；o长庆油田油、水井阴极保护；长庆油田油、水井阴极保护；o上海氯碱厂金
49、山上海氯碱厂金山-吴泾化工原料管道阴极保护普查；吴泾化工原料管道阴极保护普查；o兰州石化公司厂区区域性阴极保护；兰州石化公司厂区区域性阴极保护；o郑州市天然气管网腐蚀调查及馈电试验；郑州市天然气管网腐蚀调查及馈电试验；o郑州市天然气管网阴极保护；郑州市天然气管网阴极保护；o乌鲁木齐市天然气管网腐蚀调查及馈电试验；乌鲁木齐市天然气管网腐蚀调查及馈电试验；o乌鲁木齐市天然气管网阴极保护；乌鲁木齐市天然气管网阴极保护；o西安市天然气管网阴极保护；西安市天然气管网阴极保护；o苏州天然气公司西气东输管道阴极保护；苏州天然气公司西气东输管道阴极保护；o杭州市热力管网阴极保护；杭州市热力管网阴极保护；o太原
50、市输水管道阴极保护；太原市输水管道阴极保护；土库曼斯坦阿姆河工程现场土库曼斯坦阿姆河工程现场注水井保护电位测试注水井保护电位测试与国际、国内腐蚀界的交流与国际、国内腐蚀界的交流2019年我公司举办年我公司举办石油天然气工业中阴极保护石油天然气工业中阴极保护技术设计、应用及工程评价技术研讨会技术设计、应用及工程评价技术研讨会邀请：邀请：NACE 主席、执行理事、亚太区理事；主席、执行理事、亚太区理事；中国腐蚀学会理事长；中国腐蚀学会理事长；CORRPRO 副总裁副总裁 首席工程师；首席工程师；MATCOR 副总裁；副总裁；KENCANA BESTWIDE 技术顾问；技术顾问；VEOLIA WAT
