1、阴极保护基本知识阴极保护基本知识一、阴极保护原理一、阴极保护原理腐蚀发生的微观过程：腐蚀发生的微观过程：e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-Fe+Fe+Fe+Fe+Fe+OH-OH-OH-Fe(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)2H+H+H+H+H+H+H+HHH2阴极点阴极点阳极点阳极点e-Fe+显微视图假想实验：假想实验：思考：思考：（1 1）如果在电解液中添加一个辅助电极，通过某种）如果在电解液中添加一个辅助电极，通过某种方法，在钢铁和辅助电极之间建立电通路，使电子通方法，在钢铁和辅助电极之间建立电通路，使电子通过导线从辅助电极流向被保护金属，阴极反应、阳极过导线从辅助电极流向被保护
2、金属，阴极反应、阳极反应分别在哪个电极上进行？钢铁还会发生腐蚀吗？反应分别在哪个电极上进行？钢铁还会发生腐蚀吗？（2 2）给电解液中的铁足够的电子，又会引起）给电解液中的铁足够的电子，又会引起Fe/Fe/电解电解质电极系统电极电位的发生什么样的变化质电极系统电极电位的发生什么样的变化电流流动方向Fe辅辅助助电电极极NaCl溶液溶液电子流动方向（1 1）Fe/Fe/电解质界面上，电流的方向是从电解质流向电解质界面上，电流的方向是从电解质流向FeFe，负电荷从，负电荷从FeFe流向电解质流向电解质；（2 2）FeFe表面必须发生消耗正电荷或生成负电荷的电表面必须发生消耗正电荷或生成负电荷的电极反应
3、，才能保证电路导通；极反应，才能保证电路导通；（3 3）消耗正电荷或生成负电荷的反应，都是得到电）消耗正电荷或生成负电荷的反应，都是得到电子的反应，即还原反应，也就是阴极反应；子的反应，即还原反应，也就是阴极反应；（4 4）辅助阳极表面和）辅助阳极表面和FeFe表面相反，发生阳极反应。表面相反，发生阳极反应。（5 5）在）在FeFe的表面，不可能发生金属失去电子的氧化的表面，不可能发生金属失去电子的氧化反应，不会发生腐蚀。反应，不会发生腐蚀。一、阴极保护原理一、阴极保护原理电流是从高电势电流是从高电势流向低电势位置流向低电势位置电解质中电流是电解质中电流是通过界面流入通过界面流入FeFe通电后
4、，铁相对于电解质通电后，铁相对于电解质的电位将向负向偏移。的电位将向负向偏移。极化：电化学中，电流通过电极表面引起电极电位变化的现极化：电化学中，电流通过电极表面引起电极电位变化的现象称之为极化；象称之为极化；阴极保护即是利用极化的原理，使被保护体发生阴极极化，阴极保护即是利用极化的原理，使被保护体发生阴极极化，转移阳极反应发生的位置，防止被保护体发生腐蚀。转移阳极反应发生的位置，防止被保护体发生腐蚀。牺牲阳极阴极保护示意图牺牲阳极阴极保护示意图FeZnNaCl溶液溶液EFe=-0.55 V vs CSEEZn=-1.10 V vs CSEEFe=-0.90 V vs CSEEZn=-1.00
5、 V vs CSEFeZnNaCl溶液溶液Alog I电电位位I CORR EOAEM EOCEPC EPA阴极极化：电位负向偏移阴极极化：电位负向偏移阳极极化：电位正向偏移阳极极化：电位正向偏移ZnFe-0.55 V-1.10 V-1.00 V-0.90 V电子在电极中流动的速度大于电极反应的速度；电化学反应的速度大于离子在溶液中的扩散速度。极化原因极化原因牺牲阳极阴极保护极化牺牲阳极阴极保护极化图（伊文斯图）图（伊文斯图）阳极阳极阴极阴极 管线表面上的腐蚀电池管线表面上的腐蚀电池阴极阴极阴极阴极电解质电解质辅助阳极辅助阳极 阴极保护阴极保护电流电流Fe Fe2+2e-O2+2 H2O+4e
6、-4OH-2Cl-Cl2+2e-O2+2 H2O+4e-4OH-强制电流阴极保护示意强制电流阴极保护示意图图强制电流阴极保护极化强制电流阴极保护极化图（伊文斯图）图（伊文斯图）（反电动势）log I电电位位I CP EOA EOC+_反反电电动动势势强制电流阴极保护极化强制电流阴极保护极化图（伊文斯图）图（伊文斯图）EpA EPC方法的选用主要取决于：l 保护对象和对周围构筑物的干扰影响；l 电源的可利用性；l 土壤电阻率等因素。阴极保护阴极保护牺牲阳极法牺牲阳极法强制电流法强制电流法二二、阴极保护方法、阴极保护方法二二、阴极保护方法、阴极保护方法-牺牲阳极法牺牲阳极法PowerSource+
7、-高硅铸铁阳极高硅铸铁阳极整流器整流器二二、阴极保护方法、阴极保护方法-强制电流法强制电流法方法方法优点优点缺点缺点外加电流外加电流法阴极保法阴极保护护1.输出电流连续可调输出电流连续可调1.需要外部电源需要外部电源2.保护范围大保护范围大2.对邻近构筑物干扰大对邻近构筑物干扰大3.不受环境电阻率限制3.维护管理工作量大维护管理工作量大4.工程越大越经济工程越大越经济5.保护装置寿命长保护装置寿命长牺牲阳极牺牲阳极法阴极保法阴极保护护1.不需要外部电源不需要外部电源1.高电阻率环境不适用2.对邻近构筑物无干扰或很小对邻近构筑物无干扰或很小2.保护电流几乎不可调保护电流几乎不可调3.投产调试后可
8、不需管理投产调试后可不需管理3.覆盖层质量必须好覆盖层质量必须好4.工程越小越经济工程越小越经济4.投产调试工作复杂投产调试工作复杂5.保护电流分布均匀、利用率高保护电流分布均匀、利用率高5.消耗牺牲阳极金属消耗牺牲阳极金属二二、阴极保护方法、阴极保护方法两种方法技术比较两种方法技术比较牺牲阳极保护：主要用于低电阻率环境介质和保护电流需牺牲阳极保护：主要用于低电阻率环境介质和保护电流需用量小的体系用量小的体系外加电流法外加电流法CP：往往用于保护电流量大或环境电阻率高的：往往用于保护电流量大或环境电阻率高的体系，以及大范围区域性阴极保护的体系体系，以及大范围区域性阴极保护的体系但这并不是两种方
9、法选择的绝对界线但这并不是两种方法选择的绝对界线应从应从技术性技术性、有效性有效性和和经济性经济性考虑考虑三、阴极保护判据三、阴极保护判据-.5-.6-.65-.6-.7-.58-.58-.6-.65-.6-.7-.58-.6-.6-.65-.6-.7-.6-.65-.65-.65-.65-.7-.65-.7-.7-.7-.7-.7-.7自然自然电位电位腐蚀腐蚀被被抑阻抑阻通入阴极电流后结构物发生极化通入阴极电流后结构物发生极化 结构结构物上最阴极性的点首先极化物上最阴极性的点首先极化ICP=0ICP1ICP2ICP3ICP4 结构物极化程度为多少时，可以结构物极化程度为多少时，可以认为腐蚀不
10、在发生？认为腐蚀不在发生？测量结构物上的极化测量结构物上的极化-.900 v+_极化膜极化膜参比电极Ep=Ecorr+PolarizationEon =Ep+IR Drop 其中：其中：三、阴极保护判据三、阴极保护判据结构物结构物/电解质电位电解质电位 Potential (-mV)(+)(-)通电电位通电电位断电电位断电电位IR自然电位自然电位(自腐蚀电位，静止电位自腐蚀电位，静止电位)100 mV 极化100 mV 极化“通电-IR”-850 mV-850 mVCSECSE“断电”-850 mV-850 mVCSECSE 时间时间阴极保护判据阴极保护判据 执行标准NACE RP 0169-
11、2002 Control of external corrosion on underground or submerged metallic piping systemsISO 15589-1：2003 管道输送系统的阴极保护管道输送系统的阴极保护NACE RP 0169-1996 Control of external corrosion on underground or submerged metallic piping systemsNACE RP 0177 减轻交流电和雷电对金属结构和腐蚀控制系统的作减轻交流电和雷电对金属结构和腐蚀控制系统的作用用GB/T 21448-2008 埋
12、地钢质管道阴极保护技术规范埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T 21447-2008 钢质管道外腐蚀控制规范钢质管道外腐蚀控制规范GB/T 21246-2007 埋地钢质管道阴极保护参数测量方法埋地钢质管道阴极保护参数测量方法SYJ 4006-90 长输管道阴极保护工程施工及验收规范长输管道阴极保护工程施工及验收规范 GB/T 19285-2003 埋地钢质管道腐蚀防护工程检验埋地钢质管道腐蚀防护工程检验 SY/T 0017-2006 埋地钢质管道直流排流保护技术标准埋地钢质管道直流排流保护技术标准 SY/T 002397 埋地钢质管道阴极保护参数测试方法埋地钢质管道阴极保护参数测试方法 SY
13、/T 0032-2000 埋地钢质管道交流排流保护技术标准埋地钢质管道交流排流保护技术标准 SY/T0087.1-2006 埋地钢质管道外腐蚀直接评价埋地钢质管道外腐蚀直接评价资料资料 W.V.贝克曼贝克曼阴极保护手册阴极保护手册，德文第三版德文第三版(中文版中文版20052005年年3 3月出版月出版)W.V.贝克曼贝克曼阴极保护手册阴极保护手册，中文邮电版中文邮电版 19901990版版 化工版化工版阴极保护工程手册阴极保护工程手册，中文化工版中文化工版19991999版版 NACE A.PEABODY管线腐蚀控制管线腐蚀控制，20002000第二版第二版 化工出版社化工出版社200420
14、04年年4 4月月GB/T 21448-2008 GB/T 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范埋地钢质管道阴极保护技术规范 管道阴极保护电位（即管道阴极保护电位（即管管/地界面极化电位地界面极化电位，下同）应为，下同）应为-850mV-850mV（CSECSE）或更负；或更负；阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比-1200mV-1200mV（CSECSE）更负；更负；注意：注意：l 高强度钢（最小屈服强度大于高强度钢（最小屈服强度大于550MPa550MPa）和耐蚀合金，极限保护电位要根据实际）和耐蚀合金，极限保护电位要根据实际 析氢电位
15、来确定；析氢电位来确定；l 在厌氧菌或在厌氧菌或SRBSRB及其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为及其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为-950mV-950mV（CSECSE）或更负；或更负；l 100100m1000m1000 1000m ，负于，负于-650mV（CSE）l 以上准则难以满足时，可以采用阴极极化或去极化大于以上准则难以满足时，可以采用阴极极化或去极化大于100mV100mV的判据；的判据；l 在高温、在高温、SRBSRB的土壤中存在杂散电流干扰及异金属偶合管道中不能采用的土壤中存在杂散电流干扰及异金属偶合管道中不能采用100mV100mV；三、阴极保护判据三、阴
16、极保护判据 GB21248-2008结构物极化到结构物极化到-850 mVCSELog IEI CORREA,OCECORREC,OCEC,PEA,P+_EC,PICPECPA,OCECPA,P结构物极化到更为活性阳极点的电位，即850 mVCSE850 mVCSE三、三、极化图与极化图与阴极保护判据阴极保护判据100 mV极化极化Log IEICORREA,OCECORREC,OCEC,PEA,P+_EC,PICPECPA,OCECPA,P极化100 mV三、三、极化图与极化图与阴极保护判据阴极保护判据NACE RP0169“埋地或浸水金属管道系统的外腐蚀控制”0.850V（CSE）电位判据
17、施加阴极保护的负（阴极性）电位至少为850mV，应考虑除结构物/电解质界面电位之外的所有电压降 0.850V（CSE）极化电极判据负极化的电位至少为850mV 100 mV 极化判据阴极极化值最少为100 mV 三、阴极保护判据三、阴极保护判据 其他标准其他标准国际标准国际标准 ISO 15589-1 ISO 15589-1 石油天然气工业石油天然气工业 管线输送系统的阴极保护管线输送系统的阴极保护Part 1 陆地管线选用的金属/结构物电位要求腐蚀速率小于 0.01 mm/a 极化电位负于 850 mVCSE限制临界电位不大于1,200 mVCSE厌氧菌土壤或硫酸盐还原菌(SRB)要求负于
18、-950 mVCSE 国际标准国际标准 ISO 15589-1(ISO 15589-1(续续)Part 1 陆地管线 高电阻率土壤对对100 100 m 1,000 m 1,000 1,000 mm为为650 mV650 mVCSECSE阴极极化 100 mV 注意:-在高温(60),SRB,干扰电流,平衡电流,地电流,混合金属条件下避免采用100mV判据。其他国际标准 加拿大 加拿大标准协会 Standard Z662,CGA 德国DIN 30676 日本-日本海外沿海发展协会日本海外沿海发展协会-日本港务协会日本港务协会,Part 1-日本水管道协会日本水管道协会,WSP-050 澳大利亚
19、-澳大利亚标准协会 Standard No.2832,Parts 1-3四四、阴极保护系统组成、阴极保护系统组成-强制电流强制电流1、恒电位仪（电源供应）、恒电位仪（电源供应）2、载流电缆（阴极电缆、阳极电缆）、载流电缆（阴极电缆、阳极电缆）3、测试电缆（零位接阴电缆、参比电极电缆）、测试电缆（零位接阴电缆、参比电极电缆）4、参比电极（向恒电位仪反馈管道电位）、参比电极（向恒电位仪反馈管道电位）5、被保护体（管道、罐底、站区设施等）、被保护体（管道、罐底、站区设施等）6、阳极、阳极 按照安装方式：浅埋、深井阳极按照安装方式：浅埋、深井阳极 按照材料：高硅铸铁、按照材料：高硅铸铁、MMO、石墨、
20、非金属等、石墨、非金属等7、各种连接、各种连接 恒电位仪和各种电缆连接（一般为机械连接）恒电位仪和各种电缆连接（一般为机械连接）电缆和管道的连接（一般为铝热焊接）电缆和管道的连接（一般为铝热焊接）电缆之间的连接（一般为机械压接）电缆之间的连接（一般为机械压接）电缆和阳极之间的连接（一般为机械压接）电缆和阳极之间的连接（一般为机械压接）8、其他附件、其他附件 电位、电流测试桩；绝缘接头；电位、电流测试桩；绝缘接头；排流地床、排流器；排流地床、排流器；四四、阴极保护系统组成、阴极保护系统组成-强制电流强制电流-+l恒电位仪远地点强阳极梯度区域相对结构物位于远地点的阳极CP电流管道/结构物l四四、阴
21、极保护系统组成、阴极保护系统组成-牺牲阳极牺牲阳极1、阴极保护桩阴极保护桩（有些情况无阴极保护桩）（有些情况无阴极保护桩）2、载流电缆（阴极电缆、阳极电缆）载流电缆（阴极电缆、阳极电缆）3、测试电缆（接管道电缆、参比电极电缆）、测试电缆（接管道电缆、参比电极电缆）4、参比电极、参比电极5、被保护体（管道、罐底、站区设施等）、被保护体（管道、罐底、站区设施等）6、阳极（、阳极（Mg、Zn、Al等）及填包料等）及填包料7、各种连接、各种连接 阴极保护桩和各种电缆连接、电缆和管道的连接（一般为铝热焊接）阴极保护桩和各种电缆连接、电缆和管道的连接（一般为铝热焊接）电缆之间的连接、电缆和阳极之间的连接（
22、一般为机械压接）电缆之间的连接、电缆和阳极之间的连接（一般为机械压接）8、其他附件、其他附件 电位、电流测试桩；绝缘接头；电位、电流测试桩；绝缘接头；排流地床、排流器排流地床、排流器五、实验五、实验实验实验一一：（1 1）两块铁板浸在电解质溶液中，分别测量铁板的电）两块铁板浸在电解质溶液中，分别测量铁板的电位；位；（2 2）分别将两块铁板接在直流电源的正负两极，测量）分别将两块铁板接在直流电源的正负两极，测量在不同的电流下，两块铁板的电位；在不同的电流下，两块铁板的电位；（3 3）比较两个铁板的腐蚀情况；）比较两个铁板的腐蚀情况；（4 4）绘制不同电流下，铁板的电位变化情况；）绘制不同电流下，铁板的电位变化情况；实验二：实验二：（1 1）测量）测量ZnZn、FeFe的自然电位；的自然电位；（2 2）将二者联入电路，调节电流大小，测量二者的电）将二者联入电路，调节电流大小，测量二者的电位变化；位变化；（3 3）绘制极化图）绘制极化图五、实验五、实验实验三：认识恒电位仪、动手操作。五、实验五、实验
