牺牲阳极阴极保护设计.doc

1、阴极保护科技名词定义中文名称：阴极保护 英文名称：cathodic protection 定义 1：通过降低腐蚀电位获得防蚀效果的电化学保护方法。 应用学科：船舶工程（一级学科）；船舶腐蚀与防护（二级学科） 定义 2：将被保护金属作为阴极，施加外部电流进行阴极极化，或用电化序低的易蚀金属做牺牲阳极，以减少或防止金属腐蚀的方法。 应用学科：海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海水资源开发技术（三级学科） 定义 3：通过降低腐蚀电位而实现的电化学保护。 应用学科：机械工程（一级学科）；腐蚀与保护（二级学科）；电化学腐蚀（三级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 求助编辑百科

2、名片阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。目录1腐蚀简介 2阴极保护发展简史 3阴极保护技术简介 4阴极保护效果的判据 5阴极保护技术问答 6.阴极保护原理 7.阴极保护市场现状1腐蚀简介 2阴极保护发展简史 3阴极保护技术简介 4阴极保护效果的判据 5阴极保护技术问答 6.阴极保护原理 7.阴极保护市场现状展开编 辑 本 段 1 腐 蚀 简 介1） 防 腐 蚀 的 重 要 性1972 年 ， 美 国 NACE 协 会 估 计 每 年 损 失 是 100 亿 美 元

3、 ， 1976 年 BMR研 究 所 调 查 每 年 损 失 接 阴 极 保 护 材 料近 700 亿 美 元 。 美 国 国 会 非 常 震 惊 ， 对 此 要 求 贸 易 部 进 行 证 实 ， 1982 年发 表 的 数 据 是 每 年 损 失 126 亿 美 元 。 考 虑 到 国 家 高 速 公 路 、 水 、 废 水 、废 气 、 地 下 储 罐 、 因 腐 蚀 造 成 的 污 染 ， 每 年 的 损 失 是 3000 亿 美 元 ， 占GDP 的 5%。 1998 年 ， 我 国 工 程 院 历 时 3 年 对 全 国 的 腐 蚀 进 行 调 查 ， 调 查结 果 表 明 我 国

4、 腐 蚀 造 成 的 损 失 达 5000 多 亿 元 。 2） 金 属 为 什 么 腐 蚀 ？金 属 是 从 矿 石 中 提 取 出 来 的 ， 在 提 炼 过 程 种 必 须 要 给 它 一 定 的 能 量 ，使 其 处 于 高 的 能 量 状 态 。 材 料 基 本 规 律 总 是 趋 向 于 最 低 的 能 量 状 态 ，因 此 金 属 都 是 热 力 学 不 稳 定 的 ， 具 有 和 周 围 环 境 （ 如 氧 和 水 ） 发 生 反 应 的趋 势 ， 以 达 到 较 低 的 、 更 稳 定 的 能 量 状 态 ， 如 生 成 氧 化 物 。 以 铁 为 例 ：阳 极 ： Fe-2

5、e Fe2+ 阴 极 ： O2+4e+2H2O 4OH- Fe2+2OH- Fe(OH)2 Fe(OH)2+1/2O2+HO 2Fe(OH)3 3） 如 何 评 价 金 属 的 腐 蚀 倾 向 ？对 于 所 有 的 金 属 的 腐 蚀 倾 向 理 论 上 采 用 电 位 的 概 念 进 行 比 较 。 电 位 负的 金 属 ， 活 性 较 强 ， 容 易 发 生 腐 蚀 。 电 位 正 的 金 属 活 性 相 对 较 弱 ， 腐 蚀 倾向 性 小 。 4） 腐 蚀 控 制 措 施 ?多 年 的 实 践 证 明 ， 最 为 经 济 有 效 的 腐 蚀 控 制 措 施 主 要 是 覆 盖 层 (涂

6、层 )加 阴 极 保 护 。 与 国 外 相 比 ， 我 国 75%的 防 蚀 费 用 用 在 涂 装 上 ， 而 电 化学 保 护 使 用 的 相 对 较 低 。 5） 施 加 涂 层 后 ， 为 什 么 还 会 腐 蚀 ？涂 层 的 作 用 主 要 是 物 理 阻 隔 作 用 ， 将 金 属 基 体 与 外 界 环 境 分 离 ， 从 而避 免 金 属 与 周 围 环 境 的 作 用 。 但 是 有 两 种 原 因 会 导 致 金 属 腐 蚀 。 一 是 涂 层本 身 存 在 缺 陷 ， 有 针 孔 的 存 在 ； 二 是 在 施 工 和 运 行 过 程 中 不 可 避 免 涂 层 会破

7、坏 ， 使 金 属 暴 露 于 腐 蚀 环 境 。 这 些 缺 陷 的 存 在 导 致 大 阴 极 小 阳 极 的 现 象 ，使 得 涂 层 破 损 处 腐 蚀 加 速 。 编 辑 本 段 2 阴 极 保 护 发 展 简 史目 前 阴 极 保 护 技 术 已 经 发 展 成 熟 ， 广 泛 应 用 到 土 壤 、 海 水 、 淡 水 、 化工 介 质 中 的 钢 质 管 道 、 电 缆 、 钢 码 头 、 舰 船 、 储 罐 罐 底 、 冷 却 器 等 金 属 构筑 物 等 的 腐 蚀 控 制 。 1834 年 法 拉 第 阴 极 保 护 原 理 奠 定 基 础 1890 年 爱 迪 生 提

8、出 强 制 电 流 保 护 船 舶 1902 年 柯 恩 实现 了 爱 迪 生 的 设 想 1905 年 美 国 用 于 锅 炉 保 护 1906 年 德 国建 立 第 一 个 阴 极 保 护 厂 1913 年 命 名 为 电 化 学 保 护 1924 年 地 下 管 网 阴 极 保 护 编 辑 本 段 3 阴 极 保 护 技 术 简 介阴 极 保 护 技 术 有 两 种 ： 牺 牲 阳 极 阴 极 保 护 和 强 制 电 流 （ 外 加 电 流 ） 阴极 保 护 。 1） 牺 牲 阳 极 阴 极 保 护 技 术牺 牲 阳 极 阴 极 保 护 技 术 是 用 一 种 电 位 比 所 要 保 护

9、 的 金 属 还 要 负 的 金 属或 合 金 与 被 保 护 的 阴 极 保 护 材 料金 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 。 优 点 ： A: 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 B: 保 护 电 流 的 利 用 率 较 高 ， 不 会 产 生 过 保 护 C: 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

10、 模 的 分 散 管 道 保 护 D: 具 有 接 地 和 保 护 兼 顾 的 作 用 E: 施 工技 术 简 单 ， 平 时 不 需 要 特 殊 专 业 维 护 管 理 。 缺 点 ： A: 驱 动 电 位 低 ， 保护 电 流 调 节 范 围 窄 ， 保 护 范 围 小 B: 使 用 范 围 受 土 壤 电 阻 率 的 限 制 ， 即土 壤 电 阻 率 大 于 50 ?m 时 ， 一 般 不 宜 选 用 牺 牲 阳 极 保 护 法 C: 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 D: 有 效 阴 极 保

11、 护 年 限 受 牺 牲 阳 极 寿 命 的 限 制 ， 需 要 定 期 更 换 2） 强 制 电 流 阴 极 保 护 技 术强 制 电 流 阴 极 保 护 技 术 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 。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 ， 适 用 于 保 护 范 围 较 大 的 场 合 B: 在 恶 劣 的 腐 蚀 条 件 下 或

12、 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 个 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 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

13、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 编 辑 本 段 4 阴 极 保 护 效 果 的 判 据1） 普 通 钢 阴 极 保 护 准 则 施 加 阴 极 保 护 时 被 保 护 结 构 物 的 电 位 负 移 至 少 达 到 -850mV 或 更 负(相 对 饱 和 硫 酸 铜 参 比 电 极 CSE)。 相 对 于 饱 和 硫 酸 铜 参 比 电 极 的 负 极化 电 位 至 少 为 850mV。 在 构 筑 物 表 面 与 接 触 电 解 质 的 稳

14、 定 参 比 电 极 之 间的 阴 极 极 化 值 最 小 为 100mV。 存 在 硫 酸 盐 还 原 菌 的 环 境 ， 被 保 护 结 构物 的 电 位 负 移 至 950mV(CSE)或 更 负 。 2） 铝 合 金 阴 极 保 护 准 则 ： 构 筑 物 与 电 解 质 中 稳 定 参 比 电 极 之 间 的 阴 极 极 化 值 最 小 为100mV， 准 则 适 用 于 极 化 建 立 或 衰 减 过 程 。 极 化 电 位 不 应 负 于 -1200mV（ CSE） 。 3） 铜 合 金 阴 极 保 护 准 则 ： 构 筑 物 与 电 解 质 中 稳 定 参 比 电 极 的 阴

15、极 极 化 值 最 小 为 100mV。 极化 建 立 或 衰 减 过 程 均 可 以 被 应 用 。 4） 异 种 金 属 阴 极 保 护 准 则 ： 所 有 金 属 表 面 与 电 解 质 中 稳 定 参 比 电 极 之 间 的 负 电 压 等 于 活 性 最 强的 阳 极 区 金 属 的 保 护 电 位 。 5） 高 强 钢 阴 极 保 护 准 则 ： 700MPa 以 上的 钢 腐 蚀 速 率 降 低 至 0.0001mm/a 的 保 护 电 位 为 -760 -790mV(Ag/AgCl)。 在 存 在 硫 酸 盐 还 原 菌 的 环 境 下 ， 钢 屈 服 强 度 大 于 700M

16、Pa， 保 护 电 位应 在 800-950mV(Ag/AgCl)的 范 围 内 。 屈 服 强 度 大 于 800MPa 的 钢 ， 其保 护 电 位 应 不 低 于 -800mV(Ag/AgCl)。 编 辑 本 段 5 阴 极 保 护 技 术 问 答1） 什 么 是 强 制 电 流 阴 极 保 护 系 统 ？强 制 电 流 阴 极 保 护 系 统 又 称 为 外 加 电 流 系 统 ， 是 在 被 保 护 结 构 周 围 同一 电 解 质 环 境 中 埋 设 辅 助 阳 极 ， 通 过 一 直 流 电 源 以 辅 助 阳 极 为 阳 极 ， 以 被保 护 结 构 为 阴 极 ， 构 成 供

17、 电 回 路 ， 将 直 流 电 通 向 被 保 护 的 金 属 ， 使 被 保 护金 属 强 制 变 成 阴 极 以 实 施 阴 极 保 护 。 2） 什 么 是 牺 牲 阳 极 阴 极 保 护 系 统 ？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 。 3） 强 制 电 流 阴 极 保 护 系 统 的 组 成 有 什 么 ？强 制 电 流

18、阴 极 保 护 系 统 主 要 由 电 源 、 控 制 柜 、 辅 助 阳 极 、 焦 炭 （ 碳 素 ）填 料 、 电 缆 、 控 制 参 比 电 极 、 电 位 测 试 桩 、 电 流 测 试 桩 、 保 护 效 果 测 试片 、 电 绝 缘 装 置 、 电 绝 缘 保 护 装 置 。 4） 电 源 的 作 用 是 什 么 ？电 源 的 作 用 是 向 阴 极 保 护 系 统 不 间 断 提 供 电 流 。 电 源 主 要 有 恒 流 、 恒压 整 流 器 、 恒 电 位 仪 。 5） 电 源 的 类 型 主 要 有 哪 几 种 ？从 整 流 形 式 上 主 要 有 可 控 硅 、 磁 饱

19、 和 、 数 控 高 频 开 关 。 可 控 硅 和 磁 饱和 恒 电 位 仪 体 积 较 大 、 纹 波 系 数 较 大 、 控 制 精 度 较 差 ， 效 率 较 低 (低 于70%)不 易 实 现 数 字 化 。 磁 饱 和 恒 电 位 仪 除 了 上 述 不 足 外 ， 额 定 功 率 20%以 下 的 输 出 无 法 控 制 。 数 控 高 频 开 关 恒 电 位 仪 体 积 较 小 、 纹 波 系 数 小 、 控制 精 度 高 、 效 率 较 高 （ 90%以 上 ） 。 6） 辅 助 阳 极 的 作 用 是 什 么 ？辅 助 阳 极 的 作 用 是 通 过 其 本 身 的 溶 解

20、 ， 与 介 质 (如 土 壤 、 水 )、 电 源 、管 道 形 成 电 回 路 。 7） 辅 助 阳 极 的 种 类 有 多 少 ?辅 助 阳 极 根 据 介 质 来 分 ， 土 壤 中 有 废 钢 、 硅 铁 、 石 墨 、 混 合 氧 化 物 阳极 、 柔 性 阳 极 。 水 介 质 中 有 混 合 氧 化 物 阳 极 、 硅 铁 阳 极 、 铅 阳 极 等 。 8） 控 制 参 比 电 极 的 有 那 些 ？控 制 参 比 电 极 主 要 有 长 寿 命 饱 和 硫 酸 铜 参 比 电 极 、 高 纯 锌 参 比 电 极 、银 /氯 化 银 参 比 电 极 、 二 氧 化 钼 参 比

21、 电 极 。 土 壤 中 可 使 用 饱 和 硫 酸 铜 参 比电 极 和 高 纯 锌 参 比 电 极 ， 水 介 质 中 使 用 高 纯 锌 参 比 电 极 和 银 /氯 化 银 参比 电 极 。 二 氧 化 钼 参 比 电 极 主 要 用 于 混 凝 土 中 。 饱 和 硫 酸 参 比 电 极 的 寿 命一 般 小 于 10 年 。 其 它 的 参 比 电 极 可 以 根 据 寿 命 来 设 计 。 9） 为 什 么 需 要 采 用 电 绝 缘 ？在 阴 极 保 护 技 术 中 ， 要 求 被 保 护 结 构 需 要 电 绝 缘 ， 主 要 是 由 于 如 果 不绝 缘 ， 保 护 电 流

22、 会 流 失 到 未 被 保 护 的 金 属 构 筑 物 上 ， 设 计 的 电 流 需 求 量 可能 不 足 ， 保 护 效 果 不 理 想 ， 另 外 ， 可 能 会 产 生 杂 散 电 流 的 干 扰 。 10） 测 试 桩 的 作 用 是 什 么 ？测 试 桩 的 作 用 主 要 是 用 于 检 测 阴 极 保 护 效 果 和 运 行 参 数 。 根 据 作 用 不同 有 电 位 测 试 桩 、 电 流 测 试 桩 、 保 护 效 果 测 试 片 测 试 桩 桩 。 11） 牺 牲 阳 极 阴 极 保 护 系 统 的 组 成 有 什 么 ？土 壤 中 ， 牺 牲 阳 极 阴 极 保 护

23、 系 统 主 要 有 牺 牲 阳 极 、 填 报 料 、 布 袋 、 贴片 、 电 缆 、 测 试 桩 组 成 。 水 环 境 中 牺 牲 阳 极 直 接 焊 接 到 被 保 护 结 构 上 。 12） 牺 牲 阳 极 主 要 有 那 些 ？牺 牲 阳 极 主 要 有 镁 合 金 牺 牲 阳 极 、 铝 合 金 牺 牲 阳 极 、 锌 合 金 牺 牲 阳 极 。镁 合 金 牺 牲 阳 极 主 要 应 用 于 高 电 阻 率 的 土 壤 环 境 中 。 铝 合 金 和 锌 合 金 主 要用 于 水 环 境 介 质 中 。 锌 合 金 也 可 用 于 土 壤 电 阻 率 小 于 5 ?m 的 环

24、境 中 。 编 辑 本 段 6.阴 极 保 护 原 理金 属 电 解 质 溶 解 腐 蚀 体 系 受 到 阴 极 极 化 时 ， 电 位 负 移 ， 金 属 阳 极 氧化 反 应 过 电 位 a 减 小 ， 反 应 速 度 减 小 ， 因 而 金 属 腐 蚀 速 度 减 小 ， 称 为 阴极 保 护 效 应 。 利 用 阴 极 保 护 效 应 减 轻 金 属 设 备 腐 蚀 的 防 护 方 法 叫 做 阴 极 保护 。 由 外 电 路 向 金 属 通 入 电 子 ， 以 供 去 极 化 剂 还 原 反 应 所 需 ， 从 而 使 金 属氧 化 反 应 (失 电 子 反 应 )受 到 抑 制 。

25、 当 金 属 氧 化 反 应 速 度 降 低 到 零 时 ， 金 属表 面 只 发 生 去 极 化 剂 阴 极 反 应 。 两 种 阴 极 保 护 法 ： 外 加 电 流 阴 极 保 护 和 牺 牲 阳 极 保 护 。 编 辑 本 段 7.阴 极 保 护 市 场 现 状阴 极 保 护 行 业 在 国 内 的 发 展 已 日 趋 成 熟 ， 随 着 行 业 及 国 家 标 准 的 日 趋完 善 ， 阴 极 保 护 专 业 技 术 与 实 际 性 能 也 越 来 越 被 长 输 管 线 、 及 储 油 罐 大 型项 目 的 投 资 者 所 亲 睐 ， 过 去 投 资 过 的 项 目 通 过 几 年

26、 的 检 测 与 评 估 确 实 达 到了 良 好 的 效 果 。 怎 样 做 到 投 资 与 效 果 统 一 ， 必 须 做 到 设 计 现 场 实 际 测 量 考察 且 选 择 知 名 度 较 高 、 技 术 过 硬 的 阴 极 保 护 厂 家 。 国 内 做 阴 极 保 护 设 计 过 硬 的 的 设 计 院 ： 廊 坊 管 道 局 设 计 院 、 中 国 石 油西 南 设 计 院 、 胜 利 油 田 设 计 院 、 华 北 设 计 、 院 等 。 1 国 内 知 名 度 较 高 的 阴 极 保 护 厂 家 ： 青 岛 的 七 二 五 所 、 福 建 三 明 无 线 电 二 厂 、 山 东 奥 科 防 腐 、 河 南 第 一 防腐 、 天 津 管 道 防 腐 等 。