陰極保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)講解(201289)

1、陰極保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)講解陰極保護(hù)基礎(chǔ)知識(shí)講解趙麗恒趙麗恒山西管理處技術(shù)組山西管理處技術(shù)組v 第一節(jié)第一節(jié) 腐蝕腐蝕v 第二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法v 第三節(jié)第三節(jié) 山西段陰極保護(hù)方式山西段陰極保護(hù)方式v 第四節(jié)第四節(jié) 強(qiáng)制電流系統(tǒng)組成強(qiáng)制電流系統(tǒng)組成v 第五節(jié)第五節(jié) 設(shè)計(jì)參數(shù)要求設(shè)計(jì)參數(shù)要求第一節(jié)第一節(jié) 腐蝕腐蝕1.1腐蝕的定義 從廣義上講，腐蝕是材料和環(huán)境相互作用而導(dǎo)致的失效。這個(gè)定義包含了所有的天然和人造材料，例如塑料、陶瓷和金屬。通常所研究的腐蝕是金屬的腐蝕，金屬腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用所引起的金屬損失的現(xiàn)象和過程。1.2腐蝕的分類 腐蝕按材料的類型可分為金屬腐蝕和非金

2、屬腐蝕，就腐蝕破壞的形態(tài)分類，可分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕是一種常見的腐蝕形態(tài)，包括均勻的全面和不均勻全面腐蝕。按腐蝕的機(jī)理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 金屬管道常見的腐蝕按其作用原理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。第一節(jié)第一節(jié) 腐蝕腐蝕1.3金屬腐蝕的實(shí)質(zhì) 第一節(jié)第一節(jié) 腐蝕腐蝕-ne-ne- -被氧化被氧化金屬原子金屬原子金屬陽離子金屬陽離子2Fe3Cl22FeCl3 第一節(jié)第一節(jié) 腐蝕腐蝕(2) (2) 析氫腐蝕析氫腐蝕H2OCO2 H2CO3 HHCO3- 陰極陰極2H2e-H2Fe2e-Fe2陽極陽極陰極陰極 陽極陽極2H2O + O2 + 4e- = 4OH-2Fe - 4e

3、- = 2Fe2+（1）吸氧腐蝕）吸氧腐蝕由于鋼管的材質(zhì)不同；土壤環(huán)境中的透氣性、含水量、酸度、含鹽量、電阻率、氧氣濃度等不同，使得管道在土壤中的電位不同，從而在管道表面形成陰、陽極，驅(qū)動(dòng)腐蝕的發(fā)生。管道是金屬回路、土壤是電解質(zhì)。第一節(jié)第一節(jié) 腐蝕腐蝕1.4管道的腐蝕控制 管道腐蝕的控制方法應(yīng)根據(jù)腐蝕機(jī)理的不同和所處環(huán)境條件的不同，采用相應(yīng)的腐蝕控制方法， 在油氣管道保護(hù)過程中應(yīng)用最為廣泛的控制金屬腐蝕的方法為以下五類：1、選擇耐腐蝕材料2、控制腐蝕環(huán)境3、選擇有效的防腐層4、陰極保護(hù)（電化學(xué)腐蝕）5、添加緩蝕劑第二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法2.1陰極保護(hù)的原理： 是給金屬補(bǔ)充大量的電子，

4、使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。 注意：從理論上講，如果涂層是完整、無缺陷的，那么，涂層自己就可以完成防腐任務(wù)。然而，要做到涂層無缺陷，實(shí)際上是很困難和不經(jīng)濟(jì)的。因此，涂層和陰極保護(hù)的結(jié)合，99%的防腐任務(wù)有防腐層承擔(dān)、陰極保護(hù)對(duì)防腐層缺陷處進(jìn)行保護(hù)，是最經(jīng)濟(jì)、有效的防腐措施。第二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法 1、犧牲陽極法 將被保護(hù)金屬和一種電位更負(fù)的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護(hù)體陰極極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護(hù)金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽極的

5、電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電位值，在保護(hù)電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)。 第二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法 2、強(qiáng)制電流法 將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，輔助陽極接到電源正極，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。第二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法 直流電源的正極連接輔助陽極，負(fù)極連接需要保護(hù)的構(gòu)件（管道）。 電流從輔助陽極流出，經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)管道表面（破損處），再流回電源的負(fù)極。第二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法 對(duì)被保護(hù)金屬施加負(fù)電流，通過陰極極化使所有陰極點(diǎn)的電位都達(dá)到了最活潑陽極點(diǎn)的開路電位時(shí)，結(jié)構(gòu)物上的腐蝕就停止了。第

6、二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法 保護(hù)長(zhǎng)度計(jì)算：埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T 0036-2000式中： L單側(cè)保護(hù)長(zhǎng)度(m)；VL最大保護(hù)電位與最小保護(hù)電位之差(V)； D管道外徑(m)； J保護(hù)電流密度(A/m2)； R單位長(zhǎng)度管道縱向電阻(fl/m)； T鋼管電阻率(mm2/m)； D管道外徑(mm)； 管道壁厚(mm)。陰極保陰極保護(hù)站護(hù)站1陰極保陰極保護(hù)站護(hù)站2陰極保陰極保護(hù)站護(hù)站3第二節(jié)第二節(jié) 陰極保護(hù)法陰極保護(hù)法2.1適用范圍： 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)驅(qū)動(dòng)電壓高，輸出電流大，有效保護(hù)范圍廣，適用于被保護(hù)面積大的長(zhǎng)距離、大口徑管道。 犧牲

7、陽極陰極保護(hù)不需外部電源，維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。第三節(jié)第三節(jié) 山西段陰極保護(hù)方式山西段陰極保護(hù)方式3.1線路陰極保護(hù)系統(tǒng)：序號(hào)陰極保護(hù)站名稱里程（km）站間距（km）位置干線陰極保護(hù)站設(shè)置干線陰極保護(hù)站設(shè)置1榆林陰極保護(hù)站00與榆林首站合建2佳縣陰極保護(hù)站107.81078與佳縣清管站合建3方山陰極保護(hù)站230.6122.8與方山清管站合建4汾陽陰極保護(hù)站344.8114.2與汾陽分輸清管站合建5平遙陰極保護(hù)站389.144.3與平遙分輸站合建6武鄉(xiāng)陰極保護(hù)站457.868.7與武鄉(xiāng)清管站合建7黎城陰極保護(hù)站569.5111.7與

8、黎城分輸清管站合建8安陽陰極保護(hù)站693.8124.3與安陽分輸清管站合建陰極保護(hù)站的設(shè)置應(yīng)符合以下的原則： （1）陰極保護(hù)站附近地勢(shì)平坦、開闊，土壤濕潤(rùn)且電阻率較低； （2）附近沒有埋地管道、電纜等金屬構(gòu)筑物，以免產(chǎn)生干擾。 （3）盡量與工藝站場(chǎng)或線路閥室合建，便于維護(hù)。第三節(jié)第三節(jié) 山西段陰極保護(hù)方式山西段陰極保護(hù)方式3.2場(chǎng)站陰極保護(hù)系統(tǒng)： 場(chǎng)站區(qū)域陰極保護(hù)方面除黎城分輸清管站站內(nèi)埋地管線僅采用防腐涂層外，其他各站均采用鎂合金犧牲陽極陰極保護(hù)的方法。1、犧牲陽極埋設(shè)有立式和臥式兩，埋設(shè)位置分軸向和徑向。2、犧牲陽極在管道的分布宜采用單支或集中成組兩種方式。3、陽極與管道的距離，一般情況下

9、陽極埋設(shè)位置應(yīng)距管道35，最小不宜小于0.3，成組埋設(shè)時(shí)，陽極間距以23為宜。犧牲陽極的埋設(shè)方式：犧牲陽極的埋設(shè)方式：第三節(jié)第三節(jié) 山西段陰極保護(hù)方式山西段陰極保護(hù)方式3.2場(chǎng)站陰極保護(hù)系統(tǒng)：在管道一側(cè)在管道一側(cè)在管道兩側(cè)在管道兩側(cè)第四節(jié)第四節(jié) 強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成u電源（恒電位儀）u輔助陽極地床（深井陽極）u陰極（管道）u連接電纜u供電系統(tǒng)u陰極保護(hù)間u埋地Cu/CuSO4參比電極和測(cè)試設(shè)施等部件構(gòu)成。第四節(jié)第四節(jié) 強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成電源：電源：第四節(jié)第四節(jié) 強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成控制柜前后示意圖 控制柜操作面板 1號(hào)恒電位儀 2號(hào)恒電位儀 交

10、流配電盤 自動(dòng)切換控制器 綜合接線盤 輸出母排 控制柜接地螺栓第四節(jié)第四節(jié) 強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成深井陽極地床 深井陽極為埋設(shè)大于15m的陽極地床，通常50100m深井地床，直徑在250mm以上，陽極排列在深井中，當(dāng)?shù)乇硗寥离娮杪瘦^大，或空間狹小時(shí)，或管網(wǎng)密集時(shí)，宜采用深井陽極。 深井陽極電流分布較淺埋陽極均勻，對(duì)其他結(jié)構(gòu)干擾小，受季節(jié)性變化影響小，但造價(jià)較高，且一旦出現(xiàn)故障，則很難修復(fù)。 安裝深井陽極時(shí)，應(yīng)安裝多孔排氣管，排除陽極反應(yīng)產(chǎn)生的氯氣、氧氣，以防止氣阻。 采用筒狀或線形混合氧化物陽極，可以減小工程量（鉆孔直徑200mm）。 深井陽極接地電阻計(jì)算公式： Ra=2 Lln

11、2lD 輔助陽極地床：輔助陽極地床：第四節(jié)第四節(jié) 強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成 參比電極：參比電極： 是測(cè)量被保護(hù)結(jié)構(gòu)物電位的半電池（大家都知道結(jié)構(gòu)物的電位值無法測(cè)量，只能通過與某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比較才能得出相對(duì)電位，參比電極就是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)）。管道上最常用的參比電極是銅/硫酸銅參比電極。結(jié)構(gòu)為一根較粗的銅棒用做電極體，浸入飽和硫酸銅溶液。它分為便攜和長(zhǎng)效兩種。長(zhǎng)效參比一般埋設(shè)在通電點(diǎn)和測(cè)試樁附近用于測(cè)量管道電位。第四節(jié)第四節(jié) 強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成強(qiáng)制電流系統(tǒng)的組成 測(cè)試樁：測(cè)試樁： 測(cè)試樁是用來測(cè)定埋地管線的陰極保護(hù)狀況以及進(jìn)行腐蝕控制相關(guān)的其他測(cè)試工作的最好途徑。測(cè)試樁根據(jù)其功能，其類型為電位測(cè)試

12、樁、電流測(cè)試樁、絕緣接頭測(cè)試樁、犧牲陽極測(cè)試樁和穿路套管測(cè)試樁等。第四節(jié)第四節(jié) 設(shè)計(jì)參數(shù)要求設(shè)計(jì)參數(shù)要求最小保護(hù)電位：金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的、絕對(duì)值最小的負(fù)電位值。金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的、絕對(duì)值最小的負(fù)電位值。最大保護(hù)電位：陰極保護(hù)條件下，允許的絕對(duì)值最大的負(fù)電位值。陰極保護(hù)條件下，允許的絕對(duì)值最大的負(fù)電位值。腐蝕電位：腐蝕體系中金屬的電極電位。腐蝕體系中金屬的電極電位。自然電位：無外部電流影響的腐蝕電位。無外部電流影響的腐蝕電位。極化電位：由于電流的流動(dòng)引起電極由于電流的流動(dòng)引起電極/電解質(zhì)界面電位的偏移稱為極化，電解質(zhì)界面電位的偏移稱為極化，在極化狀態(tài)下的電位稱為極化電位。在極化狀態(tài)下的電位稱為極化電位。斷電瞬間電位：斷電瞬間測(cè)得的管道腐蝕電位。斷電瞬間測(cè)得的管道腐蝕電位。幾個(gè)重要的定義 注意：陰極保護(hù)電位越大，防腐程度越高，單站保護(hù)距離也越長(zhǎng)，但是過大的電位將使被保護(hù)管道的防腐絕緣層與管道金屬表面的粘接力受到破壞，產(chǎn)生陰極剝離，嚴(yán)重時(shí)可以出現(xiàn)金屬“氫破裂”。同時(shí)太大的電位將消耗過多的保護(hù)電流，形成能量