阴极保护原理与新技术
李晓星
(东华工程科技股份有限公司,合肥 230022)
摘 要:介绍了阴极保护基本理论和发展进程,分析了国内外阴极保护技术的发展现状,归结了国内外阴极保护
的标准和规范.
关键词:电流;腐蚀;电化学;阴极保护
中图分类号:TG174.41文献标识码:A 文章编号:1673-162X (2006)S0-0050-05
1 阴极保护基本理论
1824年,英国化学家实施了用锌块贴加在舰船的铜包层上对船板的腐蚀保护,以后他的助手、当时著名的科学家法拉第,发现了降低腐蚀与电流的定量关系,提出了著名的法拉第电解定律,在题为 关于电的实验研究 的论文中,明确地定义了 电解质 、 电极 、 阳极 、 阴极 、 阳离子 、 阴离子 等概念,奠定了电化学的科学基础,阐明了阴极保护的原理.
从热力学理论获得的电位-pH 图(图1)中可以看出,当p H 为7时,铁处于活化腐蚀状态,使其电位上升(阳极保护)或下降(阴极保护),都可实现保护的目的.这种使其电位上升或下降来实现的保护、防止或减轻金属腐蚀的技术,就是电化学保护
.
图1从电位-p H 图看阴极保护
当金属达到平衡电位后,再施加阴极电流,金属的电极电位从原平衡电位向负偏移,使金属进入了免蚀区,实现了保护.因为施加的是阴极电流,所以称为阴极保护.施加阴极电流的方法有强制电流和牺牲阳极两种.图2是阴极保护方法和原理的图解.
图3是用极化曲线来说明腐蚀和阴极保护.金属材料的腐蚀是以腐蚀电池作用为主的电化学过程,存在着下面的反应.
阳极反应:Fe –2e I 1Fe 2+,阴极反应:H 2O +12O 2+2e I 22OH -
.在图3中I 1和I 2的共同作用下最终的电流是I G ,对应的电位为-0.55V (自腐蚀电位),当通以阴极收稿日期:2006-08-07修回日期:2006-09-13
作者简介:李晓星(1954 ),女,安徽宿州人,东华工程科技股份有限公司高级工程师.
合肥学院学报 (自然科学版)Journal o fH efe iU n i ve rsity(N atura l Sc i ences) 2006年10月 第16卷增刊 O ct .2006V o.l 16Sup .
电流后,电位极化到-0.85V (保护电位),这时I 2=I S =I K1,I 1=I K 2=0,也就是说I 1停止作用,铁不再腐蚀.当I 2继续增大,电位曲线有一个平滑区段,至-1.15V,这一区段就是最佳的保护范围;再增大I 2,使电位曲线超出-1.15V 范围,这时就出现了常说的析氢反应:2H +
+2e →H 2↑.2阴极保护技术发展进程
阴极保护技术自20世纪30年代在工业上获得应用,西方工业化国家逐渐将腐蚀的机理研究、腐蚀环境和材料的实验数据分析等转向工业部门应用开发.在石油工业,为解决长输管线严重腐蚀泄漏的问题,采用阴极保护方法开发了多种配套设备、材料、部件.在海洋方面,大量的海军舰艇、船舶、码头、平台开始应用阴极保护,从而避免了严重的海损事故大量发生,取得了明显的经济效益和社会效益.20世纪六七十年代英、美两国组织了规模宏大的腐蚀调查,英国政府发表了著名的 H oar 腐蚀调查等报告表明:腐蚀损失高达数百亿美元,远大于飓风、海啸、地震、水灾、火灾等自然灾害损失的总和,约占整个国民经济生产总值的3.5%~4.2%.报告同时指出:只要应用现代科学技术的知识与成果,采取必要的措施,可以用较小的代价,挽回1/3左右的损失.
图2
电化学腐蚀和阴极保护
图3阴极极化曲线及反应
20世纪50年代以来,世界各国在海洋、航空、航海、石油、化工、电力、市政、核能、水利、国防等重要工业、行业部门应用阴极保护,均取得可观的业绩.我国近50年以来,腐蚀防护学科已经从20世纪60年代基础研究阶段,发展到目前大量的工程技术应用研发为主阶段,发挥重要的安全保障作用.
经过几代科学家的努力,各国政府部门都充分认识到,腐蚀问题对国民经济发展的制约作用.各国科学院与经济建设部门都设立了腐蚀防护的研究院、所和实验站,各工业部门、公司都十分重视,设立专门的研究开发部门,从事各行业的腐蚀机理和保护方法的研究开发.美、英、法、德等国的国会、政府工业部门相应制订城市地下管线的防腐标准和规范.其中如美国国家腐蚀工程师协会(NACE )先后制订浸水与埋地钢质管道腐蚀防护的几十种标准与推荐方法,有力促进各国防腐工作开展.在前苏联,各州政府设立地下管道管理局或办公室,除统一管理地下资源的开发、规划外,还制订了地下管道施加涂层防腐和阴极保护51增刊李晓星:阴极保护原理与新技术
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地下的法令性条文.近年,美国环保局针对地下钢质储罐腐蚀泄漏导致环境污染的严重问题,下达指令要求1998年12月前,美国70万个埋地储罐,必须实施阴极保护等先进、全面的防腐措施.
从上述可看出,随着经济建设的规模和深度扩大,各国政府部门对防腐问题愈益重视,不断加强其推广应用工作.NACE标准RP-01 1969(1992年修订)对此做了明确的规定:新的管道系统防腐蚀采用覆盖层加阴极保护,已有的覆盖层管道系统应设置阴极保护,并保持使用,除非调查表明不需阴极保护.我国建设部C JJ95 2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》、石油工业标准SY0007 1999《钢制管道及储罐防腐蚀控制工程设计规范》,对此均已作出规定:在采用土层保护的工程中,管道和油气田外输管道必须采用阴极保护,油气田内的集输干线管道应采用阴极保护,其他管道和储罐宜采用阴极保护.阴极保护已被全世界公认是防止金属电化学腐蚀的最有效方法.
3国内外阴极保护技术发展现状
近代科学技术的高速发展,特别是电子技术的突飞猛进,有力地促进了腐蚀防护学科的进步.其中阴极保护技术的发展以外加电流和牺牲阳极两大系列各自研制开发多种产品和新材料,如辅助阳极从简单的钢管发展到有石墨、高硅铸铁、铅银阳极、磁性氧化铁、贵金属氧化物阳极、铂钛阳极等,其可控电源有磁饱和、大功率晶体管、可控硅三大系列的恒电位仪向I G BT电子电力模块、开关电源数字化发展;牺牲阳极已形成有铝基、镁基、锌基三大系列阳极材料以外的复合式阳极,以适合各种不同的环境和满足各种不同工况.国外在20世纪60年代出现了整体型绝缘接头,发达国家如美国和西德已用整体埋地型绝缘接头取代了绝缘法兰.我国天然气总公司也研制了类似绝缘接头,并已经在工程上使用.这在城市管网中使阴极保护的普及更为经济和方便.
在长输原油管线、海上平台的阴极保护技术中,开发遥测遥控计算机检测系统,实现高度自动化、数据化、动态掌握和调整腐蚀保护参数,特别是在大型城市和工业区的大规模工程技术应用上达到新的水平.美国和欧洲发达国家自20世纪70年代,又开发了深井阳极地床技术,发表了多种深井阳极、结构、部件、配套材料的技术专利,其中一种 LI D A 贵金属氧化物辅助阳极性能卓越、享誉全球.防腐蚀技术的发展促进了美、英、德、日等工业发达国家已经形成配套齐全、技术装备先进、服务体系完整的阴极保护专业公司,呈现从粗放型、原理型走向精细型、量化型.从产品材料的单一性趋向于多样化,以适应各种复杂的新的工况条件;其保护效果和使用寿命也有了长足的进步,其应用的深度和广度取得了日新月异的进展.
我国的腐蚀防护学科的建立几乎与新中国成立同步,20世纪50年代中科院建立腐蚀基础理论研究基地,国家科委牵头联系海洋、石油、冶金、交通等工业部门组建全国腐蚀数据采集网;其站点遍布全国各地,搜集了几十年来观察、实验得来的各地区、海区和气候条件下的各类金属材料在大气、海洋、土壤中的腐蚀数据.50年代之间各行业的腐蚀研究开发部门又针对各自行业特点,研究开发防腐材料设备、产品和配件,有力地支持了我国国防事业和社会主义建设.其中最卓有成效的是在石油与海洋两大领域应用开发上,石油部门鉴于各油田初期,输油管线短期腐蚀破损十分严重的问题,大力推广应用阴极保护,并最终落实在 管道法 上,以法律形式确定管道防腐中应用阴极保护技术,石油部为此颁布了多种腐蚀防护方面的标准、规范.在海洋领域以海军建设为主导,引进国外技术,开发了系列新产品,实施了对几千艘军舰的涂层和阴极保护结合的防腐工作,并顺利解决栈桥、码头、水鼓、平台、闸门、船坞等设备的有效保护.1996年以后,鉴于我国城市与工业化地下管网腐蚀泄漏问题突出,首先辽化公司对地下管网进行阴极保护应用研究,顺利解决无绝缘法兰问题,使外加电流与牺牲阳极联合保护方案的实施,同时解决了高密度均压工艺和安全防爆问题,开创了石化企业陈旧性地下管网腐蚀治理的新篇章.
近年来,我国经济建设蓬勃发展,沿海大型电厂、核电站、三峡工程、大型导弹驱逐舰、地铁、石化企业和工业园建设,都在较大规模地应用新型防蚀材料和涂层,也促进了阴极保护技术的发展,其中在深井阳极地床工程技术开发上取得新的成就.我国在腐蚀防护技术上与国外的差距正在逐步缩小,但由于原来基础薄,起步晚,加上科研体制的落后问题,尚在许多技术领域和应用的广度和深度上还落后西方工业国家,需要加大阴极保护立法与做好科普宣传工作.在我国改革开放的形势下,促进了阴极保护专业性公司的形成,成为了我国阴极保护技术攻坚和研究开发的主力军与新生力量,形成一系列专有自主知识产权的阴极保护高新技术和产品,大大地促进了腐蚀防护事业健康发展.
4我国现有阴极保护相关标准规范
(1)SY /T0019 1997,《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》;
(2)SY /T36 2000,《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》;
(3)SY J0007 1999,《钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范》;
(4)SY /T0088 1995,《钢质储罐罐底外壁阴极保护技术标准》;
(5)SY /T6536 2002,《钢质水罐内壁阴极保护技术规范》;
(6)SY J/4006 1990,《长输管道阴极保护工程施工及验收规范》;
(7)SY /T0096 2000,《强制电流深井阳极地床技术规范》;
(8)GB -50058 1992,《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定》;
(9)GB50054 1995,《低压配电设计规范》;
(10)GB50217 1994,《电力工程电缆设计规范》;
(11)SY /T0023 1997,《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》;
(12)SY J17 1986,《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》;
(13)SY /T0516 1997,《绝缘法兰设计技术规范》;
(14)SY /T0086 1995,《阴极保护管道的电绝缘标准》;
(15)SY /T0029 1998,《埋地钢质管道检查片腐蚀速率测试方法》;
(16)SY /T0087 1995,《钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准》;
(17)CJJ95 2003,《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》;
(18)GB4948 1985,《铝 锌 铟系合金牺牲阳极》;
(19)GB4950 1985,《锌 铝 镉合金牺牲阳极》;
(20)SY J19 1986,《镁合金牺牲阳极应用技术标准》;
(21)SY J20 1986,《锌合金牺牲阳极应用技术标准》;
(22)Q /NWHA 01 2002W ZY -1,《分段预制式阳极井体》(企标);
(23)Q /NWHA 02 2002W ZAH -1,《型增安型防爆恒电位仪》(企标);
(24)Q /NWHA 03 2002W ZT-1、-2、-3,《高纯度低阻抗碳素填料》(企标).
5国外最具权威性的技术规范
5.1 美国技术规范1)RP-01 1969,《埋地或水下金属管道系统外表腐蚀控制》(1992年修订),美国国家腐蚀工程师协会;
2)RP0177 1995,《减轻交变电流和雷电对金属构筑物和腐蚀控制交流影响的措施》,美国国家腐蚀工程师协会;
3)RP0285 1995,《地下储罐的阴极保护》,美国国家腐蚀工程师协会;
4)API RP651,《地上石油储罐阴极保护》,美国石油学会;
5)RP-05-72 85,《外加电流深井阳极地床的设计、安装、操作和维修》,美国国家腐蚀工程师协会.
5.2 英国技术规范
1)BSI CP1021,《阴极保护实施规范》,
2)BS7361 1991,《阴极保护应用原则和特殊考虑》.
5.3 苏联技术规范
OCT 9.015 74,苏联国家标准《防腐蚀和老化的共同保护系统》(地下设施总的技术规范).
参考文献:
[1] 〔德〕Baeck m ann W,Sch w enk W.H andbook of Cathod i c Protection[M ].北京:人民邮电出版社,1990.
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[3] 上海海诺科技发展有限公司.阴极保护新技术与设计简明手册[DB /OL ].[2005-05-11]上海http ://www .ha i-53增刊李晓星:阴极保护原理与新技术
54合肥学院学报(自然科学版)第16卷
https://www.doczj.com/doc/725802646.html,/.
[责任编校:罗季重] The Pri nciple of Cathodic Protection and the Ne w Techni que
L I X iao-x ing
(East Ch i na Eng i ner i ng Corporation,the T h ird D esi gn Instit ute o f the M i nistry of Che m ical Industry,H efe i230022,Ch i na)
Abstrac t:Th is paper i n troduces the pri n ciple and deve l o p m ent o f cathodic protecti o n i n China and in the world.Research i n stitutes and labo ratories are w orking on corr osion protecti o n.Corrosi o n m ec ha-n is m and protection m ethods are established.
K ey word s:electric curren;t co rrosi o n;electroche m istry;cathodic protection
(上接第41页)
这次检查发现原裂纹没有任何发展扩大,更没有新的裂纹产生,蒸发罐的腐蚀得到了有效抑制.
4 结束语
虽然通过一系列分析研究和试验,基本查出了中盐东兴盐化股份有限公司不锈钢复合板蒸发罐腐蚀的原因,并针对腐蚀原因采取了相应的修复防护措施,也起到了一定的效果,但毕竟这些工作都是被动的,蒸发罐的腐蚀已经发生,他最终还是会影响蒸发罐的使用寿命.要想完全有效的抑制腐蚀现象的发生,除了把好制造质量关,设备材质的选择也相当重要,必须充分考虑设备运行的介质环境,以及其可能发生的变化.
参考文献:
[1] [加]罗伯奇.腐蚀工程手册[M].吴荫顺,译.北京:中国石化出版社,2003.
[2] 南京化工学院.金属腐蚀理论与应用[M].北京:化学工业出版社,1984.
[3] [英]斯库里.腐蚀原理[M].北京:水利水电出版社,1984.
[责任编校:张永军] SaltN itric Corrosion Crack and its Solution
HANG Shou-hu,HUANG B i n g-ha i
(Dongx ing Salt and Chem ical Co.L td CN SI C,Chuz hou,A nhu i233200,Ch i na)
Abstrac t:Serious corrosion cracks appear i n t h e m a i n equ i p m ent o f sa lt n itric continual pr oducti o n w ith-
i n t w o-m ont h s operati o n.T echn icians and eng i n eers work on the happen i n g.Th is paper g i v es the resu lt
of t h e findings and solution.
K ey word s:the salt n itric pr oducti o n;evaporate bottle;the stainless steel co m pound p lank;crack de-cay
第一章管道阴极保护 一.电化学腐蚀原理 金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的腐蚀称为电化学腐蚀.他是金属腐蚀中最普遍的一种形式,这种形式发生在金属和电解质溶液接触而且相互作用的时候,其最明显的特征是它必然有电流的流动 金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作用,或外界电源影响使金属表面产生电解作用所引起的破坏.把两种电极电位不同的金属放在电解液中,即成为简单的原电池,若用导线将两种金属连接起来,则两个电极间有点位差存在而产生电流.例如将锌板和铜板当做两极,插入装有稀硫酸溶液的同一器皿中,并用导线连接,如图1----1所示.由于双电层原理Zn/Cu各自在溶液中建立电极电位，但Zn得电极电位较负，所以不断失去电子，变成Z n2+，离子溶解到电解质溶液中区。锌板上多余的电子则沿导线由锌板流到铜板，铜板上不断地有来自锌板的电子和溶液中得氢离子中和放电。 在原电池外部电子E由锌板流到铜板，则电流方向由铜板到锌板。 在原电池内部电流方向是从锌板流入溶液，再由溶液流入铜板。电极电位比较负的锌板称为阳极，电极电位比较正的铜板称为阴极。 在电解质溶液中，金属表面上的各部分，其电位是不完全想的的，点位较高的部分形成阴极区，电位低得部分形成阳极区。这便构成了腐蚀电池。 二．阴极保护原理 1.理想极化曲线 腐蚀电池在电路接通后就产生电流，电流的流通，使得腐蚀电池阳极和阴极的点击电位都偏离电流未流通之前的电极电位值。 在阳极，由于阳极金属溶解即阳极金属溶液即离子化的过程滞后于电子的转移过程，而正点和过剩，使阳极表面的电位向正的方向偏移，即阳极极化。 在阴极表面，由于从阳极转移过来的电子的迁移速度大大于在阴极表面的极化剂吸收电子的速度，使其大量的电子在阴极表面集聚，从而使阴极表面的电位向负的方向偏移，称为阴极极化。 阳极极化和阴极极化的共同结果，造成了腐蚀原电池起始电位差得变小。将复式电池阳极和阴极的电极电位与电流之间的关系的曲线表示出来绘成图，就得到了复式电池的极化曲线图。图1----2是腐蚀电池的极化曲线示意图。 如图所示，EaS是阳极化曲线，EaSshi 阴极极化曲线，当腐蚀电池内电阻为零时，它们相交于S点，S点所对应的电位称之为该体系的腐蚀电位，也称自然电位，表为Ecorr.他是复式电池的阳极和阴极在极化后共同趋势的点位值。与此电位值对饮的电流Lcorr称为该系统理论上最大可能的腐蚀电流。 事实，上述的极化曲线是测不出来的。这事因为人们无法在腐蚀电池系统中确定阳极与阴极的面积。也无法保证在电极表面只发生单一的一种电极反应。甚至不可能侧刀腐蚀电池中任一般阳极部门，或微阴极部位的点位值。而测到的通常是其微阳与微阴极化后，共同趋向的电位Ecorr，上述极化曲线称之为理想的极化曲线，或假想的极化曲线。它所反映的是了，腐蚀电池内电流与阳极和阴极电位的关系。 2. 阴极保护原理 在介绍腐蚀电池工作原理时，人们曾谈到由于金属本身的电化学不均性，或由于外界环境的不均匀性，都会形成微观的或宏观的腐蚀原电池。例如在碳钢表面，其基体金属铁与碳素体FeC在电解质溶液中会形成电位差为200mV的微电池腐蚀。 当采用外加电流极化时，原来腐蚀者的微电池会由于外加电流的作用，电极电位发生变化，对腐蚀着的微电池的腐蚀电流减少，称之为正的差异效应。繁殖，则称之为负的差异效
司 材 长输管道牺牲阳极 阴 极 保 护 施 工 方 案 河南汇龙合金材料有限公司 项目部
目录 一、概述- ----------------------------------------------------------- 2 （一）原理----------------------------------------------------- 2 （二）牺牲阳极法阴极保护的优点--------------------------------- 2 （三）牺牲阳极材料--------------------------------------------- 2 （四）阳极安装方式--------------------------------------------- 6 （五）测试系统------------------------------------------------- 7 （六）应用标准和规范------------------------------------------- 7 （七）主要测试设备和工具--------------------------------------- 8 二、该项目管道牺牲阳极保护法的设计- --------------------------------- 8 三、施工方法- ------------------------------------------------------- 8 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下: -------------------- 9 2、牺牲阳极法的施工: ------------------------------------------ 9
阴极保护的基本知识 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。美国腐蚀工程师协会（NACE）对阴极保护的定义是：通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属,如铝、锌或镁。阳极材料不断消耗,释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化，从而实现保护。外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。 保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止（或可忽略）时所需的电位。实践中，钢铁的保护电位常取-0.85V（CSE），也就是说，当金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，该金属就受到了保护，腐蚀可以忽略。 阴极保护是一种控制钢质储罐和管道腐蚀的有效方法，它有效弥补了涂层缺陷而引起的腐蚀，能大大延长储罐和管道的使用寿命。根据美国一家阴极保护工程公司提供的资料，从经济上考虑，阴极保护是钢质储罐防腐蚀的最经济的手段之一。 网状阳极阴极保护方法 网状阳极阴极保护方法是目前国际上流行且成熟的针对新建储罐罐底外壁的一种有效的阴极保护新方法，在国际和国内都得到了广泛应用。网状阳极是混合金属氧化物带状阳极与钛金属连接片交叉焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。阳极网预铺设在储罐基础中，为储罐底板提供保护电流。 网状阳极保护系统较其它阴极保护方法具有如下优点： 1)电流分布均匀，输出可调，保证储罐充分保护。 2)基本不产生杂散电流，不会对其它结构造成腐蚀干扰。 3)不需回填料，安装简单，质量容易保证。 4)储罐与管道之间不需要绝缘，不需对电气以及防雷接地系统作任何改造。 5)不易受今后工程施工的损坏，使用寿命长。 6)埋设深度浅，尤其适宜回填层比较薄的建在岩石上的储罐。 7)性价比高，造价仅为目前镁带牺牲阳极的1倍；虽然长期由恒电位仪提供
阴极保护基本原理 容： 一、腐蚀电位或自然电位 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。 相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V） 金属电位（CSE）高纯镁-1.75 镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌-1.10 铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝-0.80 低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁-0.50 混凝土中的低碳钢-0.20 铜-0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液（如土壤），或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属表面各点电位的不同。二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。不同参比电极之间的电位比较： 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V）被保护结构相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜氯化银锌饱和甘汞 钢铁（土壤或水中）-0.85 -0.75 0.25 -0.778 钢铁（硫酸盐还原菌）-0.95 -0.85 0.15 -0.878 三、阴极保护 阴极保护的原理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，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。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。1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100欧姆.米）的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。2、外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管
吉化集团吉林市北方建设有限责任公司 吉林-长春成品油管道工程 第一标段线路工程 阴极保护施工方案 编制： 审核： 批准： 吉化集团吉林市北方建设有限责任公司 吉林-长春成品油管道工程项目经理部 二○一一年七月十五日
目录 1、编制依据................................................. 错误!未定义书签。 2、工程概况 (2) 3、施工部署 (4) 4、施工方法和措施 (5) 施工准备 (6) 用于临时阴极保护的锌带安装 (7) 测试桩安装 (8) 长春末站强制电流阴极保护安装 (9) 去耦合器的安装和调试 (10) 5、施工消耗材料计划 (13) 6、施工首段用料计划 (13) 7、工期计划及工期保证措施 (14) 8、质量保证措施 (14)
1、编制依据 （1）. 编制说明 本施工组织方案是依据建设单位提供的招标文件，施工图纸国家有关规范及验收标准进行编制的。本施工组织方案针对施工中的主要施工方法和措施，人员安排，质量控制,进度、材料控制及安全文明施工与环境保护等进行阐述说明。 （2）.编制依据 2、工程概况 本工程是由吉林到长春的输油管道工程。管道主要是采用外加电流的方式进行阴极保护。土壤电阻率比较低的地方需要用锌带牺牲阳极做临时阴极保护，有和旧管道交叉的地方设置管道交叉测试桩。每整公里处设电位测试桩。在管道受交流干扰地段设去耦合器。在长春末站埋设阳极地床。在绝缘法兰两端设接地电池，并设参比电极。 .工程内容：本工程主要内容包括测试桩的安装、长效硫酸铜参比电极、锌带的安装；通电点电缆的焊接，恒电位仪的安装、辅助阳极的埋设、接地电池的安装、去耦合器的安装、电缆敷设、系统调试等。
施工组织设计 一、工程概况 1、小河、天赐湾—乔沟湾—榆炼原油管道输送工程全长60.17公里，阴极保护工程全长60.17公里。设计年输油量70万吨。设计压力6.4MPa，钢管选用20#无缝钢管。 2、施工技术要求和执行标准 2.1执行标准：《长输管道阴极保护工程施工及验收规范》SYJ4006-90、《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》SY/T0023-97、《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T0086-2003、《埋地钢质硬质聚氨脂泡沫塑料防腐保温层技术标准》SY/T0415-96。 2.2施工技术要求：执行设计施工图和设计变更技术文件。 二、编制依据 1.《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》SY 0007-1999 2.《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SY/T 0036-2000 3.《阴极保护管道的电绝缘规范》SY/T 0086-2003 4.《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》SYJ36-89 5.《埋地钢质检查片腐蚀速率测试方法》SYJ29-87 6.《埋地钢质管道牺牲阳极保护设计规范》SY/T0019-1997 7.《长输管道阴极保护工程施工及验收规范》SYJ4006-90 三、施工准备 1、技术准备 1.1本项榆炼原油管道防腐保护施工应具有完整齐全的施工图纸和设计文件。 1.2备齐设计单位明确提出本项榆炼原油管道防腐保护施工的技术规范要求和标准。 1.3项目部结合工程实际情况提出施工方案，并进行技术交底。
1.4所用原材料应具有出厂合格证及检验资料，并抽样检查，抽样率不少于3%。 1.5制定详细的安全生产操作规程，做好防火、防毒工作，并制定出具体措施。 1.6制定文明施工措施，坚持绿色环保施工，确保环境安全卫生。 1.7结合甲方安排，准备针对本工程的开工报告，办理榆炼原油管道阴极保护施工工作票，施工记录，质量检验表格。 1.8准备齐全施工记录、自检记录、气象记录、施工日记等。 2、组织准备 2.1施工准备框架图（下见图） 2.2原材料准备 2.2.1我公司按ISO9001质量体系标准，建立了完善的质量保证体系，我们选择了国内外多个原材料供应厂家作为合格的分供商。与此对应，建立了可靠的原材料供应网络以及相应的原材料接、检、保制度。 2.2.2储备充足的施工用材料，主要包括：恒电位仪、高硅铸铁阳极块、参比电极、测试桩等。 3、人力资源配置 本工程我公司拟投入精干的熟练技工（人力资源配置如下表）参加本项施工。施工过程中可根据施工进度及业主要求随时调整劳动力的供应，及时满足施工需要，保证高质量按工期完成施工任务。 3.1开工前所有劳保用品要齐全，施工人员的食宿要安排好。 3.2开工前结合本工程的特点，对所有参加本工程施工的人员进行设备的技术操作培训，必要时进行技术安全考试，文明施工教育，不合格者不得上岗工作。 3.3组织专业施工队伍，以项目经理为主体，并和施工队长、质量检查员、安全监督员、工程技术人员、材料员组成管理层，应少而精。 3.4对施工人员定岗定责，基本固定施工作业区，按区明确作业责任区，坚持
标题：阴极保护基本原理[精华] 内容： 一、腐蚀电位或自然电位 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。 相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V） 金属电位（CSE） 高纯镁 -1.75 镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌 -1.10 铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝 -0.80 低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁 -0.50 混凝土中的低碳钢 -0.20 铜 -0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液（如土壤），或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属表面各点电位的不同。 二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。不同参比电极之间的电位比较： 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V） 被保护结构相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜氯化银锌饱和甘汞 钢铁（土壤或水中） -0.85-0.75 0.25 -0.778 钢铁（硫酸盐还原菌）-0.95-0.85 0.15 -0.878 三、阴极保护 阴极保护的原理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，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。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。 1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100欧姆.米）的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，
管道阴极保护基本知识
管道阴极保护基本知识 内容提要： ◆阴极保护系统管理知识 ◆阴极保护系统测试方法 ◆恒电位仪的基本操作 一、阴保护系统管理知识 （一）阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 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。 阴极保护的原理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，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。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。 1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体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，如图1—3。
牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。 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，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、恒电压、整流器等。如图1-4示。 图1-4恒电位方式示意图 外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应，因此，辅助阳极本身存在消耗。 阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直
管道阴极保护基本知识 内容提要： ◆阴极保护系统管理知识 ◆阴极保护系统测试方法 ◆恒电位仪的基本操作 一、阴保护系统管理知识 （一）阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 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。 阴极保护的原理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，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。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。 1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体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，如图1—3。
牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。 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，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、恒电压、整流器等。如图1-4示。 图1-4恒电位方式示意图 外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应，因此，辅助阳极本身存在消耗。 阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。
一种长输管线的管道阴极保护测试桩，包括桩体和基座，桩体构成测试桩的主体，基座设置在桩体底部并通过套压方式固定桩体，桩体内部设置中空的面板放置孔，在面板放置孔内设置绝缘接线面板，绝缘接线面板上设置有接线柱，穿线孔从桩体低端通入并直通到面板放置孔处，测试电缆经由穿线孔与绝缘接线面板上的接线柱相连接。测试桩能够在恶劣的环境中埋设并保护面板放置孔中的各元件正常工作，从而实现对测试桩下方对应铺设的在役管道进行实时监测，并基于管道沿线电位分布及变化的分析可以了解沿线干扰源分布及管道防腐层状况。
权利要求书 1、一种长输管线的管道阴极保护测试桩，包括桩体和基座，桩体构成测试桩的主体，基座设置在桩体的底部并套压固定桩体，其特征在于：桩体内部设置中空的面板放置孔，在面板放置孔内设置绝缘接线面板，绝缘接线面板上设置有接线柱，穿线孔从桩体底端通入并直通到面板放置孔处，测试电缆经由穿线孔与绝缘接线面板上的接线柱相连接。 2、根据权利要求1所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：绝缘接线面板通过固定螺栓固定在面板放置孔中，固定螺栓与桩体相固定，固定螺栓和绝缘接线面板之间设置固定片。 3、根据权利要求1或2所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：桩体外部对应面板放置孔的位置设置元件保护门，元件保护门通过元件保护门螺柱与桩体相连接并覆盖面板放置孔，元件保护门螺柱与桩体相固定。 4、根据权利要求3所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：面板放置孔中还设置测试探头和控制中心，测试探头和控制中心分别与绝缘接线面板上的接线柱相连接。 5、根据权利要求4所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：控制中心中包括测试管理组件、无线收发组件和电源组件。 6、根据权利要求5所述的长输管线的管道阴极保护测试桩，其特征在于：绝缘接线面板上的接线柱分为两组，每组三个；一组接线柱与测试电缆相连接，各接线柱通过测试电缆分别对应连接管道、试片和参比电极，另一组接线柱跨接两组不同的测试桩。
某轮，第二个特检周期修船时，发现舵叶烂穿，船体钢板水下部分表面凹坑状腐蚀，；舵叶底部烂损和舵球腐蚀 究其原因，是船体外加电流阴极保护装置使用不当和维护不良，左右两侧的辅助阳极损坏就是明证。调查发现，该装置的工作原理、操作方法、参数调节、日常维护等，船员知之甚少，因而也不重视，甚至船到了淡水水域也未及时停止该装置的工作。为此，本文介绍其工作原理和维护要点。 1船体外加电流阴极保护装置的原理 1.1电化学腐蚀 船体是钢结构。钢是铁与碳和其他元素组成的合金。其中，铁比其它元素更易失去电子，电位较高。 船体常年浸泡在海水中，而海水是强电解质。铁元素失去电子成为正极；铁元素失去的电子，经过海水这个电解质到达其他元素；其他元素获得电子成为负极。这样就形成了一个个微电池，但并不腐蚀钢铁。 关键在于海水中存在溶解氧。这些溶解氧在海水中呈负离子状态，必然与失去电子成为正极的铁结合生成氧化铁，这就是电化学腐蚀。 在船体与海水接触部位表面的化学腐蚀、海生物腐蚀、运动磨损腐蚀、杂散电流腐蚀等各种腐蚀中，电化学腐蚀最严重。 电化学腐最大特点是，仅腐蚀阳极区域，不腐蚀阴极区域。 1.2船体外加电流阴极保护装置工作原理 船体外加电流阴极保护装置，就是根据这一特点，在船体上安装辅助阳极，用船上装备的直流电源，对辅助阳极和船体施加外加保护电流并自动调节电流大小，使船体（浸水部分）、舵和推进器保持负电位（阴极化），大幅降低船体的电化学腐蚀。 外加电流阴极保护装置，主要由直流电源（恒电位仪）、辅助阳极、参比电极、阳极屏蔽层、舵和推进器轴的接地装置等组成。 （1）直流电源 直流电源，实际是一个高稳定性和高可靠性的整流器： ·由船上交流电网供电，输出16~24V直流电； ·使用恒电位仪，自动调整输出电流。 船体外加电流阴极保护装置需要的电流，受外界多种因素影响，变化很大。为了提高电源的可靠性和稳定性，直流电源使用全系列集成模块电路的“恒电位仪”。鉴于其在电源装置中的核心地位，船体外加电流阴极保护装置的直流电源也常称作“恒电位仪”。 （2）辅助阳极 安装在船壳水下舷外，左右各一组，与船体绝缘，与外加直流电源正极相连。 辅助阳极，要有足够大的输出电流密度，同时应具备溶解小、电阻小、极化（电极电位因电流流过而发生的变化）小等特性。 （3）参比电极 作用： ·测量被保护对象的实际电位； ·比较实测电位与设定保护电位，并提供给“恒电位仪”。 因此，要求参比电极是不极化的可逆电极，能长期保持性能稳定、准确、灵活和坚固。（4）阳极屏蔽层 船体外加电流阴极保护装置工作时辅助阳极电流很大，被保护对象的电位，靠近辅助阳极的相对较低，而远离辅助阳极的相对较高，致使全船阴极保护效果不均匀。 为使辅助阳极输出的电流均匀地分布于整个船体，在辅助阳极周围一定范围内涂刷绝缘性能
操作规程编号：LX-FS-A64990 阴极保护系统的运行与维护范本 In The Daily Work Environment, The Operation Standards Are Restricted, And Relevant Personnel Are Required To Abide By The Corresponding Procedures And Codes Of Conduct, So That The Overall Behavior Can Reach The Specified Standards 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑
阴极保护系统的运行与维护范本 使用说明：本操作规程资料适用于日常工作环境中对既定操作标准、规范进行约束，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 (一) 阴极保护投入前的准备与验收 1. 阴极保护投入前对管道系统的检查 (1) 管道对地绝缘的检查 从阴极保护的原理介绍，已得知没有绝缘就没有保护。为了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护电流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检查管道的绝缘法兰的绝缘性能是否正常，管道沿线布置的设施如阀门等应与土壤有良好的绝缘，管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施。管道在地下不应与其他金属构筑物有“短接”等故障。
阴极保护基本原理 一、腐蚀电位或自然电位 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。相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V） 金属电位（CSE） 高纯镁 -1.75 镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌 -1.10 铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝 -0.80 低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁 -0.50 混凝土中的低碳钢 -0.20 铜 -0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液（如土壤），或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属表面各点电位的不同。 二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。不同参比电极之间的电位比较： 土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V） 被保护结构相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜氯化银锌饱和甘汞 钢铁（土壤或水中） -0.85 -0.75 0.25 -0.778 钢铁（硫酸盐还原菌） -0.95 -0.85 0.15 -0.878 三、阴极保护 阴极保护的原理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，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。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。 1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较
天然气管网牺牲阳极阴极保护 阴 极 保 护 设 计 公司：河南汇龙合金材料有限公司 技术部：代银 随着城镇燃气地下管网的迅速发展，地下燃气管网错综复杂，且与消防管道、供水管道、供热管道、供电线路等地下金属构筑物纵横交错，甚至还有可能发生电连接，位于城市道路地下的燃气管网还要受到车辆行驶时造成的盈利冲击腐蚀，钢质管道的腐蚀与防护问题也日益突出。为了延长埋地钢质管道的使用寿命，确保城镇燃气供应安全、可靠，通常采用阴极保护方法保护埋地钢质管道。 1 阴极保护设计 1.1阴极保护类型的确定
阴极保护属于电化学保护，是利用外部电流使金属腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀速率的防腐蚀技术。埋地钢质管道阴极保护分为强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种。 强制电流阴极保护主要适用于郊区等地下管网单一地区的燃气主管道或城镇燃气环网。其优点是输出电流大而且可调，不受土壤电阻率限制，保护半径较大;系统运行寿命长，保护效果好;保护系统输出电流的变化可反映出管道涂层的性能改变。其缺点是需设专人维护管理，要求有外部电源长期供电，易产生屏蔽和干扰，特别是地下金属构筑物较复杂的地方。 牺牲阳极阴极保护主要适用于人口稠密地区和城镇内各种压力级制燃气管道。其优点是不需外加电源，施工方便，不需进行经常性专门管理，不会生屏蔽，对其他构筑物也不会产生干扰，保护电流分布均匀、利用率高。其缺点是输出电流小，保护范围有限;需定期更换，不能实时监测输出电流分的变化，也不能反映管道涂层的状况。 根据以往的经验和我们的实践得知，城镇燃埋地钢质管道宜采用牺牲阳极阴极保护来减缓土壤对管道的电化学腐蚀。 1.2阴极保护电流的确定 要使埋设的燃气管道得到充分的保护，就要证有足够的电流使管道不受到腐蚀。钢质管道廖的最小保护电流是阴极保护设计最重要的参数之一，其计算公式如下：I=AIP(1) 式中I——管道所需最小保护电流，mA A——管道总表面积，m2 IP——最小保护电流密度，mA/m2 最小保护电流密度Ip是根据管道的防腐层种类、好坏来确定的，新建沥青玻璃布防腐管道所需的Ip约0.1mA/m2，新建三层PE管道所需的Ip约0.001mA/m2，旧管道的Ip取 0.3mA/m2。 1.3牺牲阳极的选取 ①土壤电阻率 土壤电阻率反映了土壤介质的导电能力。一般电阻率低的土壤腐蚀性强，反之腐蚀性弱，通常根据土壤电阻率选取适宜的牺牲阳极。无论采用哪种牺牲阳极，都需要先测出管道所在位置的土壤平均电阻率。土壤中所含成分的比例不同，造成各个地方电阻率也不同，即使同一地点不同埋深的电阻率也不同，因此我们常采用管道所在埋深处的电阻率的平均值。 ②牺牲阳极的选用 牺牲阳极主要有两大类型，即镁合金阳极和锌合金阳极。 根据勘测出来的土壤电阻率(ρ)，可以选择采用锌阳极或镁阳极。一般ρ<5Ω·m时，选用锌阳极;5Ω·m≤p≤100Ω·113时，选用镁阳极;p>100Ω·m时，选用带状镁阳极。在土壤潮湿的情况下，锌阳极使用范围可扩大到30Ω·m。 1.4牺牲阳极的布置 ①在布置牺牲阳极时，注意阳极与管道之间不应有金属构筑物。 ②牺牲阳极必须埋设在冰冻线以下。在地下水位低于3m的干燥地带，阳极应适当加深埋设。在河流下阳极应埋设在河床的安全部位，以防止洪水冲刷和挖泥清淤时损坏。
阴极保护系统的运行与维护 (一) 阴极保护投入前的准备与验收 1. 阴极保护投入前对管道系统的检查 (1) 管道对地绝缘的检查 从阴极保护的原理介绍，已得知没有绝缘就没有保护。为了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护电流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检查管道的绝缘法兰的绝缘性能是否正常，管道沿线布置的设施如阀门等应与土壤有良好的绝缘，管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施。管道在地下不应与其他金属构筑物有“短接”等故障。 管道表面防腐层应无漏敷点，所有施工时期引起的缺陷与损伤，均应在施工验收时使用音频信号检漏仪检测，修补后回填。 (2) 管道导电性检查 对被保护管道应具有连续的导电性能。 2. 对阴极保护施工质量的验收 (1) 对阴极保护间内所有电气设备的安装是否符合《电气设备安装规程》的要求，各种接地设施是否完成并符合要求与图纸设计一致。 (2) 对阴极保护的站外设置的选材、施工是否与设计一致。对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的施工与连接严格符合规范。 (3) 图纸、设计资料齐全完备。 (二) 阴极保护投入运行 (1) 组织人员测定全线管道自然电位、土壤电阻率、各站阳极地
床接地电阻。同时对管道环境有一个比较详尽的了解，这些资料均需分别记录整理，存档备用。 (2) 阴极保护站投入运行按照直流电源(整流器、恒电位仪、蓄电池等)操作程序给管道送电，使电位保持在-1.30V左右，待管道阴极极化一段时间(4h以上)开始测试直流电源输出电流、电压、通电点电位、管道沿线保护电位、保护距离等。然后根据所测保护电位，调整通电点电位至规定值，继续给管道送电使其完全极化(通常在24h以上)。再重复第一次测试工作，并做好记录。若个别管段保护电位过低，则需再适当调节通电点电位至满足全线阴极保护电位指标为止。 (3) 保护电位的控制各站通电点电位的控制数值，应能保证相邻两站间的管段保护电位达到-O.85V，同时，各站通电点最负电位不允许超过规定数值。调节通电点电位时，管道上相邻阴极保护站间加强联系，保证各站通电点电位均衡。 (4) 当管道全线达到最小阴极保护电位指标后，投运操作完毕。各阴极保护站进入正常连续工作阶段。 (三) 阴极保护站的日常管理 工业发达国家的阴极保护站大多数已无人值守，由控制中心遥测、遥控，几乎所有的站都是先由人工调整好，再自动恒定电位。阴极站每一个月派人去检查维护一次。 长输管道阴极保护系统的人工检测是很费人力的。其难易与管道设施所经过的地区有关。美国HARC0公司发展并完善了管线的航空监视体系，能自动监视和记录阴极保护系统的数据。此系统成功的关
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 阴极保护系统的运行与维护(新 版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
阴极保护系统的运行与维护(新版) (一)阴极保护投入前的准备与验收 1.阴极保护投入前对管道系统的检查 (1)管道对地绝缘的检查 从阴极保护的原理介绍，已得知没有绝缘就没有保护。为了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护电流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检查管道的绝缘法兰的绝缘性能是否正常，管道沿线布置的设施如阀门等应与土壤有良好的绝缘，管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施。管道在地下不应与其他金属构筑物有“短接”等故障。 管道表面防腐层应无漏敷点，所有施工时期引起的缺陷与损伤，均应在施工验收时使用音频信号检漏仪检测，修补后回填。 (2)管道导电性检查 对被保护管道应具有连续的导电性能。
2.对阴极保护施工质量的验收 (1)对阴极保护间内所有电气设备的安装是否符合《电气设备安装规程》的要求，各种接地设施是否完成并符合要求与图纸设计一致。 (2)对阴极保护的站外设置的选材、施工是否与设计一致。对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的施工与连接严格符合规范。 (3)图纸、设计资料齐全完备。 (二)阴极保护投入运行 (1)组织人员测定全线管道自然电位、土壤电阻率、各站阳极地床接地电阻。同时对管道环境有一个比较详尽的了解，这些资料均需分别记录整理，存档备用。 (2)阴极保护站投入运行按照直流电源(整流器、恒电位仪、蓄电池等)操作程序给管道送电，使电位保持在-1.30V左右，待管道阴极极化一段时间(4h以上)开始测试直流电源输出电流、电压、通电点电位、管道沿线保护电位、保护距离等。然后根据所测保护电位，调整通电点电位至规定值，继续给管道送电使其完全极化(通常在
管道阴极保护基本知识TTA standardization office
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管道阴极保护基本知识 内容提要： ◆阴极保护系统管理知识 一、阴保护系统管理知识 （一）阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 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。 阴极保护的原理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，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。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。 1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体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，如图1—3。 牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为；高钝锌，其电位为；工业纯铝，其电位为（相对于饱和硫酸铜参比电极）。 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，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、恒电压、整流器等。如图1-4示。
阴极保护原理 阴极保护是一种用于防止金属在电介质（海水、淡水及土壤等介质）中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是使金属构件作为阴极，对其施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，该金属表面的电化学不均匀性得到消除，腐蚀的阴极溶解过程得到有效抑制，达到保护的目的。下面用极化曲线来说明阴极保护原理。为了说明问题，把阴极，阳极极化曲线简化成直线，如下图（1）所示。 在金属表面上的阳极反应和阴极反应都有自己的平衡点，为了达到完全的阴极保护，必须使整个金属的电位降低到最活泼点的平衡电位。设金属表面阳极电位和阴极电位分别为Ea和Ec，金属腐蚀过程由于极化作用，阳极和阴极的电位都接近于交点S所对应的电位Ecorr（自然腐蚀电位），这时的腐蚀电流为Icorr。 图（1） 如果进行阴极极化，电位将从向更负的方向移动，阳极反应曲线EcS从S向C 点方向延长，当电位极化到E1时，所需的极化电流为I1，相当于AC线段，其中BC线段这部分是外加的，AB线段这部分电流是阳极反应所提供的电流，此时金属尚未腐蚀。如果使金属阴极极化到更负的电位，例如达到Ea，这时由于金属表面各个区域的电位都等于Ea，腐蚀电流为零，金属达到了完全保护，此时外加电流Iapp1即为完全保护所需电流。 根据提供阴极极化电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极阴极保护法和外加电流阴极保护法两种。 阴极保护是一种用于防止金属在电介质（海水、淡水及土壤等介质）中腐蚀的电化学保护技术，该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。根据提供阴极电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，前者是将一种电位更负的金属（如镁、铝、锌等）与被保护的金属结构物电性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向被保护物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交流电转变成低压直流电，通过辅助阳极将保护电流传递给被保护的金属结构物，从而使腐蚀得到抑制。不论是牺牲阳极法还是外加电流法，其有效合理的设计应用都可以获得良好的保护效果。 阴极保护和涂覆层的联合应用，可以使地下或水下金属结构物获得最经济和有效的保护。良好的涂覆层可以保护构筑物99%以上的外表面不受腐蚀，地下或水下的金属结构物通常在使用前涂覆防护涂层用以将金属与电介质环境电绝缘隔离。如果金属构筑物能够做到完全电绝缘隔离，金属在电介质中的腐蚀电池的形成将受到抑制，腐蚀电流将无法产生，从而防止金属的腐蚀。然而，完全理想的涂覆层是不存在的，由于施工过程中的运输、安装及补口，热应力及土壤应力、涂层的老化及涂层微小针孔的存在，金属结构物的外涂层总会存在一些缺陷，而这些缺陷最终将导致金属的局部腐蚀产生。阴极保护技术和涂层联合应用则可以有效解决这一问题。一方面阴极保护可有效地防止涂层破损处产生的腐蚀，延长