阴极保护理论讲解炼化设备处课件

阴极保护理论讲解炼化设备处阴极保护理论讲解炼化设备处阴极保护理论讲解炼化设备处阴极保护1第一章腐蚀原理1.1腐蚀是什么？腐蚀的定义：腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学反应导致金属破坏的过程。按照腐蚀原理可分为：化学腐蚀定义：指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。特点：腐蚀过程中无电流的产生。根据介质的不同它又可分为：（1）.气体腐蚀（2）.在非电解质溶液中的腐蚀电化学腐蚀：定义：指金属表面与电解质因发生电化学反应而引起的破坏。特点：腐蚀过程中有电流的产生。2第一章腐蚀原理1.1腐蚀是什么？2腐蚀发生的示意图FeFe+2e-O2+H2O+4e-4OH-离子离子电解质电流阳极阴极金属e-电流图1微分腐蚀电池的结构示意图3腐蚀发生的示意图FeFe+2e-O2+H2O+4e-FeFe+2eO2+2H2O+4e-4OH-2H2O+2e-H2+2OH-通常工程材料自在常温条件下含水环境中的腐蚀是一种自然的电化学腐蚀 含水的环境通常成为电解质4FeFe+2e4腐蚀发生的四个必要条件：1)必须有阳极或阳极区；2)必须有阴极或阴极区；3)阳极和阴极之间应电性连接4)阳极和阴极必须置于导电性介质中（通常是水或土壤)。5腐蚀发生的四个必要条件：5第二章阴极保护的原理6第二章阴极保护的原理6一、腐蚀电位或自然电位腐蚀电位（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，阴极区得到电子受到保护。7一、腐蚀电位或自然电位腐蚀电位（自然电位）：每种金属浸在一定二、参比电极 为为了了对对各种金属的各种金属的电电极极电电位位进进行比行比较较，必，必须须有一个公共的参比有一个公共的参比电电极。极。饱饱和硫酸和硫酸铜铜参比参比电电极极电电极，其极，其电电极极电电位具有良好的重复性和位具有良好的重复性和稳稳定性，构造定性，构造简单简单，在阴极保，在阴极保护领护领域中得到广泛采用。域中得到广泛采用。土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V）被保被保护结构构相相对于不同参比于不同参比电极的极的电位位饱和硫酸和硫酸铜参参比比电极极氯化化银参比参比电极极锌参比参比电极极饱和甘汞参和甘汞参比比电极极钢铁（土壤或水中）（土壤或水中）-0.85-0.85-0.75-0.750.250.25-0.778-0.778钢铁（硫酸（硫酸盐还原菌）原菌）-0.95-0.95-0.85-0.850.150.15-0.878-0.8788二、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。三、阴极保护 有两种办法可以实现这一目的：1、牺牲阳极阴极保护2、外加电流阴极保护9阴极保护的原理：是给金属补充大量的电子，使被保护金属阴极保护的分类和特点2.3.1分类阴极保护分为：外加电流和牺牲阳极阴极保护外加电流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，如图所示。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。10阴极保护的分类和特点2.3.1分类外加电流是在回路中串入一2.2阴极保护的原理牺牲阳极保牲阳极保护的原理的原理112.2阴极保护的原理牺牲阳极保护的原理11强制电流保护示意图12强制电流保护示意图122.3.2特点一、一、强制制电流流1、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；B:在恶劣的腐蚀条件下或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:每支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特点：必须有常年供电的直流电源和长寿命辅助阳极地床132.3.2特点一、强制电流1、优点特点：必须有常年供电的直2、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。二、牺牲阳极阴极保护特点：不需要外加直流电源，但牺牲阳极材料具备电位足够负且长期保持该负电位的电化学性能。142、缺点二、牺牲阳极阴极保护特点：14优点：1)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；2)保护电流的利用率较高，不会产生过保护；3)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，以及小规模的分散管道保护；4)具有接地和保护兼顾的作用；5)施工技术简单，平时不需要特殊专业维护管理。15优点：15缺点：缺点：1.驱动电位低，保位低，保护电流流调节范范围窄；窄；2.使用范使用范围受土壤受土壤电阻率的限制，即土壤阻率的限制，即土壤电阻率大于阻率大于50欧欧.米米时，一般不宜，一般不宜选用用牺牲阳极保牲阳极保护法；法；3.在存在在存在强烈烈杂散散电流干流干扰区，尤其受交流干区，尤其受交流干扰时，阳极性能有可能，阳极性能有可能发生逆生逆转；4.有效阴极保有效阴极保护年限受年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更牲阳极寿命的限制，需要定期更换。阴极保护方案设计时，应根据强制电流保护和牺牲阳极保护各自的特点与优缺点、实际需要、外界条件和经费指标等因素进行选择使用。16缺点：阴极保护方案设计时，应根据强制电流保护和牺牲阳极保护2.4评定阴极保护效果的方法1.最小保护电位为使金属腐蚀停止进行，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。监控阴极保护效果的重要参数施加阴极保护时被保护结构物的负电位至少达到0.85V或更负(相对饱和硫酸铜参比电极)172.4评定阴极保护效果的方法最小保护电位172最大保护电位阴极保护电位越负，保护效果就越好，单点保护范围也就越广。但是过负的电位将使被保护金属构件防腐层与管道金属间的结合力遭到破坏，产生阴极剥离，甚至氢脆。在阴极保护中，提出阴极保护电位值并不是越负越有利于金属的防护，而应有一个绝对值最大的负电位值，称之为最大保护电位。182最大保护电位 阴极保护电位越负，保护效果就越好，单点保第三章腐腐蚀发生的不同生的不同类型型19第三章腐蚀发生的不同类型192020第四章第四章 牺牺牲阳极保牲阳极保护护阳极材料阳极材料 1 1、镁镁牺牺牲牲阳阳极极：镁镁阳阳极极可可用用于于电电阻阻率率在在2020欧欧姆姆.米米到到100100欧欧姆姆.米米的的土土壤壤或或淡淡水水环环境境。高高电电位位镁镁阳极的阳极的电电位位为为-1.75VCSE-1.75VCSE，低，低电电位位镁镁阳极的阳极的电电位位为为-1.55VCSE-1.55VCSE。22、锌牺锌牺牲阳极牲阳极：锌锌阳极多用于土壤阳极多用于土壤电电阻率小于阻率小于1515欧姆欧姆.米的土壤米的土壤环环境或海水境或海水环环境。境。电电极极电电位位1.1VCSE1.1VCSE。3 3、铝牺铝牺牲阳极牲阳极：大多用于海水大多用于海水环环境金属境金属结结构或原油构或原油储储罐内底板的阴极保罐内底板的阴极保护护。其。其电电极极电电位位为为-1.05VCSE-1.05VCSE。21第四章牺牲阳极保护阳极材料1、镁牺牲阳极：镁阳极可用于电44、带带状阳极：状阳极：为为了减小阳极接地了减小阳极接地电电阻，有阻，有时时会采用会采用带带状状镁镁阳极或阳极或锌锌阳极。阳极阳极。阳极带带沿被保沿被保护护结结构构铺设铺设，使，使电电流分布更加均匀。当阳极流分布更加均匀。当阳极带带沿管道沿管道铺设时铺设时，每隔一段距离就，每隔一段距离就应该应该与管道与管道连连接一接一次。次。间间距不距不应应太大，因太大，因为为随着阳极的消耗，截面随着阳极的消耗，截面积积不断减小，阳极不断减小，阳极带电带电阻会逐步增大。阻会逐步增大。为为了减了减少沿阳极少沿阳极带带的的电压电压降，降，连连接接间间隔一般不大于隔一般不大于305305米。米。带带状阳极的一般状阳极的一般规规格格为为19x9.5mmx305m19x9.5mmx305m每每卷。卷。55、回填料：、回填料：当使用填料当使用填料时时，阳极的，阳极的电电流流输输出效率提高。如果将阳极直接埋入土壤，由于出效率提高。如果将阳极直接埋入土壤，由于土壤的成分不均匀，会造成阳极自身腐土壤的成分不均匀，会造成阳极自身腐蚀蚀，从而降低阳极效率。填料作用：一是保持水分，从而降低阳极效率。填料作用：一是保持水分，降低阳极的接地降低阳极的接地电电阻，二是使阳极表面均匀腐阻，二是使阳极表面均匀腐蚀蚀，提高阳极利用效率。，提高阳极利用效率。224、带状阳极：为了减小阳极接地电阻，有时会采用带状 第五章第五章 外加外加电电流阴极保流阴极保护护阳极材料阳极材料 辅辅助阳极：与助阳极：与强强制制电电流流电电源的正极相源的正极相连连，仅仅限于限于导电为导电为目的的目的的电电极，是外加极，是外加电电流系流系统统中的重要中的重要组组成成部分。部分。作用：将保作用：将保护电护电流流经过经过介介质传递质传递到被保到被保护结护结构物表面上。构物表面上。阳极地床：阳极地床：是由是由辅辅助阳极和其周助阳极和其周围围的填充碳的填充碳质质回填料而构成。回填料而构成。1 1、理想的埋地用、理想的埋地用辅辅助阳极助阳极应应当具有如下性能：当具有如下性能：(1)(1)良好的良好的导电导电性能，工作性能，工作电电流密度大，极化小；流密度大，极化小；(2)(2)在苛刻的在苛刻的环环境中，有良好的化学和境中，有良好的化学和电电化学化学稳稳定性，消耗率低，寿命定性，消耗率低，寿命长长；(3)(3)机械性能好，不易机械性能好，不易损损坏，便于加工制造，运坏，便于加工制造，运输输和安装；和安装；(4)(4)综综合保合保护费护费用低。用低。23第五章外加电流阴极保护阳极材料辅助阳极：与强制电流高硅高硅铸铁铸铁阳极：除用于焦碳地床中以外，高硅阳极：除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁铸铁阳极有阳极有时时也可直接埋在低也可直接埋在低电电阻率土壤中。阻率土壤中。高硅高硅铸铁铸铁硬度很高，耐磨硬度很高，耐磨蚀蚀和冲刷作用，但不易机械加工，只能和冲刷作用，但不易机械加工，只能铸铸造成型，另外消耗量偏造成型，另外消耗量偏大，因生成大量腐大，因生成大量腐蚀产蚀产物造成接地物造成接地电电阻增大。阻增大。钛铂钛铂合金阳极：合金阳极：钛铂合金阳极：合金阳极：消耗量低为2mg/A.a。钢铁阳极为9.110Kg/A.a,高硅铸铁阳极为0.51.0Kg/A.a；由于消耗量低，几乎无腐蚀产物堆积在阳极周围，所以接地电阻无大的变化；导电性能好，电阻率为10-7.m；寿命长。在100A/m2工作条件下可达20年。24高硅铸铁阳极：除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接强制电流阴极保护系统构成25强制电流阴极保护系统构成2526262、强制制电流阴极保流阴极保护系系统示意示意图272、强制电流阴极保护系统示意图27阴极保护系统主要工作内容及管理工作要求28阴极保护系统主要工作内容及管理工作要求28工作内容1.阴极保护工作间2.阴极保护阳极深井地床3.阴极保护工作用恒电位仪4.阴极保护阴极、阳极、零位、参比等工作电缆5.阴极保护送电点6.阴极保护电位测试桩及管道标示桩。29工作内容1.阴极保护工作间29主要工作流程1.外输管道阴极保护极化电流流程：保护站内恒电位仪阳极端阳极电缆阳极井管道测试桩线汇流点绝缘法兰阴极电缆恒电位仪阴极端2.区域阴极保护极化电流流程：保护站内恒电位仪阳极端阳极电缆阳极井储罐底板测试桩线汇流点阴极电缆恒电位仪阴极端30主要工作流程1.外输管道阴极保护极化电流流程：保护站内恒电位管理工作要求管理工作要求31管理工作要求31一、阴极保护工作间的管理要求保护间有标识，房间宽敞、明亮、无尘。恒电位仪摆放整齐，前后留有足够的维护、检查空间，恒电位仪的进户连接电缆有明确标识，电缆沟上面覆盖有专用的、绝缘性能良好的改版，交流开关柜要安全、规范，室内有专用的资料柜、仪表柜存放技术档案、测试报表及维修工具，室内配有专用灭火器。32一、阴极保护工作间的管理要求32二、阴极保护阳极深井地床的管理要求阳极深井地床井口安装规范无损坏、地床到阴极保护工作设备的阳极接线电缆无破损、虚接，接触电阻要足够小，要采用符合设计标准的绝缘电缆，阳极深井地床的电缆接线盒要外置在地表面，便于检查维修，测试阳极电阻用的仪表接线、钢钎要符合标准的要求，测试阳极阻抗用的测试仪表要定期校准，一满足现场测试工作的需求，阳极电阻一般要满足小于一个欧姆的工作要求，阳极电缆有标识。33二、阴极保护阳极深井地床的管理要求阳极深井地床井三、阴极保护工作用恒电位仪的管理要求检查设备内部的各种集成电路板、模块、变压器、电容器、熔断器及仪器内部、外部的接线及接地装置是否有异常情况，检查仪器的电压、电流、给定电位指示仪表是否正常，检查设备的手动、自动状态下输出是否连续可调保持正常，检查工作机及备用机相互切换的工作情况。34三、阴极保护工作用恒电位仪的管理要求34四、阴极保护阴极、阳极、零位、参比等工作电缆的管理要求要使用满足设计标准的绝缘电缆，要清楚电缆的走向并设有标识，要定期检查电缆工作的有效性，检查阳接线限井口端、阴极接线送电点处、零位接线端电缆是否存在接触不好、断线等情况，如有发生应及时解决。检查长效参比电极的工作是否正常，并按规定的使用年限进行调换。35四、阴极保护阴极、阳极、零位、参比等工作电缆的管理要求五、阴极保护送电点的管理要求阴极保护送电点现场要做好防腐绝缘处理，要有标识，要定期检查通电点的连接是否完好，要满足设计管理规定36五、阴极保护送电点的管理要求阴极保护送电点现场要做六、阴极保护电位测试桩及管线指示桩的管理要求阴极保护电位测试桩及管线指示桩要完好无损，要有醒目标识，现场埋设要求满足设计规定，测试电位用的测试接线与管道应连接良好，保证测取点位置的有效准确。37六、阴极保护电位测试桩及管线指示桩的管理要求阴极保护七、阴极保护系统日常检查维护的管理要求每日按照阴极保护巡回价差路线图所要求的内容检查站酷区域及集输管线保护电位检测桩及汇流点桩是否有断线、倒伏、破损情况；检查阴极保护送电点接线情况；检查深井阳极地床是否异常，阳极接线盒是否接线完好，阳极电缆接线是否良好，无断裂、破损、虚接的情况发生；抽查电位测试桩的保护电位是否正常；检查在用恒电位仪的工作电压、工作电流、送电点电位是否正常；检查测试、维修用的万用表、便携式参比电极、接地电阻测试仪是否满足现场测试的要求，将上述检查情况认真填写在巡回检查记录上，便于检查本岗位的工作。38七、阴极保护系统日常检查维护的管理要求每日按照阴极保1.每月规定时间测取所辖站库区域及集输管线阴极保护工作系统的全部测试桩的对地电位，填写记录报表，于规定时间将填写对的各种记录报表上报的上级主管部门。2.每季度测试一次本单位阴极保护工作系统的阳极电阻，每年测试一次本单位所辖区域的阴极保护自然电位，认真填写记录。3.认真配合并完成好笨单位阴极保护产能及集输改造项目现场施工的组织、协调、实施、验收等专项工作。4.定期检查阴极保护工作间电缆沟内输出电流保证做到有标识、摆放整齐。391.每月规定时间测取所辖站库区域及集输管线阴极保护工作系统阴极保阴极保护岗操作操作规程程40阴极保护岗操作规程40一、恒电位仪接线投运1、首先启动恒电位仪的微机，待微机运行正常后，先启动“A机”恒电位仪（或“B机”恒电位仪）将“状态选择”开关置于“手动”档，调节“整流调节”电位器，电流表、电压表应有输出指示，说明由触发器到整流器工作正常。）2、将“状态选择”开关置于“自动”档，调节“给定信号”电位器使保护电位达到欲控值。二、恒电位仪的停运首先关闭微机电源,将恒电位仪的启动开关置“停止”位置。并断开动力电源，做好记录。41一、恒电位仪接线投运三、运行参数调整对所辖管道末端的保护电位进行测试，若测得的保护电位高于-1.25V，则将仪器的输出调低；若测得的保护电位低于-0.85V，则应调高仪器的输出值，但是通电点电位最好不超过-1.25V；特殊情况不能超过-1.5V。四、测量对地电位1、先将测试接头除污去锈，处理干净接触良好；2、参比电极位置选择正确，在管道上方0.5m。做个小坑，参比电极直立放稳，一般应加水润湿；3、数字万用表正极接参比电极，负极接测试线，保证接触良好；4、数字万用表量程选直流电压2伏档；5、测试显示稳定后读取数据，记录三位小数，填写报表。42三、运行参数调整五、测量辅助阳极接地电阻1、测量前，查验阴极保护设备是否停运。将辅助阳极与阴极保护系统断开，并对连接点除锈、除污。2、根椐辅助阳极方位和长度，决定测试方向和放线距离；将接地电阻测试仪的“C2P2”端接辅助阳极，距辅助阳极五米，从“P1”端引出20米导线接接地棒插入地下，从“C1”端引出40米导线接接地棒插入地下。各接点要接触良好，接地棒应与阳极地床方向垂直,插接地棒应选择在土壤潮湿位置，否则可加水湿润。插入地面深度0.2米为宜。3、接好电极后，水平放置测试仪，检查仪器指针应在中心线位，否则用零位调整器将其调整到中心线上。4、一手扶稳测试仪,同时控制标度盘,一手均匀摇动手柄(120转/分)使指针指向中心线。5、用测量标度盘的读数乘以倍率标度,即为所测的接地电阻值。6、接地棒和测试线装袋，接好辅助阳极，恢复系统运行。7、记录测量结果，整理仪表及工具，测量结束。43五、测量辅助阳极接地电阻结束谢谢！44结束谢谢！44谢谢观赏谢谢观赏谢谢观赏45