阴极保护原理课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,阴极保护基本知识,阴极保护基本知识,1,一、阴极保护原理,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),2,Fe(OH),2,Fe(OH),2,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,+,H,H,H,2,阴极点,阳极点,e,-,Fe,+,显微视图,一、阴极保护原理腐蚀发生的微观过程：e-e-e-e-e-e-,2,假想实验：,思考：,（,1,）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，使电子通过导线从辅助电极流向被保护金属，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？,（,2,）给电解液中的铁足够的电子，又会引起,Fe/,电解质电极系统电极电位的发生什么样的变化,假想实验：思考：,3,电流流动方向,Fe,辅助,电极,NaCl,溶液,电子流动方向,（,1,）,Fe/,电解质界面上，电流的方向是从电解质流向,Fe,，负电荷从,Fe,流向电解质,；,（,2,）,Fe,表面必须发生消耗正电荷或生成负电荷的电极反应，才能保证电路导通；,（,3,）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；,（,4,）辅助阳极表面和,Fe,表面相反，发生阳极反应。,（,5,）在,Fe,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。,电流流动方向Fe辅助NaCl溶液电子流动方向（1）Fe/,4,一、阴极保护原理,电流是从高电势流向低电势位置,电解质中电流是通过界面流入,Fe,通电后，铁相对于电解质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，转移阳极反应发生的位置，防止被保护体发生腐蚀。,一、阴极保护原理电流是从高电势流向低电势位置电解质中电流是通,5,牺牲阳极阴极保护示意图,Fe,Zn,NaCl,溶液,E,Fe,= - 0.55 V vs CSE,E,Zn,= - 1.10 V vs CSE,E,Fe,= - 0.90 V vs CSE,E,Zn,= - 1.00 V vs CSE,Fe,Zn,NaCl,溶液,A,牺牲阳极阴极保护示意图FeZnNaCl溶液EFe= - 0.,6,log I,电,位,I,CORR,E,OA,E,M,E,OC,E,PC,E,PA,阴极极化：电位负向偏移,阳极极化：电位正向偏移,Zn,Fe,- 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,牺牲阳极阴极保护极化,图（伊文斯图）,log II CORR EOAEM EOCEPC EPA,7,阳极,阴极,管线表面上的腐蚀电池,阴极,阴极,电解质,辅助阳极,阴极保护,电流,Fe,Fe,2+,+ 2e,-,O,2,+ 2 H,2,O + 4e,-,4OH,-,2Cl,-,Cl,2,+,2e,-,O,2,+ 2 H,2,O + 4e,-,4OH,-,强制电流阴极保护示意,图,阳极阴极 管线表面上的腐蚀电池阴极阴极电解质辅助阳极,8,强制电流阴极保护极化,图（伊文斯图）,（反电动势）,强制电流阴极保护极化图（伊文斯图）（反电动势）,9,log I,电,位,I,CP,E,OA,E,OC,+,_,反电动势,强制电流阴极保护极化,图（伊文斯图）,E,pA,E,PC,log II CP EOA EOC+_强制电流阴极保护极,10,方法的选用主要取决于：,保护对象和对周围构筑物的干扰影响；,电源的可利用性；,土壤电阻率等因素。,阴极保护,牺牲阳极法,强制电流法,二,、阴极保护方法,方法的选用主要取决于：阴极保护牺牲阳极法强制电流法二、阴极保,11,ANODE,STRUCTURE,CURRENT,CURRENT,二,、阴极保护方法,-,牺牲阳极法,ANODESTRUCTURECURRENTCURRENT二、,12,ANODE,STRUCTURE,CURRENT,CURRENT,Power,Source,+,-,CURRENT,高硅铸铁阳极,整流器,二,、阴极保护方法,-,强制电流法,ANODESTRUCTURE CURRENT CURRENT,13,方法,优点,缺点,外加电流法阴极保护,1.,输出电流连续可调,1.,需要外部电源,2.,保护范围大,2.,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,4.,工程越大越经济,5.,保护装置寿命长,牺牲阳极法阴极保护,1.,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,2.,保护电流几乎不可调,3.,投产调试后可不需管理,3.,覆盖层质量必须好,4.,工程越小越经济,4.,投产调试工作复杂,5.,保护电流分布均匀、利用率高,5.,消耗牺牲阳极金属,二,、阴极保护方法,方法优点缺点外加电流法阴极保护1.输出电流连续可调1.需要外,14,两种方法技术比较,牺牲阳极保护：主要用于低电阻率环境介质和保护电流需用量小的体系,外加电流法,CP,：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,但这并不是两种方法选择的绝对界线,应从,技术性,、,有效性,和,经济性,考虑,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,15,三、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,电位,腐蚀,被,抑阻,极化程度逐渐增强,通入阴极电流后结构物发生极化,结构,物上最阴极性的点首先极化,I,CP,=0,I,CP1,I,CP2,I,CP3,I,CP4,结构物极化程度为多少时，可以认为腐蚀不在发生？,三、阴极保护判据-.5-.6-.65-.6-.7-.58-.,16,测量结构物上的极化,-.900 v,+,_,极化膜,参比电极,E,p,= E,corr,+ Polarization,E,on,= E,p,+ IR,Drop,其中：,三、阴极保护判据,测量结构物上的极化-.900 v+_极化膜参比电极Ep =,17,结构物,/,电解质电位,Potential (-mV),(+),(-),通电电位,断电电位,IR,自然电位,(,自腐蚀电位，静止电位,),100 mV,极化,100 mV,极化,“通电,-IR”,-850 mV,CSE,“断电”,-850 mV,CSE,时间,结构物/电解质电位 Potential (-mV)(+)(,18,阴极保护判据,执行标准,NACE RP 0169-2002 Control of external corrosion on underground or submerged metallic piping systems,ISO 15589-1,：,2003 ,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 systems,NACE RP 0177,减轻交流电和雷电对金属结构和腐蚀控制系统的作用,GB/T 21448-2008,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,GB/T 21246-2007,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,GB/T 19285-2003,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,SY/T 0023,97,埋地钢质管道阴极保护参数测试方法,SY/T 0032-2000,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,资料,W.V.,贝克曼,阴极保护手册,，,德文第三版,(,中文版,2005,年,3,月出版,),W.V.,贝克曼,阴极保护手册,，,中文邮电版,1990,版,化工版,阴极保护工程手册,，,中文化工版,1999,版,NACE A.PEABODY,管线腐蚀控制,，,2000,第二版 化工出版社,2004,年,4,月,阴极保护判据 执行标准资料,19,GB/T 21448-2008,埋地钢质管道阴极保护技术规范, 管道阴极保护电位（即,管,/,地界面极化电位,，下同）应为,-850mV,（,CSE,）,或更负；, 阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比,-1200mV,（,CSE,）,更负；,注意：,高强度钢（最小屈服强度大于,550MPa,）和耐蚀合金，极限保护电位要根据实际 析氢电位来确定；,在厌氧菌或,SRB,及其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为,-950mV,（,CSE,）或更负；,100,m1000,m,，负于,-650mV,（,CSE,）,以上准则难以满足时，可以采用阴极极化或去极化大于,100mV,的判据；,在高温、,SRB,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,100mV,；,三、阴极保护判据,GB21248-2008,GB/T 21448-2008 埋地钢质管道阴极保护技术规范,20,结构物极化到,-850 mV,CSE,Log,I,E,I,CORR,E,A,OC,E,CORR,E,C,OC,E,C,P,E,A,P,+,_,E,C,P,I,CP,E,CPA,OC,E,CPA,P,结构物极化到更为活性阳极点的电位，即,850 mV,CSE,850 mV,CSE,三、,极化图与,阴极保护判据,结构物极化到 -850 mVCSELog IEI CORRE,21,100 mV,极化,Log,I,E,I,CORR,E,A,OC,E,CORR,E,C,OC,E,C,P,E,A,P,+,_,E,C,P,I,CP,E,CPA,OC,E,CPA,P,极化,100 mV,三、,极化图与,阴极保护判据,100 mV极化Log IEICORREA,OCECORRE,22,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,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 其他标准,NACE RP0169“埋地或浸水金属管道系统的外腐蚀控制”,23,国际标准,ISO 15589-1,石油天然气工业,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 mV,CSE,限制临界电位不大于,1,200 mV,CSE,厌氧菌土壤或硫酸盐还原菌,(SRB),要求负于,-950 mV,CSE,国际标准 ISO 15589-1 石油天然气工业 管线,24,国际标准,ISO 15589-1 (,续,),Part 1,陆地管线,高电阻率土壤,对,100,m 1,000,m,为,650 mV,CSE,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。,国际标准 ISO 15589-1 (续)Part 1 陆地管,25,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,-,日本港务协会, Part 1,-,日本水管道协会, WSP-050,澳大利亚,-,澳大利亚标准协会,Standard No. 2832, Parts 1 - 3,其他国际标准 加拿大 加拿大标准协会,26,四,、阴极保护系统组成,-,强制电流,1,、恒电位仪（电源供应）,2,、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）,4,、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）,6,、阳极,按照安装方式：浅埋、深井阳极,按照材料：高硅铸铁、,MMO,、石墨、非金属等,四、阴极保护系统组成-强制电流1、恒电位仪（电源供应）,27,7,、各种连接,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,电位、电流测试桩；绝缘接头；,排流地床、排流器；,四,、阴极保护系统组成,-,强制电流,7、各种连接四、阴极保护系统组成-强制电流,28,- +,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,- +恒电位仪远地点强阳极梯度区域相对结构物位于远,29,四,、阴极保护系统组成,-,牺牲阳极,1,、,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）,3,、测试电缆（接管道电缆、参比电极电缆）,4,、参比电极,5,、被保护体（管道、罐底、站区设施等）,6,、阳极（,Mg,、,Zn,、,Al,等）及填包料,7,、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）,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,电位、电流测试桩；绝缘接头；,排流地床、排流器,四、阴极保护系统组成-牺牲阳极1、阴极保护桩（有些情况无阴极,30,阴极保护原理课件,31,五、实验,实验一：,（,1,）两块铁板浸在电解质溶液中，分别测量铁板的电位；,（,2,）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；,（,3,）比较两个铁板的腐蚀情况；,（,4,）绘制不同电流下，铁板的电位变化情况；,五、实验实验一：,32,实验二：,（,1,）测量,Zn,、,Fe,的自然电位；,（,2,）将二者联入电路，调节电流大小，测量二者的电位变化；,（,3,）绘制极化图,五、实验,实验二：五、实验,33,实验三：认识恒电位仪、动手操作。,五、实验,实验三：认识恒电位仪、动手操作。五、实验,34,