陰極保護培訓課件

1、輸氣管道保護及防腐培訓2013年10月10日輸氣管道保護及防腐培訓2013年10月10日 腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關鍵因素之一。管道的安全性是一個非常重要的問題，日益受到人們的重視。隨著管道的大量敷設和運行時間延長，管道事故時有發(fā)生。由于管道所輸送的物質一般為有害物質，一旦發(fā)生泄漏或斷裂，就會對其周圍的環(huán)境和人員產生嚴重的后果。輸氣管道，尤其是高壓輸氣管道，一旦破裂，壓縮氣體迅速膨脹，釋放大量的能量，引起爆炸、火災，會造成巨大的損失。例如，年美國Transwestern公司的一條鋼級的、直徑為毫米的輸氣管道破裂，破裂長度達公里。年月蘇聯拉烏爾山隧道附近由于對天然氣管道維護不當，造成

2、天然氣泄漏，隨后引起大爆炸，燒毀了兩列鐵路列車，死傷多人，成為年震驚世界的災難性事故。六十年代初，我國開始研究陰極保護方法，六十年代末期在船舶，閘門等鋼鐵構筑物上得到應用。我國埋地油氣管道的陰極保護始于1958年，六十年代在新疆、大慶、四川等油氣管道上推廣應用，目前，全國主要油氣管道已全部安裝了陰極保護系統(tǒng)，收到明顯的效果。 腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關鍵1.1 腐蝕是什么？腐蝕的定義：腐蝕是金屬與周圍介質發(fā)生化學、電化學反應導致金屬破壞的過程。按照腐蝕原理可分為：化學腐蝕定義：指金屬表面與非電解質直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。特點：腐蝕過程中無電流的產生。根據介質的不同它又可分為

3、：（1）.氣體腐蝕（2）.在非電解質溶液中的腐蝕電化學腐蝕：定義：指金屬表面與電解質因發(fā)生電化學反應而引起的破壞。特點：腐蝕過程中有電流的產生。腐蝕原理第一章 腐蝕原理1.1 腐蝕是什么？腐蝕原理第一章 腐蝕原理腐蝕原理腐蝕概念 腐蝕是金屬和周圍環(huán)境起化學或電化學反應而導致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學過程，而且大多都是電化學過程，伴隨著氧化-還原反應的發(fā)生。 鋼制管道腐蝕會產生鐵銹，鐵銹的成分比較復雜，通常簡略用Fe2O3xH2O表示。鐵銹是一種松脆多孔的物質，它不能保護里層的鐵不被銹蝕。腐蝕原理腐蝕概念腐蝕原理腐蝕的管道腐蝕的管道腐蝕原理腐蝕的管道腐蝕的管道關于電極的一些基本規(guī)定腐蝕原理

4、1. 按電極電位的高低分：電位高者為正極； 電位低者為負極。 并規(guī)定外電路中電流方向：正極 負極2. 按電極反應分：發(fā)生氧化反應者為陽極； 發(fā)生還原反應者為陰極。3. 一般地，對原電池的電極稱正極或負極； 對電解池的電極稱陽極或陰極。關于電極的一些基本規(guī)定腐蝕原理1. 按電極電位的高低分：電位腐蝕類型按部位分：內壁腐蝕、外壁腐蝕按形態(tài)分：全面腐蝕、局部腐蝕按機理分：化學腐蝕、電化學腐蝕腐蝕原理腐蝕類型腐蝕原理腐蝕原理FeFe+2+2e-O2+2H2O+4e-4OH-2H2O+2e-H2+2OH- 通常工程材料自在常溫條件下含水環(huán)境中的腐蝕是一種自然的電化學腐蝕，含水的環(huán)境通常成為電解質。腐蝕原

5、理FeFe+2+2e-腐蝕原理電化學腐蝕原理金屬在電解質溶液中由于電化學作用所發(fā)生的腐蝕稱為電化學腐蝕。金屬電化學腐蝕原因是金屬表面產生原電池作用，或外界電源影響使金屬表面產生電解作用所引起的破壞。腐蝕原理電化學腐蝕原理腐蝕原理腐蝕發(fā)生的四個必要條件：1) 必須有陽極或陽極區(qū)；2) 必須有陰極或陰極區(qū)；3) 陽極和陰極之間應有導電性連接4) 陽極和陰極必須置于導電性介質中（通常是水或土壤)。腐蝕原理腐蝕發(fā)生的四個必要條件：第二章 陰極保護的原理陰極保護的原理陰極保護的原理陰極保護的原理1936年在伊拉克首都發(fā)現一個受陰極保護的壺銅保層的保護(1824年) 鋅、鐵可以對銅進行陰極保護鐵的早期保護

6、。1834年法拉第陰極保護原理奠定基礎 1890年愛迪生提出強制電流保護船舶1902年柯恩 實現了愛迪生的設想1906年德國建立第一個陰極保護廠1913年命名為電化學保護1905年美國用于鍋爐保護1924年鐵路上的蒸汽鍋爐2.1 陰極保護的歷史陰極保護的原理1936年在伊拉克首都發(fā)現一個受陰極保護的壺2陰極保護的原理三層PE結構示意圖陰極保護的原理三層PE結構示意圖陰極保護的原理底層：熔結環(huán)氧底層（primer）,厚度6080m；中間層：共聚物熱熔膠(adhesive),厚度170250m； 外層（背層）：聚乙烯防腐層（polyethylene）,厚度2.53.2mm 在工程應用上，從強度方面

7、考慮，三層PE分為普通型和加強型，普通型防腐層總厚度為3.0mm左右，加強型防腐層總厚度超過3.7mm；從使用環(huán)境方面考慮分為常溫型（低于50環(huán)境使用）和高溫型（最高設計溫度為70）。為滿足更高環(huán)境溫度下的使用需要，目前已成功研制并使用了三層結構聚丙烯防腐層（三層PP）。 陰極保護的原理底層：熔結環(huán)氧底層（primer）,厚度60陰極保護的原理2.2 陰極保護的原理犧牲陽極保護的原理示意圖陰極保護的原理2.2 陰極保護的原理犧牲陽極保護的原理示意圖強制電流保護原理示意圖陰極保護的原理強制電流保護原理示意圖陰極保護的原理2.3 陰極保護的分類和特點2.3.1 分類陰極保護分為：外加電流和犧牲陽極

8、陰極保護外加電流是在回路中串入一個直流電源，借助輔助陽極，將直流電通向被保護的金屬，進而使被保護金屬變成陰極，實施保護，如圖所示。犧牲陽極法是用一種電位比所要保護的金屬還要負的金屬或合金與被保護的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負的金屬不斷地腐蝕溶解所產生的電流來保護其它金屬的方法。陰極保護的分類和特點2.3 陰極保護的分類和特點2.3.1 分類外加電流是在回路強制電流保護法將被保護金屬與外加電源負極相連，由外部電源提供保護電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：整流器、恒電位、恒電流、恒電壓等。如圖所示。強制電流保護法將被保護金屬與外加電源負極相連，由外部電源提供犧牲陽極法將被保護金屬和一種可

9、以提供陰極保護電流的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護體極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負于被保護金屬體的電位值，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極，從而實現了對陰極的被保護金屬體的防護，如圖。 犧牲陽極材料有高鈍鎂，其電位為-1.75V；高鈍鋅，其電位為-1.1V；工業(yè)純鋁，其電位為-0.8V。但行業(yè)普遍采用的是鎂合金（相對于飽和硫酸銅參比電極）。犧牲陽極法將被保護金屬和一種可以提供陰極保護電流的金屬或合金2.3.2 特點一、強制電流陰極保護1、優(yōu)點A: 驅動電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內控制

10、陰極保護電流輸出量；B: 在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中也適用；C: 選用不溶性或微溶性輔助陽極時，可進行長期的陰極保護；D: 每支輔助陽極床的保護范圍大，當管道防腐層質量良好時，一個陰極保護站的保護范圍可達數十公里；E: 對裸露或防腐層質量較差的管道也能達到完全的陰極保護特點：必須有常年供電的直流電源和長壽命輔助陽極地床陰極保護的特點2.3.2 特點一、強制電流陰極保護1、優(yōu)點特點：必須有常年2、缺點A: 一次性投資費用偏高，而且運行過程中需要支付電費；B: 陰極保護系統(tǒng)運行過程中，需要嚴格的專業(yè)維護管理；C: 離不開外部電源，需常年外供電；D：對鄰近的地下金屬構筑物可能會產生干擾作用

11、。二、犧牲陽極陰極保護特點：不需要外加直流電源，但犧牲陽極材料具備電位足夠負且長期保持該負電位的電化學性能。陰極保護的特點2、缺點二、犧牲陽極陰極保護特點：陰極保護的特點優(yōu)點：一次投資費用偏低，且在運行過程中基本上不需要支付維護費用；保護電流的利用率較高，不會產生過保護；對鄰近的地下金屬設施無干擾影響，適用于廠區(qū)和無電源的長輸管道，以及小規(guī)模的分散管道保護；具有接地和保護兼顧的作用；施工技術簡單，平時不需要特殊專業(yè)維護管理。陰極保護的特點優(yōu)點：陰極保護的特點缺點：驅動電位低，保護電流調節(jié)范圍窄；使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于50歐.米時，一般不宜選用犧牲陽極保護法；在存在強烈雜散

12、電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時，陽極性能有可能發(fā)生逆轉；有效陰極保護年限受犧牲陽極壽命的限制，需要定期更換。陰極保護方案設計時，應根據強制電流保護和犧牲陽極保護各自的特點與優(yōu)缺點、實際需要、外界條件和經費指標等因素進行選擇使用。陰極保護的特點缺點：陰極保護方案設計時，應根據強制電流保護和犧牲陽極保護2.4 評定陰極保護效果的方法最小保護電位 為使金屬腐蝕停止進行，金屬經陰極極化后所必須達到的絕對值最小的負電位值，稱之為最小保護電位。監(jiān)控陰極保護效果的重要參數美國NACE（美國腐蝕工程師協會）標準：（1）施加陰極保護時被保護結構物的負電位至少達到0.85V或更負(相對飽和硫酸銅參比電極)2.4 評

13、定陰極保護效果的方法最小保護電位美國NACE（美國2 最大保護電位陰極保護電位越負，保護效果就越好，單點保護范圍也就越廣。但是過負的電位將使被保護金屬構件防腐層與管道金屬間的結合力遭到破壞，產生陰極剝離，甚至氫脆。在陰極保護中，提出陰極保護電位值并不是越負越有利于金屬的防護，而應有一個絕對值最大的負電位值，稱之為最大保護電位。涂料種類油性涂料瀝青系涂料環(huán)氧瀝青涂料環(huán)氧系涂料（3層pe）耐陰極保護電壓(V)-0.88-1.20-1.50-1.30 -1.5一些涂料耐負電壓的性能2 最大保護電位陰極保護電位越負，保護效果就越好，單點保2.5 應用范圍船舶 船殼、推進器、海水壓載艙、船用冷凝器、舵板

14、、海底門、聲納、機艙積水等2) 港工設施和海洋設施護岸、棧橋、鋼板樁碼頭、海上石油鉆井平臺、導管架、海底管線、水鼓、浮標、閘門、滑道、過海隧道等。3) 陸上金屬設施 化工、發(fā)電、煉油、石化、制堿等工業(yè)系統(tǒng)中的海水冷卻器、冷凝器、熱交換器、海水泵、貯水罐、循環(huán)管路2.5 應用范圍船舶2) 港工設施和海洋設施3) 陸上金屬設 土壤電解質中的金屬設施煤氣管線、天然氣管線、液化氣管線、上下水管線、輸油管線、通訊管線、儲罐的內外罐底。 廠區(qū)地下管網市區(qū)、廠區(qū)和生活區(qū)地下各類金屬管網、接地網、電訊網等復雜的地下金屬構件建筑樁基：陸地上建筑物的鋼質樁基、鋼筋混凝土基礎等金屬構件的防腐蝕 土壤電解質中的金屬設

15、施 廠區(qū)地下管網建筑樁基：第三章 腐蝕發(fā)生的不同類型 第三章 腐蝕發(fā)生的不同類型 1、2、1、2、陰極保護培訓課件陰極保護培訓課件第四章 陰保系統(tǒng)構成第四章 陰保系統(tǒng)構成陰極保護培訓課件2、強制電流陰極保護系統(tǒng)示意圖2、強制電流陰極保護系統(tǒng)示意圖第五章 犧牲陽極及外加電流 陰極保護比較 第五章 犧牲陽極及外加電流 陰極保護陰極保護培訓課件兩種保護方式的選擇陰極保護的上述兩種方法，都是通過一個陰極保護電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護電流，使之恰好抵消金屬內原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產生保護電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負的

16、金屬或合金，另一種則利用直流電源。強制電流陰極保護驅動電壓高，輸出電流大，有效保護范圍廣，適用于被保護面積大的長距離、大口徑管道。犧牲陽極陰極保護不需外部電源，維護管理經濟，簡單，對鄰近地下金屬構筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。 兩種保護方式的選擇第六章 陰極保護參數測試 陰極保護培訓課件管道電位測試5.1 自然電位測試：未實施陰極保護的情況下，用硫酸銅參比電極測沿線測試樁電位的方法。其電位一般為-0.4V -0.6V。5.2 保護電位測試：施加陰極保護的情況下，用硫酸銅參比電極測沿線測試樁電位的方法。其電位應在-0.85V -1.5V。5.3 間歇供電管道電位測試：在陰極保

17、護設備向管道供電12秒、停3秒的情況下，在停3秒期間，用硫酸銅參比電極測沿線測試樁電位的方法。其斷點電位應在-0.85V -1.15V。陰極保護參數測試管道電位測試陰極保護參數測試紅色線纜：犧牲陽極線纜（約10平）黑色線纜：接管道線纜（約10平）較細線纜：長效參比電極線纜(約6平)犧牲陽極測試樁陰極保護參數測試紅色線纜：犧牲陽極線纜（約10平）黑色線纜：接管道線纜（約1紅色線纜：鋅接地電池線纜（約10平）黑色線纜：接管道線纜（約10平）較細線纜：長效參比電極線纜(約6平)絕緣接頭測試樁陰極保護參數測試紅色線纜：鋅接地電池線纜（約10平）黑色線纜：接管道線纜（約1、測試前的準備在進行管道保護電位

18、測量時，首先要準備好下列工具：（1）高輸入阻抗數字萬用表一臺；（2）飽和硫酸銅參比電極一支；（3）小包裝固態(tài)硫酸銅一袋；（4）小型銼刀一把、鋼絲鉗一把、砂紙若干；（5）中號扁口螺絲刀一把；（6）測試樁門鑰匙一把；（7）陰極保護測試記錄本、筆；（8）通用萬用表備用表筆一副、電池一塊；（9）裝滿水的水瓶或水壺一個；（10）銅鍬一把。陰極保護參數測試1、測試前的準備陰極保護參數測試2、測試前的檢查測試前首先要檢查以下項目：（1）攜帶的飽和硫酸銅參比電極內溶液液位是否在銅電極的2/3以上，硫酸銅溶液中是否有硫酸銅結晶體。如果參比電極的液位低于銅電極的2/3，要適量加注純凈水，并輕輕搖動參比電極，直至溶

19、液均勻；搖動后的均勻溶液中如果沒有硫酸銅結晶體，尚需向溶液中添加一定量的硫酸銅晶體，以保證溶液處于飽和狀態(tài)。（2）檢查飽和硫酸銅參比電極的連接線，連接點是否存在松動、銹蝕、折斷情況，及時擰緊連接線，清除連接點的銅銹或更換連接線；以減少連接點的接觸電阻，保證測試數據的準確。陰極保護參數測試2、測試前的檢查陰極保護參數測試陰極保護參數測試（3）檢查數字萬用表的表筆，是否有接觸不良、斷線情況，并及時更換。（4）數字萬用表電池電量是否充足，電池電量不充足要及時充電或更換電池。（5）要保證便攜式飽和硫酸銅參比電極底部軟木塞有良好的滲透性，測試前應將其放入水中浸泡一段時間，保持其滲而不漏狀態(tài)。（6）測試前

20、應根據場站工程竣工圖紙確定所測的測試樁是犧牲陽極測試樁還是絕緣接頭測試樁。陰極保護參數測試（3）檢查數字萬用表的表筆，是否有接觸不良、陰極保護參數測試3、一般測試方法：地表參比法 地表參比法主要用于管道保護電位、犧牲陽極開路電位和管道自然電位等參數測試。（1）用于管道保護電位測試的地表參比法接線示意圖如下：陰極保護參數測試3、一般測試方法：地表參比法陰極保護參數測試（1）、在管道測試樁附近的1m范圍內，選擇地表相對潮濕的土壤插入參比電極。（2）插入土中的參比電極應垂直地面、穩(wěn)定、可靠地與土壤接觸，底部不能墊有草葉或草根。遇有干燥土壤時，應用攜帶的淡水潤濕其周邊的土壤，使參比電極與土壤保持良好接

21、觸，以防止因接觸不好影響讀數的準確性。（3）將萬用表的紅表筆插入電壓、電阻測試（V.）孔內，將黑表筆插入萬用表的（COM）孔（公共端）。將萬用表的旋轉開關旋轉到直流電壓檔。（4）用紅表筆與測試樁的接線柱觸接，黑表筆與參比電極連接線連接，接線柱有銹蝕應先用砂紙或什錦銼去除銹蝕以保證接觸的良好性。陰極保護參數測試（1）、在管道測試樁附近的1m范圍內，選擇地陰極保護參數測試（5）此時萬用表顯示的數據就是測得的管地電位即保護電位，在沒有外界干擾的情況下，保護電位是負值且穩(wěn)定。（6）讀取數據，在測試記錄上做好記錄，注明該電位值的測試樁號、測試地點、時間及測試值。（7）斷開各接線柱之間的短接銅片或銅線，用紅色表筆分別接觸各接線柱按照上述方法以測試各支陽極（鎂陽極包）的開路電位并做好記錄。（8）測試完畢后恢復測試樁內接線狀態(tài)。 這樣，就完成了一個測試樁的電位測試。測試結束