陰極保護(hù)培訓(xùn)電子教案

陰極保護(hù)培訓(xùn)1.1腐蝕是什么？腐蝕的定義：腐蝕是金屬與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致金屬破壞的過(guò)程。 按照腐蝕原理可分為：化學(xué)腐蝕定義：指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。特點(diǎn)：腐蝕過(guò)程中無(wú)電流的產(chǎn)生。根據(jù)介質(zhì)的不同它又可分為：（1）.氣體腐蝕（2）.在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕電化學(xué)腐蝕：定義：指金屬表面與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。特點(diǎn)：腐蝕過(guò)程中有電流的產(chǎn)生。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?chē)h(huán)境起化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學(xué)過(guò)程，而且大多都是電化學(xué)過(guò)程，伴隨著氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生。 鋼制管道腐蝕會(huì)產(chǎn)生鐵銹，鐵銹的成分比較復(fù)雜，通常簡(jiǎn)略用Fe2O3·xH2O表示。鐵銹是一種松脆多孔的物質(zhì)，它不能保護(hù)里層的鐵不被銹蝕。腐蝕原理腐蝕的管道腐蝕的管道關(guān)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：電位高者為正極；電位低者為負(fù)極。并規(guī)定外電路中電流方向：正極

→

負(fù)極2.按電極反應(yīng)分：發(fā)生氧化反應(yīng)者為陽(yáng)極；發(fā)生還原反應(yīng)者為陰極。3.一般地，對(duì)原電池的電極稱(chēng)正極或負(fù)極；對(duì)電解池的電極稱(chēng)陽(yáng)極或陰極。腐蝕類(lèi)型按部位分：內(nèi)壁腐蝕、外壁腐蝕按形態(tài)分：全面腐蝕、局部腐蝕按機(jī)理分：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕腐蝕原理腐蝕原理Fe→Fe+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(xué)腐蝕，含水的環(huán)境通常成為電解質(zhì)。腐蝕原理電化學(xué)腐蝕原理金屬在電解質(zhì)溶液中由于電化學(xué)作用所發(fā)生的腐蝕稱(chēng)為電化學(xué)腐蝕。金屬電化學(xué)腐蝕原因是金屬表面產(chǎn)生原電池作用，或外界電源影響使金屬表面產(chǎn)生電解作用所引起的破壞。腐蝕原理腐蝕發(fā)生的四個(gè)必要條件：1)必須有陽(yáng)極或陽(yáng)極區(qū)；2)必須有陰極或陰極區(qū)；3)陽(yáng)極和陰極之間應(yīng)有導(dǎo)電性連接4)陽(yáng)極和陰極必須置于導(dǎo)電性介質(zhì)中（通常是水或土壤)。第二章陰極保護(hù)的原理陰極保護(hù)的原理陰極保護(hù)的原理1936年在伊拉克首都發(fā)現(xiàn)一個(gè)受陰極保護(hù)的壺銅保層的保護(hù)(1824年)㊣鋅、鐵可以對(duì)銅進(jìn)行陰極保護(hù)鐵的早期保護(hù)。

1834年－－－法拉第→陰極保護(hù)原理奠定基礎(chǔ)1890年－－－愛(ài)迪生→提出強(qiáng)制電流保護(hù)船舶 1902年－－－柯恩→實(shí)現(xiàn)了愛(ài)迪生的設(shè)想 1906年－－－德國(guó)建立第一個(gè)陰極保護(hù)廠(chǎng) 1913年－－－命名為電化學(xué)保護(hù) 1905年－－－美國(guó)－－－用于鍋爐保護(hù) 1924年－－－鐵路上的蒸汽鍋爐2.1陰極保護(hù)的歷史陰極保護(hù)的原理三層PE結(jié)構(gòu)示意圖陰極保護(hù)的原理底層：熔結(jié)環(huán)氧底層（primer）,厚度60～80μm；中間層：共聚物熱熔膠(adhesive),厚度170～250μm；外層（背層）：聚乙烯防腐層（polyethylene）,厚度2.5～3.2mm在工程應(yīng)用上，從強(qiáng)度方面考慮，三層PE分為普通型和加強(qiáng)型，普通型防腐層總厚度為3.0mm左右，加強(qiáng)型防腐層總厚度超過(guò)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(shè)計(jì)溫度為70℃）。為滿(mǎn)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(jié)構(gòu)聚丙烯防腐層（三層PP）。陰極保護(hù)的原理2.2陰極保護(hù)的原理犧牲陽(yáng)極保護(hù)的原理示意圖強(qiáng)制電流保護(hù)原理示意圖陰極保護(hù)的原理2.3陰極保護(hù)的分類(lèi)和特點(diǎn)2.3.1分類(lèi)陰極保護(hù)分為：外加電流和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)外加電流是在回路中串入一個(gè)直流電源，借助輔助陽(yáng)極，將直流電通向被保護(hù)的金屬，進(jìn)而使被保護(hù)金屬變成陰極，實(shí)施保護(hù)，如圖所示。犧牲陽(yáng)極法是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來(lái)保護(hù)其它金屬的方法。陰極保護(hù)的分類(lèi)和特點(diǎn)強(qiáng)制電流保護(hù)法將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)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。犧牲陽(yáng)極法將被保護(hù)金屬和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬或合金（即犧牲陽(yáng)極）相連，使被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護(hù)金屬與犧牲陽(yáng)極所形成的大地電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽(yáng)極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電位值，在保護(hù)電池中是陽(yáng)極，被腐蝕消耗，故此稱(chēng)之為“犧牲”陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)，如圖。

犧牲陽(yáng)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(duì)于飽和硫酸銅參比電極）。2.3.2特點(diǎn)一、強(qiáng)制電流陰極保護(hù)1、優(yōu)點(diǎn)A:驅(qū)動(dòng)電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內(nèi)控制陰極保護(hù)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(yáng)極時(shí)，可進(jìn)行長(zhǎng)期的陰極保護(hù)；D:每支輔助陽(yáng)極床的保護(hù)范圍大，當(dāng)管道防腐層質(zhì)量良好時(shí)，一個(gè)陰極保護(hù)站的保護(hù)范圍可達(dá)數(shù)十公里；E:對(duì)裸露或防腐層質(zhì)量較差的管道也能達(dá)到完全的陰極保護(hù)特點(diǎn)：必須有常年供電的直流電源和長(zhǎng)壽命輔助陽(yáng)極地床陰極保護(hù)的特點(diǎn)2、缺點(diǎn)A:一次性投資費(fèi)用偏高，而且運(yùn)行過(guò)程中需要支付電費(fèi)；B:陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要嚴(yán)格的專(zhuān)業(yè)維護(hù)管理；C:離不開(kāi)外部電源，需常年外供電；D：對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物可能會(huì)產(chǎn)生干擾作用。二、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)特點(diǎn)： 不需要外加直流電源，但犧牲陽(yáng)極材料具備電位足夠負(fù)且長(zhǎng)期保持該負(fù)電位的電化學(xué)性能。陰極保護(hù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：一次投資費(fèi)用偏低，且在運(yùn)行過(guò)程中基本上不需要支付維護(hù)費(fèi)用；保護(hù)電流的利用率較高，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)；對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施無(wú)干擾影響，適用于廠(chǎng)區(qū)和無(wú)電源的長(zhǎng)輸管道，以及小規(guī)模的分散管道保護(hù)；具有接地和保護(hù)兼顧的作用；施工技術(shù)簡(jiǎn)單，平時(shí)不需要特殊專(zhuān)業(yè)維護(hù)管理。陰極保護(hù)的特點(diǎn)缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)電位低，保護(hù)電流調(diào)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(shí)，一般不宜選用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法；在存在強(qiáng)烈雜散電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時(shí)，陽(yáng)極性能有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)；有效陰極保護(hù)年限受犧牲陽(yáng)極壽命的限制，需要定期更換。

陰極保護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)強(qiáng)制電流保護(hù)和犧牲陽(yáng)極保護(hù)各自的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)、實(shí)際需要、外界條件和經(jīng)費(fèi)指標(biāo)等因素進(jìn)行選擇使用。陰極保護(hù)的特點(diǎn)2.4評(píng)定陰極保護(hù)效果的方法最小保護(hù)電位為使金屬腐蝕停止進(jìn)行，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的絕對(duì)值最小的負(fù)電位值，稱(chēng)之為最小保護(hù)電位。－－－監(jiān)控陰極保護(hù)效果的重要參數(shù)美國(guó)NACE（美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)：

（1）施加陰極保護(hù)時(shí)被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的負(fù)電位至少達(dá)到－0.85V或更負(fù)(相對(duì)飽和硫酸銅參比電極)2最大保護(hù)電位

陰極保護(hù)電位越負(fù)，保護(hù)效果就越好，單點(diǎn)保護(hù)范圍也就越廣。但是過(guò)負(fù)的電位將使被保護(hù)金屬構(gòu)件防腐層與管道金屬間的結(jié)合力遭到破壞，產(chǎn)生陰極剝離，甚至氫脆。 在陰極保護(hù)中，提出陰極保護(hù)電位值并不是越負(fù)越有利于金屬的防護(hù)，而應(yīng)有一個(gè)絕對(duì)值最大的負(fù)電位值，稱(chēng)之為最大保護(hù)電位。涂料種類(lèi)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(hù)電壓(V)-0.88-1.20-1.50-1.30—-1.5一些涂料耐負(fù)電壓的性能2.5應(yīng)用范圍船舶船殼、推進(jìn)器、海水壓載艙、船用冷凝器、舵板、海底門(mén)、聲納、機(jī)艙積水等2)港工設(shè)施和海洋設(shè)施護(hù)岸、棧橋、鋼板樁碼頭、海上石油鉆井平臺(tái)、導(dǎo)管架、海底管線(xiàn)、水鼓、浮標(biāo)、閘門(mén)、滑道、過(guò)海隧道等。3)陸上金屬設(shè)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★土壤電解質(zhì)中的金屬設(shè)施煤氣管線(xiàn)、天然氣管線(xiàn)、液化氣管線(xiàn)、上下水管線(xiàn)、輸油管線(xiàn)、通訊管線(xiàn)、儲(chǔ)罐的內(nèi)外罐底?！鴱S(chǎng)區(qū)地下管網(wǎng)市區(qū)、廠(chǎng)區(qū)和生活區(qū)地下各類(lèi)金屬管網(wǎng)、接地網(wǎng)、電訊網(wǎng)等復(fù)雜的地下金屬構(gòu)件■建筑樁基：陸地上建筑物的鋼質(zhì)樁基、鋼筋混凝土基礎(chǔ)等金屬構(gòu)件的防腐蝕第三章腐蝕發(fā)生的不同類(lèi)型1、2、第四章陰保系統(tǒng)構(gòu)成2、強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)示意圖第五章?tīng)奚?yáng)極及外加電流

陰極保護(hù)比較犧牲陽(yáng)極外加電流不需要電源需要電源僅用于防腐層好、需要電流小的埋地結(jié)構(gòu)或熱點(diǎn)保護(hù)。僅用于土壤電阻率低的環(huán)境可以用來(lái)保護(hù)大型甚至沒(méi)有防腐層的結(jié)構(gòu),其應(yīng)用受土壤電阻率影響不大.安裝簡(jiǎn)單，施工方便,可以和管道同溝埋設(shè)距離管道至少100米測(cè)量電位時(shí)，需要測(cè)量陽(yáng)極安裝處及兩組陽(yáng)極之間的電位需要測(cè)量的點(diǎn)可以很少,可以在匯流點(diǎn)處進(jìn)行測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)多，使用壽命隨環(huán)境而變化，可能需要更換陽(yáng)極用量較小。開(kāi)挖工作量少由于在每個(gè)點(diǎn)的輸出都較小,一般不會(huì)產(chǎn)生腐蝕干擾需要檢測(cè)臨近結(jié)構(gòu)是否受到腐蝕干擾其輸出可以自身調(diào)節(jié)，但不能人為控制可以自動(dòng)控制管道電位,自動(dòng)控制輸出電流,達(dá)到理想保護(hù)狀態(tài).電纜接頭受到陰極保護(hù)，不會(huì)腐蝕陽(yáng)極電纜連接接頭要嚴(yán)格密封,一旦與土壤接觸，將很快腐蝕斷極性不會(huì)接反需要謹(jǐn)慎連接電纜，極性接錯(cuò)將加速腐蝕兩種保護(hù)方式的選擇陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過(guò)一個(gè)陰極保護(hù)電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護(hù)的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護(hù)電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護(hù)電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負(fù)的金屬或合金，另一種則利用直流電源。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。犧牲陽(yáng)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。

第六章陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試管道電位測(cè)試5.1自然電位測(cè)試：未實(shí)施陰極保護(hù)的情況下，用硫酸銅參比電極測(cè)沿線(xiàn)測(cè)試樁電位的方法。其電位一般為-0.4V~-0.6V。5.2保護(hù)電位測(cè)試：施加陰極保護(hù)的情況下，用硫酸銅參比電極測(cè)沿線(xiàn)測(cè)試樁電位的方法。其電位應(yīng)在-0.85V~-1.5V。5.3間歇供電管道電位測(cè)試：在陰極保護(hù)設(shè)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(cè)沿線(xiàn)測(cè)試樁電位的方法。其斷點(diǎn)電位應(yīng)在-0.85V~-1.15V。陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試紅色線(xiàn)纜：犧牲陽(yáng)極線(xiàn)纜（約10平）黑色線(xiàn)纜：接管道線(xiàn)纜（約10平）較細(xì)線(xiàn)纜：長(zhǎng)效參比電極線(xiàn)纜(約6平)犧牲陽(yáng)極測(cè)試樁陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試紅色線(xiàn)纜：鋅接地電池線(xiàn)纜（約10平）黑色線(xiàn)纜：接管道線(xiàn)纜（約10平）較細(xì)線(xiàn)纜：長(zhǎng)效參比電極線(xiàn)纜(約6平)絕緣接頭測(cè)試樁陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試1、測(cè)試前的準(zhǔn)備在進(jìn)行管道保護(hù)電位測(cè)量時(shí)，首先要準(zhǔn)備好下列工具：（1）高輸入阻抗數(shù)字萬(wàn)用表一臺(tái)；（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(hào)扁口螺絲刀一把；（6）測(cè)試樁門(mén)鑰匙一把；（7）陰極保護(hù)測(cè)試記錄本、筆；（8）通用萬(wàn)用表備用表筆一副、電池一塊；（9）裝滿(mǎn)水的水瓶或水壺一個(gè)；（10）銅鍬一把。陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試2、測(cè)試前的檢查測(cè)試前首先要檢查以下項(xiàng)目：（1）攜帶的飽和硫酸銅參比電極內(nèi)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(jié)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(dòng)參比電極，直至溶液均勻；搖動(dòng)后的均勻溶液中如果沒(méi)有硫酸銅結(jié)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(xiàn)，連接點(diǎn)是否存在松動(dòng)、銹蝕、折斷情況，及時(shí)擰緊連接線(xiàn)，清除連接點(diǎn)的銅銹或更換連接線(xiàn)；以減少連接點(diǎn)的接觸電阻，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試（3）檢查數(shù)字萬(wàn)用表的表筆，是否有接觸不良、斷線(xiàn)情況，并及時(shí)更換。（4）數(shù)字萬(wàn)用表電池電量是否充足，電池電量不充足要及時(shí)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(cè)試前應(yīng)將其放入水中浸泡一段時(shí)間，保持其滲而不漏狀態(tài)。（6）測(cè)試前應(yīng)根據(jù)場(chǎng)站工程竣工圖紙確定所測(cè)的測(cè)試樁是犧牲陽(yáng)極測(cè)試樁還是絕緣接頭測(cè)試樁。陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試3、一般測(cè)試方法：地表參比法地表參比法主要用于管道保護(hù)電位、犧牲陽(yáng)極開(kāi)路電位和管道自然電位等參數(shù)測(cè)試。（1）用于管道保護(hù)電位測(cè)試的地表參比法接線(xiàn)示意圖如下：陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試（1）、在管道測(cè)試樁附近的1m范圍內(nèi)，選擇地表相對(duì)潮濕的土壤插入?yún)⒈入姌O。（2）插入土中的參比電極應(yīng)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(shí)，應(yīng)用攜帶的淡水潤(rùn)濕其周邊的土壤，使參比電極與土壤保持良好接觸，以防止因接觸不好影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性。（3）將萬(wàn)用表的紅表筆插入電壓、電阻測(cè)試（V.Ω）孔內(nèi)，將黑表筆插入萬(wàn)用表的（COM）孔（公共端）。將萬(wàn)用表的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到直流電壓檔。（4）用紅表筆與測(cè)試樁的接線(xiàn)柱觸接，黑表筆與參比電極連接線(xiàn)連接，接線(xiàn)柱有銹蝕應(yīng)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(hù)參數(shù)測(cè)試（5）此時(shí)萬(wàn)用表顯示的數(shù)據(jù)就是測(cè)得的管地電位即保護(hù)電位，在沒(méi)有外界干擾的情況下，保護(hù)電位是負(fù)值且穩(wěn)定。（6）讀取數(shù)據(jù)，在測(cè)試記錄上做好記錄，注明該電位值的測(cè)試樁號(hào)、測(cè)試地點(diǎn)、時(shí)間及測(cè)試值。（7）斷開(kāi)各接線(xiàn)柱之間的短接銅片或銅線(xiàn)，用紅色表筆分別接觸各接線(xiàn)柱按照上述方法以測(cè)試各支陽(yáng)極（鎂陽(yáng)極包）的開(kāi)路電位并做好記錄。（8）測(cè)試完畢后恢復(fù)測(cè)試樁內(nèi)接線(xiàn)狀態(tài)。這樣，就完成了一個(gè)測(cè)試樁的電位測(cè)試。測(cè)試結(jié)束，要注意清理測(cè)試工具。以免遺漏，影響后續(xù)測(cè)試。同時(shí)，要做好萬(wàn)用表和參比電極的收存和防護(hù)。防止斷線(xiàn)，數(shù)字萬(wàn)用表顯示