陰極保護(hù)課件

化工設(shè)備腐蝕與防護(hù)廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院謝鵬波項(xiàng)目三石油化工設(shè)備的防腐蝕措施任務(wù)5制訂任務(wù)1的防腐蝕方案任務(wù)要求：制訂任務(wù)1腐蝕案例的防腐蝕方案，主要包括防護(hù)方法的選擇、防護(hù)實(shí)施等?？己藰?biāo)準(zhǔn)：1、方案描述清楚、簡(jiǎn)練、完善，60分；2、安全措施落實(shí)，20分3、版面整潔程度，10分；4、按時(shí)完成，10分任務(wù)6制訂任務(wù)2的防腐蝕方案任務(wù)要求：制訂任務(wù)2腐蝕案例的防腐蝕方案，主要包括防護(hù)方法的選擇、防護(hù)實(shí)施等?？己藰?biāo)準(zhǔn)：1、方案描述清楚、簡(jiǎn)練、完善，60分；2、安全措施落實(shí)，20分3、版面整潔程度，10分；4、按時(shí)完成，10分知識(shí)一電化學(xué)保護(hù)技術(shù)常用防腐蝕技術(shù)正確選用金屬材料和合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)（前面已經(jīng)介紹）電化學(xué)保護(hù)工藝防腐添加緩蝕劑采用有效的表面覆蓋層等電化學(xué)保護(hù)技術(shù)電化學(xué)保護(hù)方法是根據(jù)金屬腐蝕的電化學(xué)原理，使被保護(hù)金屬的電極電位向著有利于降低金屬腐蝕速度的方向變化，從而對(duì)金屬實(shí)施保護(hù)的方法。即通過(guò)施加外加電動(dòng)勢(shì)將被保護(hù)金屬的電位移向免腐蝕區(qū)或鈍化區(qū)，以降低腐蝕速度。電化學(xué)保護(hù)分類：陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)兩大類。陰極保護(hù)是對(duì)被保護(hù)金屬通以陰極電流，電位負(fù)移至或接近免蝕區(qū)而防止或減小腐蝕。陽(yáng)極保護(hù)是對(duì)被保護(hù)金屬通以陽(yáng)極電流，電位正移至鈍化區(qū)而減小腐蝕。一、陰極保護(hù)

1．陰極保護(hù)的原理、分類和主要參數(shù)陰極保護(hù)的原理腐蝕金屬在外部陰極電流作用下受到陰極極化而使電位負(fù)移，局部陽(yáng)極電流減小，即腐蝕速度減小。當(dāng)電極電位負(fù)移至該金屬的平衡電位時(shí)，腐蝕速度減小到零，腐蝕被完全抑制。圖3-1局部電池電流與陰極保護(hù)電流關(guān)系示意⑵分類①外加電流陰極保護(hù)法②犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法⑶主要參數(shù)①自然腐蝕電位自然腐蝕電位是未施加陰極保護(hù)時(shí)金屬的電極電位，它隨金屬材料、電解質(zhì)溶液成分、金屬的表面狀態(tài)和溫度等條件的不同而異，是陰極保護(hù)的一個(gè)參考參數(shù)，根據(jù)它可以大致判斷金屬所處的電化學(xué)狀態(tài)。經(jīng)驗(yàn)還表明，保護(hù)電位比自然腐蝕電位負(fù)200～300mV時(shí)，可以達(dá)到完全保護(hù)。②最小保護(hù)電位或保護(hù)電位金屬在電解質(zhì)溶液中陰極保護(hù)下的電位達(dá)到其局部陽(yáng)極的平衡電位時(shí)，從理論上講，可達(dá)到完全保護(hù)，這一電位稱為最小保護(hù)電位，也叫保護(hù)電位。最小保護(hù)電位是通過(guò)間接的方法求得的。即將被保護(hù)試片控制在不同電位下進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)(例如失重試驗(yàn))，電位愈負(fù)、腐蝕速度愈小。當(dāng)電位負(fù)至腐蝕速度為零時(shí)的電位值即為保護(hù)電位。某些情況下可以估算出平衡電位，從而計(jì)算出保護(hù)電位通常文獻(xiàn)中將碳鋼在土壤中的保護(hù)電位的標(biāo)準(zhǔn)定為-0.85V(Cu—CuSO4)實(shí)際中：考慮到被保護(hù)體系的電化學(xué)行為和電流效率，通常并不一定把腐蝕速度為零的電位定為保護(hù)電位，而是把腐蝕速度降到最低程度時(shí)的電位定為保護(hù)電位

③最小保護(hù)電流密度和保護(hù)電流密度對(duì)應(yīng)于最小保護(hù)電位的電流密度稱為最小保護(hù)電流密度或保護(hù)電流密度。通常是把腐蝕速度減小到最低程度時(shí)所需的電流密度定為保護(hù)電流密度減小保護(hù)電流密度和改善電流分散能力方法：陰極保護(hù)常和涂料一起聯(lián)合使用，金屬的腐蝕減小又降低了涂層剝落的傾向，延長(zhǎng)了涂層的壽命表3-1在各種介質(zhì)中的保護(hù)電流密度表3-1在各種介質(zhì)中的保護(hù)電流密度2．犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)⑴犧牲陽(yáng)極材料①鎂及鎂合金鎂的化學(xué)活潑性很強(qiáng)，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37V，和被保護(hù)金屬之間組成電偶時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓很大,適合用于電阻率高的電解質(zhì)，如純水和高阻的土壤。Mg合金對(duì)鋼鐵的驅(qū)動(dòng)電壓高，易造成過(guò)保護(hù)；與鋼鐵撞擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，因此在油輪內(nèi)部和其他含有爆炸性氣體的場(chǎng)合嚴(yán)禁使用鎂合金陽(yáng)極。實(shí)際上，鎂合金陽(yáng)極在海水中已很少使用，目前主要用于電阻率高的土壤和淡水等介質(zhì)中②鋅及鋅合金鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.76V。純鋅陽(yáng)極對(duì)雜質(zhì)含量很敏感，純度大于99.995%的鋅才可以直接作犧牲陽(yáng)極用。③鋁合金陽(yáng)極鋁的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-l.66V，純鋁由于表面極易生成氧化膜引起鈍化而降低其活性，因此只有鋁合金才作為犧牲陽(yáng)極用。鋁合金的電流效率可達(dá)80％以上，其單位質(zhì)量產(chǎn)生的有效電量大，是鋅的3倍、鎂的2倍，且其來(lái)源充足，制造工藝簡(jiǎn)單，重量輕，運(yùn)輸方表3-5鋁合金陽(yáng)極的化學(xué)成分和性能便，是一種十分有前途的犧牲陽(yáng)極。⑵犧牲陽(yáng)極的輸出電流（P69）⑶犧牲陽(yáng)極的有效壽命T=KG/gI式中T—陽(yáng)極有效壽命，a；K—陽(yáng)極的利用系數(shù)，一般取0.75；I—保護(hù)電流，A；G—陽(yáng)極重量，kg；g—陽(yáng)極消耗率，Kg/(A*a)。鎂合金的消耗率為7.2，鋅合金為11.8，鋁合金為3.8⑷犧牲陽(yáng)極的形狀和尺寸犧牲陽(yáng)極的形狀和尺寸與其用途有關(guān)：棒狀陽(yáng)極適合于容器內(nèi)部和地下構(gòu)筑物，板狀陽(yáng)極和塊狀陽(yáng)極適合于容器內(nèi)部、船舶外表面和水下構(gòu)筑物，長(zhǎng)條形陽(yáng)極適合于油船壓載艙和海上平臺(tái)

⑸地下管道犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)①被保護(hù)管道所需保護(hù)電流II=πDLi式中D—管道的直徑，m；i—保護(hù)電流密度，A／m2；I一保護(hù)電流，A；L—管道的長(zhǎng)度，m。②陽(yáng)極數(shù)量nn=aI/Ia式中a——遮蔽系數(shù)，一般為1.5--3Ia——每支陽(yáng)極輸出電液，A。③陽(yáng)極組的輸出電流大多數(shù)情況下，陽(yáng)極都是成組埋設(shè)，即將數(shù)支陽(yáng)極并聯(lián)成一組，并聯(lián)后的輸出電流并不等于各個(gè)陽(yáng)極輸出電流之和，必須采用調(diào)整系數(shù)。并聯(lián)陽(yáng)極的調(diào)整系數(shù)可查表3-6⑷陽(yáng)極的保護(hù)長(zhǎng)度計(jì)算陽(yáng)極保護(hù)長(zhǎng)度的最簡(jiǎn)單公式為L(zhǎng)=I1/πDi式中I1——犧牲陽(yáng)極實(shí)際發(fā)生的電流，A；i——保護(hù)電流密度，A／m2；L——陽(yáng)極的保護(hù)長(zhǎng)度，m；D——管道直徑，m。⑤陽(yáng)極與管道間的距離距離：一般為l．5～7．5m。距離小則回路的電阻小，輸出的電流就大，但電流分布不好，并且陽(yáng)極填充料的鹽分也容易滲到管道附近，加重對(duì)管道的腐蝕。注意：如果被保護(hù)管道溫度高，距離太近時(shí)還會(huì)影響犧牲陽(yáng)極的效率。例如鎂陽(yáng)極溫度超過(guò)30℃時(shí)自腐蝕速度就會(huì)明顯加快。對(duì)于鋅陽(yáng)極，當(dāng)溫度為70℃時(shí)，其電位變正，會(huì)出現(xiàn)和鋼管之間的極性逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。⑥犧牲陽(yáng)極的填充陽(yáng)極周圍要填充導(dǎo)電性好的物料。填充方法：將填充料包在陽(yáng)極周圍，要有約400mm的厚度，或?qū)㈥?yáng)極放在裝有足夠厚度的填充料的麻袋或布袋內(nèi)一起埋入地下，周圍要填充約300mm厚的細(xì)土，要澆水浸透。不同的陽(yáng)極要采用不同的填充料。⑹保護(hù)的工業(yè)應(yīng)用①水設(shè)備的陰極保護(hù)海水輸送泵的陰極保護(hù)：采用環(huán)氧型涂料和可拆裝式鋁合金犧牲陽(yáng)極聯(lián)合保護(hù)后，經(jīng)過(guò)2年多的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)后，泵內(nèi)部件仍十分完好。海水冷凝器的陰極保護(hù)：海水冷凝器材料為鋁黃銅，保護(hù)前使用壽命為2年。采用硫酸亞鐵預(yù)先成膜再加外加電流陰極保護(hù)，運(yùn)行4年半，僅有三根銅管泄漏②土壤設(shè)備的陰極保護(hù)土壤設(shè)備的特點(diǎn)是埋設(shè)在地下的工程很大，很難定期檢修，對(duì)它的保護(hù)一般都要求考慮達(dá)到幾十年的使用壽命。保護(hù)方法：采用涂層加陰極保護(hù)或塑料包層(俗稱黃夾克層、黑夾克層)加陰極保護(hù)的聯(lián)合保護(hù)方法。長(zhǎng)輸油管線為例作簡(jiǎn)要介紹某一長(zhǎng)輸油管線直徑為426mm，全長(zhǎng)80km，表面涂有瀝青防腐，投產(chǎn)2年多后腐蝕穿孔漏油。后來(lái)采用外加電流陰極保護(hù)，共設(shè)三個(gè)保護(hù)站，以碳鋼管作輔助陽(yáng)極，與管線的距離為440～700m，總輸出功率為103W，總電流l7．2A，平均保護(hù)電流密度為0．16mA／m2。在匯流點(diǎn)處的電位為-1．30V(Cu／CuSO4)，沿管線的電位在-0．85～1．30V之間。保護(hù)后再未出現(xiàn)腐蝕穿孔。③化工設(shè)備的陰極保護(hù)化工設(shè)備的陰極保護(hù)主要用于堿溶液、鹽類溶液和弱酸性溶液中表3-7陰極保護(hù)應(yīng)用實(shí)例表3-7陰極保護(hù)應(yīng)用實(shí)例㈡陽(yáng)極保護(hù)1.陽(yáng)極保護(hù)的原理和主要參數(shù)⑴原理⑵主要參數(shù)①維鈍電流密度IpIp代表金屬的溶解速度，所以Ip愈小愈好圖3-3典型的陽(yáng)極極化界線①致鈍電流密Ic愈小愈好。Ic愈小，則需要的直流電源的輸出額定電流就小，設(shè)備費(fèi)用也就小。工程上減小致鈍電流密度的措施：和涂料聯(lián)合保護(hù)低溫致鈍對(duì)于間歇操作的設(shè)備，可以在溫度低時(shí)先通過(guò)致鈍電流使設(shè)備鈍化，進(jìn)入鈍化區(qū)，然后升高溫度，這樣所需的電源設(shè)備只要能滿足溫度低時(shí)的致鈍需要就行了逐步致鈍逐步致鈍適合于間歇操作的細(xì)而高(即高徑比大)的化工設(shè)備③鈍化區(qū)寬度鈍化區(qū)寬度(即EcD區(qū)電位寬度)愈寬愈好。愈寬則對(duì)恒電位儀的控制精度要求就愈低。鈍化區(qū)寬的真正優(yōu)越性是可以獲得較好的分散能力⑶不同腐蝕體系和陽(yáng)極保護(hù)的關(guān)系金屬材料和不同介質(zhì)所形成的腐蝕體系具有不同的極化曲線形式。⑷陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)①輔助陰極對(duì)輔助陰極材料的要求是：在陰極電流作用下耐腐蝕和具有較高的強(qiáng)度表3-8現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的部分輔助陰極材料③直