埋地管道的阴极保护.ppt

第三章埋地管道的阴极保护

第一节概述

1940年英国应用了牺牲阳极阴极保护，德国和日本分别是在1950年和1946年开始研究电化学保护理论的，并开始了煤气管道的阴极保护。阴极保护技术在我国石油管道上的应用研究始于1958年。到了60年代初期，在新疆、大庆、四川等油气管道上陆续推广了阴极保护技术。70年代，我国的长输管道已广泛采用了阴极保护。
目前，国外阴极保护技术已做到了法律化。标准化，比较重要的有《美国气体管道联邦最低安全标准》、德国的《长输管道运输危险液体的规定》、NACE的《埋地及水下金属管道外腐蚀控制推荐作法》等。中国的第一部管道防腐蚀技术标准是SYJ7-84钢质管道和储罐防腐蚀工程设计规范》。第一部法规是国务院1989年颁布的《石油、天然气管道管理条例》，条例首次将管道阴极保护的要求列入了管理的内容。目前，国内一万七千余公里的长距离油气管道已经全部采用了阴极保护，为国民经济的发展提供了保障。一、阴极保护原理
用图3-l的极化图解可以清楚地说明阴极保护的工作原理。以外加电流的阴极保护为例，暂不考虑腐蚀电池的回路电阻，则在未通电流保护以前，腐蚀原电池的自然腐蚀电位为E，相应的最大腐蚀电流为IC。通上外加电流后，由电解质流入阴极的电流量增加，由于阴极的进一步极化，其电位将降低。如流入阴极电流为ID，则其电位降至E′，此时由原来的阳极流出的腐蚀电流将由IC降至I′。ID与I′的差值就是由辅助阳极流出的外加电流量。为了使金属构筑物得到完全保护，即没有腐蚀电流从其上流出，就需进一步将阴极极化到使总电位降至等于阳极的初始电位EAO，此时外加的保护电流值为IP。从图上可以看出，要达到完全保护，外加的保护电流要比原来的腐蚀电流大得多。显然，保护电流IP与最大腐蚀电流IC的差值决定于腐蚀电池的控制因素。受阴极极化控制时，二者的差值要比受阳极极化时小得多。因此，采用阴极保护的经济效果较好。
二、阴极保护的方法
实现阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法。由于杂散电流排除过程中，在管道上保留有一定的负电位，使管道得到了阴极保护，所以排流保护也是一种限定条件下的阴极保护方法。1.牺牲阳极法
在腐蚀电池中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。利用这一原理，以牺牲阳极优先溶解。使金属构筑物成为阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极法（图3-2）。为了达到有效保护，牺牲阳极不仅在开路状态（牺牲阳极与被保护金属之间的电路未接通）有足够负的开路电位（即自然腐蚀电位），而且在闭路状态（电路接通后）有足够的闭路电位（即工作电位）。这样，在工作时可保持足够的驱动电压。驱动电压指牺牲阳极的闭路电位与金属构筑物阴极极化后的电位两者之差，亦称为有效电压。作为牺牲阳极材料，必须具有下列条件：
(1)要有足够的负电位，且很稳定；
(2)工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱
落；
(3)阳极必须有高的电流效率，即实际电容量和理论电容量之比的百分数要大；
(4)电化当量高，即单位重量的电容量要大；
(5)腐蚀产物无毒，不污染环境；
(6)材料来源广，加攻容易，价格便宜。在土壤环境中常用的阳极材料有镁和镁合金、锌和锌合金；在海洋环境中还有铝合金。这三类牺牲阳极已在世界范围内广泛应用。
2.强制电流法
根据阴极保护的原理，用外部的直流电源作阴极保护的极化电源，将电源的负极接管道（被保护构筑物），将电源的正极接至辅助阳极，在电流的作用下，使管道发生阴极极化，实现阴极保护（图3-2）。强制电流法的电源常用的有整流器，还有太阳能电池、热电发生器、风力发电机等。辅助阳极的常用材料有高硅铸铁、石墨，磁性氧化铁及废钢铁等。强制电流法是目前长距离管道最主要的保护方法。
3.排流保护
当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道的阴极极化，这时杂散电流就成了阴极保护的电流源。但排流保护是受到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直接排流、极性排流、强制排流三种形式。各种形式都有一定的局限性。当对被保护构筑物选用阴极保护方式时主要考虑的因素有：
（1）保护范围的大小：大者强制电流优越，小者牺牲阳极经济；
（2）土壤电阻率的限制：电阻率太高不宜采用牺牲阳极；
（3）周围邻近的金属构筑物：有时因干扰而限制了强制电流的应用；
（4）覆盖层的质量：对于覆盖层太差或裸露的金属表面，因其所需保护电流太大而使牺牲阳极不适用；
（5）可利用的电源因素；（6）经济性。
表3-1是阴极保护与排流保护的比较。
三、阴极保护参数
在图3-1中，可以看到与阴极保护相关的几个参数：自然腐蚀电位、保护电位、保护电流（可以换算成电流密度）。正确选择和控制这些参数是决定保护效果的关键。为了直观。定量地比较阴极保护的效果，有时还要引用阴极保护保护度参数。而在实际保护中入们仅把保护电位作为控制参数，因为它受自然腐蚀电位和保护电流所控制，而且在实践