阴极保护

阴极保护的基本知识 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。美国腐蚀工程师协会（NACE）对阴极保护的定义是：通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。牺牲阳极阴极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属,如铝、锌或镁。阳极材料不断消耗,释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化，从而实现保护。外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流，使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。 保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止（或可忽略）时所需的电位。实践中，钢铁的保护电位常取-0.85V（CSE），也就是说，当金属处于比-0.85V（CSE）更负的电位时，该金属就受到了保护，腐蚀可以忽略。 阴极保护是一种控制钢质储罐和管道腐蚀的有效方法，它有效弥补了涂层缺陷而引起的腐蚀，能大大延长储罐和管道的使用寿命。根据美国一家阴极保护工程公司提供的资料，从经济上考虑，阴极保护是钢质储罐防腐蚀的最经济的手段之一。 　　网状阳极阴极保护方法 网状阳极阴极保护方法是目前国际上流行且成熟的针对新建储罐罐底外壁的一种有效的阴极保护新方法，在国际和国内都得到了广泛应用。网状阳极是混合金属氧化物带状阳极与钛金属连接片交叉焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。阳极网预铺设在储罐基础中，为储罐底板提供保护电流。 　　网状阳极保护系统较其它阴极保护方法具有如下优点： 1) 电流分布均匀，输出可调，保证储罐充分保护。 2) 基本不产生杂散电流，不会对其它结构造成腐蚀干扰。 3) 不需回填料，安装简单，质量容易保证。 4) 储罐与管道之间不需要绝缘，不需对电气以及防雷接地系统作任何改造。 5) 不易受今后工程施工的损坏，使用寿命长。 6) 埋设深度浅，尤其适宜回填层比较薄的建在岩石上的储罐。 7) 性价比高，造价仅为目前镁带牺牲阳极的1倍；虽然长期由恒电位仪提供电流，但其可靠性，寿命和综合经济效益远高于牺牲阳极； 　　深井阳极阴极保护 　　深井阳极阴极保护是近年来兴起的一种阴极保护方法，采用的阳极与浅埋基本相同，但施工较浅埋阳极复杂得多，且一次性投资比较高，调试比较麻烦。现场是否适合采用深井保护还需考虑当地的地质情况、地层结构以及周围金属构筑物的分布情况。但从其保护效果及投资来说，推荐在需要对整个大型罐区和埋地管网进行保护时采用。深井阳极也可用于保护长输管道，但由于现场施工复杂等原因，一般很少采用。 　　柔性阳极产品 柔性阳极亦称缆形阳极，是一种新型阳极，早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发，目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。 该阳极的基本结构为铜芯外面包裹导电聚合物及耐酸碱编织层，然后经过特殊的工艺处理，使之具有耐热、抗老化的性能，在允许在工作电流范围内，其工作寿命预期可达40年以上。这种结构，铜芯确保了纵向低电阻，可以把电流传到很远；而且导电聚合物确保了横向有一较高电阻接地，使铜芯中的电流只能慢慢地“滴入”地中。柔性阳极产品和常规辅助阳极相比，柔性阳极在下列领域具有优越性： ①覆盖层老化的旧管道； ②错综复杂的管网； ③储罐罐底外壁； ④长距离、小间距平行的管道； ⑤高电阻率环境。

一、腐蚀电位或自然电位 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子，我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护。相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V）金 属 电位（CSE）高纯镁 -1.75镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60锌 -1.10铝合金(5%Zn) -1.05纯铝 -0.80低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50铸铁 -0.50混凝土中的低碳钢 -0.20铜 -0.20 在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管道腐蚀电位低，旧管道电位高，电子从新管道流向旧管道，新管道首先腐蚀。同一种金属接触不同的电解质溶液（如土壤），或电解质的浓度、温度、气体压力、流速等条件不同，也会造成金属表面各点电位的不同。二、参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极。饱和硫酸铜参比电极电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，在阴极保护领域中得到广泛采用。不同参比电极之间的电位比较：土壤中或浸水钢铁结构最小阴极保护电位（V）被保护结构 相对于不同参比电极的电位 饱和硫酸铜 氯化银 锌 饱和甘汞钢铁（土壤或水中） -0.85 -0.75 0.25 -0.778钢铁（硫酸盐还原菌） -0.95 -0.85 0.15 -0.878三、阴极保护 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即，牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100欧姆.米）的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。本人认为，产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。2、外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。

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