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​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

文章来源:admin 更新时间:2019/03/12

  

阴极保护是一种用于防止金属在电介质(海水、淡水及土壤等介质)中腐蚀的电化学保护技术,该技术的基本原理是对被保护的金属表面施加一定的直流电流,使其产生阴极极化,当金属的ag平台现金网电位负于某一电位值时,腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。据国外的统计表明,每年由于腐蚀而报废的金属材料,相当于金属产量的20—40%,全世界每年因为腐蚀而损耗的金属多达1亿吨以上。据有关机构调查,金属的腐蚀直接和间接给人类社会造成的经济损失,美国为国民经济总值的4.2%,英国为国民经济总值的3.5%,日本为国民经济总值的1.8%。阴极保护便能解决这一问题,使得金属原子不会因为失去电子而变成了离子溶入溶液。下面小编来为大家介绍阴极保护的参数、基本方法、进行阴极保护的条件、电位的测试、投入前的准备和验收工作。

​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

阴极保护的参数

一、自然电位

自然电位是金属埋入土壤后,在无外部电流影响时的结构对地电位。自然电位随着金属结构的材质、表面状况和土质状况,含水量等因素不同而异,一般有涂层埋地管道的自然电位在-0.40~0.70V CSE之间,在雨季土壤湿润时,自然电位会偏负,一般取平均值-0.55V CSE。

二、最小保护电位

金属达到完全保护所需要的最低电位值。一般认为金属在电解质溶液中,极化电位达到阳极区的开路电位时,就达到了完全保护。

三、最大保护电位

保护电位不是越低越好,它是有一个限度的。过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气,造成涂层与管道脱离,即阴极剥离。它不仅使防腐层失效,而且电能大量消耗,碱性环境会加速防腐层的老化。氢原子的析出还可导致金属管道发生氢鼓包进而引发氢脆断裂,所以必须将电位控制在比析氢电位稍正的电位值,此点位称为最大保护电位,超过最大保护电位时称为“过保护”。

四、最小保护电流密度

使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度,称作最小保护电流密度,其常用单位为mA/㎡。处于土壤中的裸露金属,最小保护电流密度一般取10mA~30mA/㎡。

五、瞬间断电电位

在断掉被保护结构的外加电源或牺牲阳极0.2~0.5秒中之内读取得结构对地电位。由于此时没有外加电流从介质中流向被保护结构,所以,所测电位为结构的实际极化电位,不含IR降(介质中的电压降)。由于在断开被保护结构阴极保护系统时,结构对地电位受电感影响,会有一个正向脉冲,所以,应选取0.2~0.5秒之内的电位读数。

六、IR降

前面我有提到IR降这个词,可能好多朋友不懂这个是什么,在这里我就具体给大家解释一下。由于阴极保护电流在土壤中流动而引起的电压降称为“IR”。在日常进行管理保护电位测量时,所测电位由管道的自然电位、阴极极化、土壤中IR组成。为了有效评价阴极保护状况,我们所关心的是管道的极化电位(不含IR降),因此,必须消除测量中的IR降,才能知道管道的实际极化电位。

​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

七、通电电位

阴极保护系统正常工作时测量到的管道电位。其中含有自然电位、IR降、阴极极化。

八、阴极极化

管道施加阴极保护后,管道电位自然电位向负电位偏移,该偏移量成为阴极极化。


阴极保护的基本方法

一、牺牲阳极法

它是由一种比被保护金属电位更负的金属或合金与被保护的金属电连接所构成。在电解液中, 牺牲阳极因较活泼而优先溶解,释放出电流供被保护金属阴极极化,实现保护。

​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

作为牺牲阳极材料,必须能满足以下要求:

1、要有足够负的稳定电位;

2、自腐蚀速率小且腐蚀均匀,要有高而稳定的电流效率;

3、电化学当量高,即单位重量产生的电流量大;

4、工作中阳极极化要小,溶解均匀,产物易脱落;

5、腐蚀产物不污染环境,无公害;

6、材料来源广,加工容易,价格低廉。

常用的牺牲阳极品种有镁基、锌基和铝基合金3类。

二、强制电流法

它是由外部的直流电源直接向被保护金属通以阴极电流,使之阴极极化,达到阴极保护的目的。它由辅助阳极、牺牲阳极、直流电源和相关的连接电缆所组成。辅助阳极的功能是把保护电流送入电解质流到保护体上,故阳极工作时处在电解状态下。

​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

对辅助阳极的基本要求有:

1、导电性好;

2、排流量大;

3、耐腐蚀,消耗量小,寿命长;

4、具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击震动;

5、容易加工、便于安装;

6、材料易得、价格便宜。

按阳极的溶解性能,辅助阳极可分为:可溶性阳极(如钢、铝)、微溶性阳极(如高硅铸铁、石墨)、不溶性阳极(如铂、镀铂、金属氧化物)3大类。

直流电源是强制电流的动力源,它的基本要求是稳定可靠,能长期连续运行,适应各种环境条件。常见的直流电源有:整流器、恒电位仪、恒电流仪、热电发生器、密闭循环蒸汽发电机(CCVT)、太阳能电池、风力发电机、大容量蓄电池等。

三、排流保护

在有杂散电流的环境中,利用排除杂散电流对被保护构筑物施加阴极保护称为排流保护,通常排流方法有3种:

1、直接排流

当杂散电流干扰电位极性稳定不变时,可以将保护体和干扰源直接用电缆相连,排除杂散电流。这种方法简单易行,但如选择不当,会造成引流,加大杂散电流。

2、极性排流

当杂散电流干扰电位极性正负交变时,可通过串入二极管把杂散电流排回干扰源,由于二极管具有单向导通性能,支允许杂散电流正向排出,负向保留作阴极保护用。此法是目前广泛使用的排流法。

3、强制电流

上述二种方法,只有在排流时才能对保护体施加保护,而不排流期间,保护体就处于自然腐蚀状态,因而又出现了第三种排流方法——强制电流。强制电流就是通过整流器进行排流。当有杂散电流存在时利用排流进行保护,当无杂散电流时用整流器供给保护电流,使保护体处于阴极保护状态。通常使用恒电位仪进行强制电流,在有排流保护时最好也留有少量保护电流输出。

​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

进行阴极保护的条件

要进行阴极保护,需要满足一下几个特质:

1、首先,腐蚀介质要具备导电性,这样才能产生完整的电路。我们常见的土壤、水还有酸碱盐溶液都具有导电性所以能够进行阴极保护。但是气体则没有导电性,所以不能进行阴极保护。但是近年来科技不断发展,科研力度也在加强,在特定的情况下气体也能进行阴极保护。从本质上来说,是在被保护的金属表面上涂上一层导电的固体电解质,才能够进行阴极保护。

2、其次,被保护的金属在进行阴极保护的时候进行阴极极化的速度要快,如果速度太慢那么就会消耗很多电量,对于阴极保护的进行就会非常不利。不少金属都能够用来阴极保护,比如说钢铁、铜、铝、铅等。在这个过程里面,阴极反应会让极附近溶液的PH指上升。一些和铝、铅这样的两性金属极有可能很快被腐蚀,产生不良后果。所以,在对两性金属进行阴极保护的时候,负电位一几何上的”屏蔽作用”,避免出现各种负效应。举例来说,对于大型储罐的罐底进行保护,采用周边浅埋阳极时,会出现罐底边缘电位过负的状况,但是罐中心的部分没有达到最小保护电位。

3、还有,要想进行阴极保护就必须要满足电绝缘的条件,要想让电流的密度下降,就需要用到盖层绝缘。如果被保护的金属和没有被保护的金属没有进行电绝缘,那么很多电流就会浪费,为了避免这样的状况,电绝缘就必须要用到,这就可见电绝缘是非常重要的。同时,在阴极保护当中,被保护金属之间的点连续性也是不可缺少的。因为阴极保护的进行会涉及到安全问题,所以它的应用范围会受到一定的限制。


阴极保护电位的测试

一、准备

工用具:便携式参比电极、数字万用表、铁锹。

二、检查

1、检查确认便携式参比电极内部必须为饱和硫酸铜溶液(液体和硫酸铜固体并存),并充满容积的1/2以上。

2、检查确认数字万用表灵敏可靠。

​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

三、操作

1、测试前清理干净参比电极底端的固体和杂质,将参比电极插入管道顶部上方1M范围的地表潮湿土壤中,保持参比电极与土壤电接触良好。

2、打开数字万用表,将量程选择在直流2V电压测试档,将黑色探针接在参比电极上,红色探针接在测试桩接线柱上,读取测量数据,并记录。如发现保护电位达不到或超过允许范围时,及时向上级领导汇报。

3、对于腐蚀比较严重的地段,测试时应在管道上方距测试点1M左右挖一安放参比电极的深坑,将参比电极置与距管壁3~5CM的土壤上,用电压表调至适当量程,测量数据。

​阴极保护的参数与基本方法有哪些?进行阴极保护的条件是什么?

4、测量强制电流阴极保护受辅助阳极地电场影响的管段,应将参比硫酸铜电极朝远离地电场源的地方逐次安放在地表上,第一个安放点距管道测试点不小于10米。以后逐次移动10米,用数字万用表测量电位,当相临两个安放点测试的电位差小于5mV时,参比电极不再往远方移动,取最远处的管地电位值为该点的管道对远方大地的电位值。

5、认真记录测量数据,并按要求上报。

四、注意事项

1、保护电位测试采用地表参比法。每月对沿线所有电位桩检测一次,将所测数据汇总成表,对远传数据进行校核。

2、当管道有过保护或保护不到时,应及时调整两端阴保站内仪器的电位输出,并加强沿线电位测试工作,调整仪器期间应每天测试一次,直到沿线各测试桩电位稳定在-0.85~-1.5V时为止。

3、测试过程中若发现管道上某段电位有陡降现象时,应认真观察周围环境,查找沿管道施工或管道防腐层破坏等原因,及时向上级领导汇报,并协助处理。


阴极保护投入前的准备和验收工作

一、阴极保护投入前对被保护管道的检查

1、没有绝缘就没有保护。为了确保阴极保护的正常运行,在施加阴极保护电流前,必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检查管道的绝缘接头的绝缘性能是否正常;管道沿线布置的设施如阀门、闸井均应与土壤有良好的绝缘;管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确的绝缘处理措施。管道在地下不应与其他金属构筑物有“短接”等故障。

2、管道表面防腐层应无漏敷点,所有施工时期引起的缺憾和损伤,全部应该在施工验收时使用PCM检漏仪或音频检漏仪进行检测,修补后回填。

3、管道导电性检查:对被保护管道应具有连续的导电性能。

二、对阴极保护施工质量的验收

1、检查对阴极保护间内所有电气设备的安装是否符合《电气设备》的要求,各种接地设施是否完成,并符合图纸设计要求。

2、对阴极保护的站外设施的选材、施工是否与设计一致。对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的施工与连接应严格符合规范要求。尤其是阳极引线接阳极地床,管道汇流点接负极,要认真核对,严禁电极接反。

3、图纸、设计资料齐全完备。

三、阴极保护投入运行

1、组织人员测定全线管道自然电位、阳极地床的自然电位、土壤电阻率、各站阳极地床接地电阻。同时对管道环境有一个比较详尽的了解,这些资料需要全部分别记录整理,存档备用。

2、阴极保护站投入运行:按照直流电流操作程序给管道送电,使管道电位保持在-1.25V CSE左右,呆管道阴极极化一段时间后开始测试直流电源输出电流、电压、通电点电位、管道沿线通电电位等。若个别管段保护电位过低,则需要再适当调节通电点电位至全线阴极保护电位达到保护电位为止。

3、保护电位的控制:各站通电点电位的控制数值,应能保证相邻两站之间的管道保护电位达到-0.85V CSE,同时,各站通电点最负电位不允许超过规定数值。调节通电点电位时,管道上相邻阴极保护站间加强联系,保证各站通电点电位均衡。由于测量瞬间断电电位需要同时通断电源,程序繁琐,建议在汇流点处以及两个阴极保护站的中间位置安装极化探头,用来测量极化电位。

4、当管道全线达到最小阴极保护电位指标后,投运操作完毕。各阴极保护站进入正常连续工作阶段。应在30天之内,进行全线近间距电位测量,以确保管道各点达到阴极保护规范要求。以后要每五年进行间距电位测量,之间要多次进行测试桩管道通电电位、套管、绝缘接头的电位测量。


上述是小编为大家讲解的阴极保护的参数、基本方法、进行阴极保护的条件、电位的测试、投入前的准备和验收工作。希望这些知识能够加深大家对阴极保护的理解!当然,在许多情况下,只有选用耐腐蚀材料和应用腐蚀防护措施,工业装置与构筑物才会获准建造。如果没有阴极保护,或者没有诗意的防腐层作为有效的阴极保护的先决条件,那么长距离输送石油与天然气将是不可能的。在所有这些应用之中,腐蚀防护提供的安全防护取决于防腐措施的效果。不仅要在调试阶段正确安装防护系统,而且在操作过程中,必须持续或者定期监控防护系统,在这方面,监控所用的测量方法非常重要。采用防腐层的钝化保护加上阴极保护实现达到腐蚀损坏的最大程度的安全防护。

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