陰極保護
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-06
陰極保護的實例教程
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 石油化工腐蝕與防護 勝利油田
作 者 | 楊超等
關鍵詞 | 陰極保護 應用現狀
共 2475 字 | 建議閱讀時間 11 分鐘
導 讀
目前陰極保護與涂層協同保護已經廣泛應用于管道的腐蝕防護上。防腐層作為管道防護的第一道防線，將管道與腐蝕性介質隔開，并且保護管道不受外力機械損傷；而當防腐層出現破損時，此時陰極保護作為第二道防線，保證管道破損處不受腐蝕影響。陰極保護主要包括外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。對于不同防腐層的管道來說，SY/T 0036中指出了所需要的最小陰極保護電流密度：就目前應用廣泛的3PE防腐層(1MΩ·m2)來說，金屬管道保護需要的陰極保護電流密度小于10μA/m2，一方面，防腐層極大地減小了陰極保護系統的輸出電流；另一方面，由于較高的防腐層電阻率，使得陰極保護電流更加均勻，能夠保護更長的管道。因此，從長輸管道陰極保護、集輸管網陰極保護和站場區域陰極保護三個方面進行了討論，提出了陰極保護后續需要研究的四個問題。
陰極保護設計
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長輸管道陰極保護
經過多年的發展，長輸管道的外加電流陰極保護已經形成了完整的計算、設計體系，長輸管道的陰極保護示意圖如下。
展開 3、氣相緩蝕劑
這類緩蝕劑是揮發性很高的物質，含有緩蝕基團，一般用來保護貯藏和運輸中的金屬零部件，以固體形態應用居多。它的蒸汽被大氣中的水分解出有效的緩蝕基團，吸附在金屬表面，達到減緩腐蝕的目的。另外，它也是一種吸附性緩蝕劑，被保護的金屬表面不需要除銹處理。
4.陰極保護
陰極保護是依靠外加直流電流或犧牲陽極，使被保護金屬成為陰極，從而減輕或消除金屬的腐蝕的方法。因為在應用陰極保護之前，大多數產生腐蝕的金屬結構上都存在著陰極區和陽極區，如果能把所有的陽極區都變成陰極區，整個金屬構件變成陰極，也就達到了消除腐蝕的目的。對于一個具體的工程，在選擇陰極保護系統之前，應考慮的問題很多。
1、所需總保護電流
進行陰極保護，必須知道所需的總電流。這可用臨時的試驗裝置來測定電流的需要量。若所需要的保護電流不大（小于1.5~2A），最好選用犧牲陽極保護，如果所需保護電流較大，采用外加電流保護比較經濟。
2、環境的變化
在透氣性較差的土壤中，金屬相對容易極化，若在氧容易到達結構表面的土壤中，結構要極化需要較大的電流。另外，土壤電阻率最低的地方是最適合于安裝四聲陽極或外加電流系統的陽極。水的運動有顯著的作用，若水靜止，保護電流可取較小值。相反，湍流的水能沖刷結構表面，因此需要極強的機械去極化作用。
3、電的屏蔽
對間距小、結構復雜，且進行陰極保護的構件，很容易發生電的屏蔽作用。從遠處陰極保護電源來的電流，很容易被外層構件所吸收，只有少量電流能達到內層構件中，于是外層構件就形成了一種電的屏蔽。此時，陰極的數量和配置應盡量做到與被保護結構的各部位距離大致相等，使電流的分散更加均勻。
4、經濟因素
使用陰極保護時，應考慮陰極保護在經濟上是否合算。
展開 4.4經濟因素
使用陰極保護時，應考慮陰極保護在經濟上是否合算。如果陰極保護是解決腐蝕問題的經濟辦法，那么選擇的陰極保護系統應該是成本最低的，且其中需要考慮設計和安裝成本、電源成本以及系統維護的成本。
4.5保護壽命
設計時，應該知道被保護結構預期的使用期限。在實際應用陰極保護的地方，應該使陰極保護系統的設計壽命與被保護結構的壽命相同，壽命過低，保護效果不好，過高會增加成本，造成浪費。
4.6雜散電流的影響
在設計陰極保護系統之前，必須了解該地區是否有雜散電流。它主要來自電氣化鐵路、采礦機械、電焊等直流電源。雜散電流使被保護結構產生很快的腐蝕，通常比其他環境因素引起的腐蝕更加嚴重。因此，在設計陰極保護時，應該很好地選擇陽極系統的位置，盡量避開雜散電流。
4.7溫度
溫度會改變介質的電阻，由于土壤和水的電阻通常是隨著溫度的升高而降低的。熱帶海水電阻比寒冷地區的同樣海水的電阻低很多就是這個原理。
4.8犧牲陽極材料
適合做犧牲陽極的材料有鋁、鎂、鋅。陽極材料可以澆鑄成多種不同形狀的犧牲陽極，以滿足陰極保護設計的需要。
4.9外加電流陽極
用于外加電流陰極保護系統的陽極，最好在輸出電流時有一個符合實際的最低的腐蝕率。廢鋼管、棒及類似的廢鋼材料都可以用作外加電流保護系統的陽極，雖然消耗較多，但來源十分廣泛。總之，陰極保護比較適宜于腐蝕性不太強的介質，如海水、土壤、中性鹽溶液等，在強腐蝕性介質中，由于電能與護屏材料消耗太大，一般不采用。
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陽極保護
以設備作為陽極，從外部通入電流，一般將加速腐蝕，且腐蝕電流隨陽極極化而增大。
展開 埋地金屬管道陰極保護技術
3. 6電化學保護
金屬- 電解質溶解腐蝕體系受到陰極極化時, 電位負移, 金屬陽極氧化反應過電位減小, 反應速度減小, 因而金屬腐蝕速度減小, 稱為陰極保護效應。電化學 (陰極) 保護法分兩種: 外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。
犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接, 并處于同一電解質中, 使該金屬上的電子轉移到被保護金屬上去, 使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。該方式簡便易行, 不需要外加電源, 很少產生腐蝕干擾, 廣泛應用于保護小型 ( 電流一般小于1A) 金屬結構。對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓, 失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導電的硬殼, 限制了陽極的電流輸出。
外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極, 迫使電流從介質中流向被保護金屬, 使被保護金屬結構電位低于周圍環境。該方式主要用于保護大型金屬結構。
近些年來, 深海環境下材料及構件陰極保護的研究受到了格外的重視。陰極保護可以采用犧牲陽極方式, 也可以采用外加電流方式。從可靠性和管理維護等方面來看, 以犧牲陽極型的陰極保護居多。
腐蝕、生物侵蝕和污染使海洋建筑物付出極大代價。世界近海工程的發展推動了這方面的研究工作。新的陰極防護系統和先進的保護涂料得到了發展, 后者包括特殊的抗污染的化合物和防腐摻合劑。腐蝕作用隨環境不同而呈現出巨大差異。
世界各國對艦船的腐蝕問題給予了高度重視, 如美國海軍艦船通用規范等都提出了采用陰極保護與涂層聯合防腐蝕的措施, 并對方案設計、設備選型、系統安裝、調試驗收、日常維護進行了詳細的規定。
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陰極保護的最新內容
</p><p><strong>三、經典重度防腐涂層系統案例</strong></p><p>一個典型的重防腐系統通常包括：</p><p>? 底漆層：提供陰極保護（比如電泳）和基礎附著（磷化）。</p><p>? 中間漆：增加厚度，屏蔽腐蝕介質。</p><p>? 面漆：抵抗環境侵蝕，提供美觀效果。
7.馬氏體鋼鍍鋅層可提供陰極防腐保護。
8.由于馬氏體鋼的碳當量（Ceq值或 C.E.值）較低，因而具有比熱成形鋼PHS更好的焊接性能。
冷成形工藝注意事項
1.冷成形工藝不能加工高度復雜的形狀。
必須對回彈及補償進行準備，日本和其他國家已證明可以做到這一點：請參見下一節以及下面的"回彈補償"。
擅長領域：燃料電池、鋰離子電池、儲能材料、電化學等模擬與設計、陰極保護模擬、電池集流設計等。
系泊纜及錨鏈設計過程中主要考慮以下內容：
布置與選型，通常根據水深選擇錨鏈形式，根據油輪噸級設計系泊纜參數
采用耦合分析方法（考慮錨鏈、浮筒和船舶的相互作用）對強度及疲勞進行校核，目前常用的系泊分析軟件包括Araine，Aqwa，Moses，Orcaflex和Sesam等
（4）防腐
防腐設計主要包括涂裝和陰極保護
3. 6電化學保護
金屬- 電解質溶解腐蝕體系受到陰極極化時, 電位負移, 金屬陽極氧化反應過電位減小, 反應速度減小, 因而金屬腐蝕速度減小, 稱為陰極保護效應。電化學 (陰極) 保護法分兩種: 外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。
d) 腐蝕防護層的失效：防腐層的完整性對一些腐蝕敏感材料起了重要的保護作用，在很多腐蝕事故調查結果中，防腐涂層、陰極保護、緩釋劑等腐蝕防護層的失效，導致了基體的快速腐蝕，最終釀成事故。
e) 位置：例如管線架設是否合理，是否方便檢測檢驗和維修，這些有可能成為腐蝕事故發生的間接原因。
并且鑒于推進系統發生的腐蝕問題，美國Austal船廠在之后新建的“獨立級”上都使用了新型防腐涂層材料，并加裝外加電流陰極保護系統。據稱，“獨立級”的“科羅納多號”等后續瀕海戰斗艦都將采用這一腐蝕防護方案。
將其加入到環氧富鋅漆中，可在涂料中形成網狀導電結構，提高鋅粉的利用率，加強鋅粉對鋼板的陰極保護作用，具有更佳的保護效果。有研究表明，在環氧富鋅防腐涂料中添加 1.0%的石墨烯，可使耐鹽霧性從 624h 提高到 2500h，防腐性能提高明顯。田振宇等研究了石墨烯在重防腐涂料中的應用。
如果陰極保護是解決腐蝕問題的經濟辦法，那么選擇的陰極保護系統應該是成本最低的，且其中需要考慮設計和安裝成本、電源成本以及系統維護的成本。
4.5保護壽命
設計時，應該知道被保護結構預期的使用期限。在實際應用陰極保護的地方，應該使陰極保護系統的設計壽命與被保護結構的壽命相同，壽命過低，保護效果不好，過高會增加成本，造成浪費。
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地下燃氣用聚乙烯塑料管或沒有陰極保護的中壓鋼管，每2年不得少于1次。
