腐蚀与防护 第7章 腐蚀控制方法

27
阴极保护造成杂散电流腐蚀的防护方法：
最好的方法是在设计时将附近的管道和设施都纳入
阴极保护系统，一道进行保护。
提高管道相交段的绝缘等级，或涂覆新的绝缘层，
以避免杂散电流流入。涂覆长度一般10m左右。
在多管道地区，最好采用多个阳极站每个站的保护 电流较小，阳极离被保护管道较近，以缩小保护电 流范围。
V1 V2 Z 100% V1
V1---保护前的腐蚀速度
V2---保护后的腐蚀速度
11
需要指出的是：要使腐蚀速率完全降到 零，实际上将要消耗很大的电流，甚至
发生了强烈的析氢腐蚀时，腐蚀率仍将
不到零。因此要想达到最小保护电流密度是不现实
的。所以说“有效保护”比“完全保护”更合适。 实际 上，阴极保护设计与使用合适的话，保护度可达到
第六章
主要内容
腐蚀控制方法
重点掌握阴极保护和阳极保护
熟悉联合防腐措施 了解衬里、涂料、镀层、缓蚀剂等防腐方法
1
目前工程上常用的几种方法： 金属或非金属材料涂层
•金属涂层包括：金属衬里、金属镀层、复合金属板等
•非金属涂层包括：衬里（橡胶、塑料、石墨）、搪瓷、搪 玻璃、涂料等
电化学保护：阴极保护和阳极保护 防腐蚀结构设计 介质处理：添加缓蚀剂
EK0
IA 1 IC IK 1 IK 2
5
I
阴极保护原理的极化图分析
继续增大外加阴极 电流，直到阴极极化使 金属的电位移至阳极的 初始电位EA0，此时金属 上的阳极溶解电流
IA=0 即阳极腐蚀溶解停止。金 属得到保护。
-E
EA0 EA1 EC N a b
S
EK0
IA 1 IC IK 1 IK 2
6
联合保护时 裸露部分的金属表面，由于获得 集中的保护电流而得到阴极保护，则可以弥补涂层 的缺陷，防止涂层劣化，可大大延长设备的检修周 期。
24
例如，某油田的地下输油管道，在单独使用涂料 防腐时，不到三年发生穿孔漏油，造成停产。在采用 涂层与阴极保护联合防腐后，五年多未发现腐蚀穿孔 现象。
2.阴极保护和缓蚀剂联合防腐 采用缓蚀剂防腐 是为了加入少量某些物质，能使 金属腐蚀程度大为降低，甚至停止。但在有些情况下， 单独使用缓蚀剂效果不好，或使用量太大，不经济。 联合防腐 发电厂列管式海水凝汽器黄铜管的腐蚀， 主要是黄铜脱锌引起的穿孔腐蚀破坏。在海水中只加 缓蚀剂FeSO4，防腐效果不好；若单独采用阴极
设计时，应该知道被保护结构预期的使用期限。 在实际应用阴极保护的地方，应该使阴极保护系统的 设计寿命与被保护结构的寿命相同。寿命过低，保护 效果不好；过高，则会增加成本，造成浪费。 15
6.杂散电流的影响
在设计阴极保护系统之前，必须了解该地区是否 有杂散电流。它主要来自电气化铁路、采矿机械、电 焊等直流电源。杂散电流使被保护结构产生很快的腐 蚀，通常比其它环境因素引起的腐蚀更加严重。在设 计阴极保护时，应该很好地选择阳极系统的位置，尽 量避开杂散电流。 7.温度
值应大于（4）的计算值。
8. 若为地下保护，应根据阳极性质和土壤条件确定牺
牲阳极的回填料。
9. 设计电联接方式和绝缘结构。 10. 选定参比电极和电位测量仪表，设计检测点和测 量接线。
22
（二）外加电源法设计
1. 确定保护电流密度、保护电位和保护效果。 2. 计算所需保护电流强度。 3. 选择合适的辅助阳极材料。
N
a
S
b
IA 1
IC
IK 1 IK 2
I
7
二、阴极保护电源来源
1.牺牲阳极 如：前面讲过的电偶腐蚀，两种不同金属中电位 负的为阳极，受到腐蚀。这样的金属我们称之为牺牲 阳极。
牺牲阳极上的电位低于被保护金属，它输出的电 流流经介质流向被保护金属结构。这就要求牺牲阳极 必须与被保护金属结构保持电接触。这是一种较简单 的阴极保护方法。
护电流Ip(A)，求出所需阳极总重量W(kg):
W a I p T R
式中：a 为安全系数，一般取1.1~1.25。
5. 根据保护电流 Ip 和每个牺牲阳极的发生电流量 Io，
计算出理论上所需阳极个数 n 。
n I p / I0
考虑到分散能力，计算个数时需加入修正系数。
21
6. 根据分散能力和保护半径决定阳极布置。 7. 复验阳极重量。根据阳极个数和单重计算总重，该
10
过保护：由于保护电流密度过大或保护电位太负引 起的腐蚀速度增加。
分散能力与遮蔽作用
电流在被保护表面均匀分布的能力称为分散能力。 分散能力越强，则阴极保护的效果越好。
遮蔽作用是由于电流有选择电阻最小的途径流动 的特性。被保护设备上距离阳极最近的部位电阻最小， 将聚集很高的电流密度，而离阳极较远的部位，往往 不能获得足够的电流密度，致使保护效果不好。 保护度
五、阴极保护设计程序
（一）牺牲阳极设计 1. 根据被保护金属工作条件、表面涂层的有无与好 坏，确定保护电流密度和保护电位以及保护后的腐 蚀率。 2. 根据被保护面积 S 和保护电流密度 ip，确定总保护 电流强度 Ip：
3. 确定牺牲阳极种类和规格型号。
20
Ip = ip ·S
4. 根据阳极消耗率R(kg/A· a)，阳极设计寿命T(a)和保
含硅14.5%的铸铁作为阳极，其消耗速度很低，来 源充足。碳或石墨消耗量很小，也可作为阳极，且容 易成为所需的各种形状和尺寸。 17
金属铂的制品用作外加电流阳极，消耗速度极低， 十分理想，但价格昂贵。通常将它镀在一种较便宜的 材料上使用。 10、阳极回填料
多数情况下，牺牲阳极埋入地下时，其周围都要 用化学回填料。好处是： 使阳极周围有均匀的介质，使阳极均匀消耗，发挥 最大的效率。
28
事例二：海边一座混凝土石油装运码头，混凝 土台面支撑在钢管上。钢管表面涂漆并加阴极 保护。电源负极连在钢筋上。阳极是镀铂钛悬 挂在海水中。在石油装卸过程中，码头受到周 期性机械应力，引起混凝土某些物理破坏。使 用12年后发现，平台的混凝土台面出现严重胀 裂，钢筋暴露出来。
29
第二节 阳极保护
2.环境的变化
对于土壤，透气性差的土壤中，金属相对容易极化。
13
若在氧容易到达结构表面的土壤中，结构要极化 需较大的电流。
另外，土壤电阻率最低的地方，是最适合于安装 牺牲阳极或外加电流系统的阳极。 在水中，水的运动有显著的作用。若水静止，保 护电流可取较小值。湍流的水，能冲刷结构表面，因 此有极强的机械去极化作用。 3.电的屏蔽
阳极保护是金属在电解液中利用外加阳极电流产 生阳极极化而建立钝态的特性来产生保护的方法。
直流电源
-E
辅助阳极 被保护设备
ip
icp
i
30
阳极保护原理
依据金属钝化的原理。对于能够在某些电解质 溶液中产生钝化的金属，若通以一定的电流，当电 流密度达到致钝电流密度时，则金属表面开始产生 钝化现象，形成钝化膜，从而阻止腐蚀的进行。阳 极保护是把金属设备与外加直流电源正极相连，另 有一个辅助阴极与外加直流电源负极相连。 一、阳极保护的主要参数
对牺牲阳极材料的要求： • 为了消除金属结构上的腐蚀电池，牺牲阳极材料必须足够
负
8
• 在介质中腐蚀速度低，材料消耗低
• 具有良好的导电性 • 具有较高的电流效率，即消耗于自腐蚀的电能量
要小
• 有较好的机械性能，便于加工、成本低、容易获得
2.外加电流系统 保护电流来自在被保护结构与阳极间连接的某个 外加的直流电源。电源的正极必须与阳极连接，这样 才能对被保护结构输出所需要的阴极电流。如果接错 了，把正极接到被保护金属结构上，金属变成阳极， 不但不被保护，反而加速腐蚀。
防止与土壤里的化学物质发生反应，否则会在阳极 表面形成一层高电阻的钝化膜。
防止有效电流排出，对其它金属形成杂散电流。
18
例如：
用于镁阳极的回填料
75%的水合石膏
20%膨润土 5%硫酸钠
锌阳极的回填料：50%熟石膏与50%膨润土
11.预留保护参数的监测点
实际操作中，为了便于对保护参数进行测量和监 控，在被保护设备上预留保护参数的监测点。工程上 往往是监控保护电位。 总之，阴极保护比较适宜于腐蚀性不太强的介质， 如：海水、土壤、中性盐溶液。在强腐蚀性介质中， 19 因电能与护屏材料消耗太大，一般不采用。
3
阴极保护原理 e e
A
K
护 屏
A
K
辅 助 阳 极
牺牲阳极保护
外加电流保护
4
阴极保护原理的极化图分析
外加阴极电流后，金 属的腐蚀电位将向负方向 移动，由原来的EC移至 EA1，相应金属的腐蚀电 流就由IC降至IA1，此时外 加的阴极保护电流
-E
EA0 EA1 EC N a b
S
I保 I K1 I A1
I
若使用恒电位法，使 金属从EC阴极极化到EA1, -E 此时对应的电流为I保，金 E 0 A 属腐蚀速度将从IC降到IA1。 EA1 如果极化到的电位相应于 E C 腐蚀原电池阳极过程的开 路电位，腐蚀过程便停止， 溶解电流降为零。此时的 EK0 外加电流将是IK2。 利用外加电流或利用恒电 位法都可使金属发生阴极极 化。
2
第一节
阴极保护
阴极保护：依靠外加直流电流或牺牲阳极，使被 保护金属成为阴极，从而减轻或消除金属的腐蚀的方 法。 思路：应用阴极保护之前，大多数产生腐蚀的金 属结构上都存在着阴极区和阳极区。如果能把所有的 阳极区都变成阴极区，于是整个金属结构变成阴极， 这样就能消除腐蚀。
一、阴极保护原理
腐蚀着的金属上既有阳极又有阴极，在外加直流 电源下，其阴极保护原理如图所示。
对间距小，结构复杂，并进行阴极保护的构件， 很容易发生电的屏蔽作用。从远处阴极保护电源来的 电流，很容易被外层构件所吸收，只有少量电流能达 到内层构件，于是外层构件就形成了一种电的屏蔽。 14