阴极保护技术汇报-苗亮.ppt

1,阴极保护技术,苗亮（业务工程师）中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室宁波中科腐蚀控制工程技术有限公司,2,目录前言、公司介绍一、金属的腐蚀与防护二、什么叫阴极保护？三、阴极保护简史四、阴极保护能解决什么问题？五、阴极保护种类六、阴极保护准则七、绝缘接头杂散电流腐蚀研究八、阴极保护在线检测系统九、阴极保护工程实例,3,中国科学院金属研究所简介,中国科学院金属研究所成立于1953年，创建者是我国著名的物理冶金学家李薰先生。现任所长卢柯院士，名誉所长师昌绪院士。经老一辈科学家和几代人的不懈努力，金属研究所已经发展成为我国享誉海内外的材料科学与工程研究重要的研究基地。,中国科学院金属研究所鸟瞰,4,宁波中科腐蚀控制工程技术有限公司,宁波中科腐蚀控制工程技术有限公司是注册在宁波市高新区的科技型企业，隶属于中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室宁波成果转化中心，专业从事国家重点实验室金属腐蚀与防护技术的推广和转化工作。,5,宁波中科腐蚀控制工程技术有限公司,公司专业从事以下工作：阴极保护技术和产品开发和应用研究；阴极保护工程承包；在线腐蚀检测、监测技术的开发和应用；高温测厚技术研究和服务；特种涂层的开发和应用；,6,宁波中科腐蚀控制工程技术有限公司,公司已经成功实施了中石油新疆吐哈油田、中石化新疆塔化公司、中石化燕山石化，中石化茂名石化，中石油宁波销售公司等一批罐区和管道腐蚀与防护工程项目。专业、高效的施工和技术服务得到了客户的一致好评。,7,一、金属的腐蚀与防护,1）、化学腐蚀强酸、强碱、高温腐蚀 2）、电化学腐蚀,典型的金属表面电化学腐蚀形态（大阴极小阳极）,1、金属腐蚀的分类,8,3）、物理腐蚀 磨损(包括气蚀，冲刷)4）、物理作用和电化学腐蚀联合作用 应力腐蚀(化学与物理相互作用)疲劳,9,据估算，每年因金属发生腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的2%4%，损耗的钢材约为年产量的1/3。每年因金属腐蚀造成的经济损失比水灾、火灾、风暴和地震等自然灾害的损失的总和还大。,损失,2、为什么要防护,10,金属材料本身的改进：不锈钢，耐蚀合金；将金属与腐蚀环境隔离：有机涂料，无机涂层，金属涂料，复合涂料，复合材料，喷塑，衬PVDF，衬胶，水泥砂浆等，电镀，；改变金属的腐蚀环境：缓蚀剂等；阴极保护。,3、防护手段,11,二、什么叫阴极保护？,一般理解：非常简单，将要保护的金属变成阴极，从而使金属得到保护，就叫阴极保护。专业解释：阴极保护就是利用腐蚀电池的原理，将需要被保护的金属结构作为阴极，通过阳极向阴极不间断地提供电子，首先使结构极化，进而在结构表面富集电子，使其不易产生离子，因而大大地减缓了结构的腐蚀速度。,12,三、阴极保护简史,1824年 英国Humphry Davy 在蒙铜皮的船上系牺牲铁块。1833年 法拉第（Faraday)，降低腐蚀与电流关系，电解质，电极，阳极，阴极，阳离子，阴离子等专业名称第一次被明确定义。1890年 美国的爱迪生第一次在船上试验外加电流阴极保护。1958年 中国交通部船舶科学研究所开始对船体阴极保护进行试验。1958年 克独线做长输管线阴极保护工程。,13,四、阴极保护能解决什么问题,原则上说，阴极保护可以解决所有的电化学腐蚀问题。（管道，储罐，桥梁，码头，混凝土等）阴极保护不能解决化学腐蚀问题和物理腐蚀问题。（强酸，强碱储罐等）但在实际操作中，要根据现场状态进行具体分析。一般与涂料联合使用。最常见的应用，镀锌钢板、镀锌铁丝。,14,涂料是静态防腐蚀，阴极保护是动态防腐蚀，互为补充涂料与 阴极保护联合使用达到最佳效果,涂料与阴极保护的关系,15,五、阴极保护种类,5.1牺牲阳极阴极保护5.2外加电流阴极保护,16,5.1牺牲阳极法：是利用电位比被保护金属结构低的金属或合金（如镁合金、锌合金、铝合金等）作为阳极，构成一个腐蚀电池。在阴极（被保护结构）得到保护的同时，阳极不断地被消耗，故称为牺牲阳极。,17,牺牲阳极阴极保护示意图,18,牺牲阳极种类,（1）镁阳极（镁合金阳极）主要用于淡水，土壤中。驱动电位高，但自溶倾向高，电流效率低。（2）锌阳极（锌合金阳极）主要用于土壤中及海水中，但由于电容量不太高，现在海水中、土壤中分别为铝阳极、镁阳极所替代。（3）铝合金阳极主要用于海泥中、海淡水中及海水中。铝合金用于一般的土壤中会钝化，但在含氯离子的土壤中活性高。,19,牺牲阳极种类的应用选择,1、以上分类只是一种分类参考，不可作为绝对标准；2、上海地区的土壤电阻率约为10002000 cm。3、滨海盐土电阻率为13 cm（国家土壤腐蚀试验站）。,20,牺牲阳极安装方式,（1）阳极地床一般在土壤中。降低接地电阻，维持阳极地床长期湿润。一般有石膏粉，工业硫酸盐，膨润土等。可成组埋设。（2）直接焊接到保护结构表面水下管道内外壁、海洋钢结构、储罐内底板等。,21,则是强制将需保护结构设为阴极，而给辅助阳极（一般为高硅铸铁，石墨，废钢和贵金属等）设为阳极，构成一个腐蚀电池。通过一外加电路向阴极源源不断输入电子，从而使阴极（被保护结构）不易失电子变成离子。,5.2强制电流法（外加电流法）,22,管道外加电流阴极保护示意图,23,常用辅助阳极地床材料,（1）废钢铁阳极（2）石墨阳极,24,（3）高硅铸铁阳极高硅铸铁几乎可适用于各种环境介质如海水、淡水、咸水、土壤中。当阳极电流通过时，在其表面会发生氧化，形成一层薄的SiO2多孔保护膜，极耐酸，可阻止基体材料的腐蚀，降低阳极的溶解速率。高硅铸铁阳极具有良好的导电性能，高硅铸铁阳极的允许电流密度为580A/m2，消耗率小于0.5kg/A.a。除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接埋在低电阻率土壤中。高硅铸铁硬度很高，耐磨蚀和冲刷作用，但不易机械加工，只能铸造成型，另外脆性大，搬运和安装时易损坏.为提高阳极利用率，减少“尖端效应”，可采用中间连接的圆筒形阳极。,25,26,辅助阳极地床填料 石墨阳极无论采用浅埋或深埋都必须添加回填料。高硅铁阳极一般需要添加回填料,但在特殊地质可能不使用回填料,如沼泽、流砂层地区等。1)增大阳极与土壤的接触,从而降低地床接地电阻;2)将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行,延长阳极的使用寿命;3)填料可以消除气体堵塞。常用的回填料是焦炭粒,也可采用石墨加上石灰充填,以保持阳极周围呈碱性。在粘土地区,若阳极地床通过电流太大,可采用电极带孔的硬塑料管,由填料管直接通地面,及时地将阳极周围产生的气体排出地面。对于较干燥地区可向地床注水降低接地电阻。,27,（4）聚合物阳极（柔性阳极）聚合物阳极是在铜芯上包覆导电聚合物而构成的连续性阳极，也称柔性阳极或缆形阳极。,28,（5）混合金属氧化物阳极（MMO）混合金属氧化物阳极是在钛基体上被覆一层具有电催化活性的混合金属氧化物而构成。最早应用于氯碱工业，后推广应用于其它工业，包括阴极保护领域。由混合金属氧化物阳极还具有极优异的物理、化学和电化学性能。其涂层的电阻率为10-7.m，极耐酸性环境的作用，极化小并且消耗率极低。混合金属氧化物阳极在地床中于100A/m2，工作电流密度下使用寿命可达20年，其消耗速率约2mg/A.a,由于混合金属氧化物阳极具有其它阳极所不具备的优点，它已成为目前最为理想和最有前途的辅助阳极材料。,29,六、阴极保护准则,1、在通电的情况下,埋地钢铁结构最小保护电位为-0.85V（相对于铜/硫酸钢饱和电极）或更负；2、瞬时断电电位与自然电位电位之差不得小于100mV；3、最大保护电位的限制以不损坏覆盖层的粘结力为准,一般瞬时断电电位不得低于-1.10VCSE。,30,阴极保护电位测试示意图,31,典型的断电测量电位-时间图,32,最大保护电位 保护电位不是愈低愈好，是有限度的，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，不仅使防腐层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆进而发生氢脆断裂，所以必须将电位控制在比析氢电位稍高的电位值，此电位称为最大保护电位，超过最大保护电位时称为“过保护”。,33,七、绝缘接头杂散电流腐蚀研究,西北油田分公司的阴极保护管道的绝缘接头的两端，最近经常发生管道漏点。漏点部位基本都分布在管道有阴极保护一侧。这种情况经初步分析，主要是由于绝缘接头两端存在着电位差，而管道内部的介质又是导电性的，在这种情况下，会造成一种类似于杂散电流腐蚀的情况发生，即绝缘接头两端由于存在电势差，通过管内的电解质溶液形成回路，电子从被保护管道一侧的管内流入溶液，从而造成失电子腐蚀。详细见下图：,34,这种情况往往是绝缘接头的绝缘性能越好，两端电位差越大，发生腐蚀的可能性越大，解决这种腐蚀问题的方法有两种方法：1、是在绝缘接头两端的管道内部内涂两个管道直径长度区域；但这种方法有缺点，一是检修麻烦，二是涂层的可靠性不高，因为无法进行良好的表面处理；2、在无保护段靠近绝缘法兰的地方，埋设牺牲阳极，消除两端的电位差，从而减少这种杂散电流腐蚀的影响；这种方法可行性大，花费也更经济；,35,八、阴极保护在线监测系统,宁波中科开发的阴极保护在线实时监测系统由硬件系统和CPTC2000阴极保护在线实时监测软件系统两部分组成。硬件系统部分由带有通讯功能的智能化恒电位仪（整流器）、带有通讯功能的数字测试桩、服务器组成；软件系统分为数据采集端和客户端，分为C/S版和B/S版；采集端软件安装在数据采集服务器上，同时具有参数设置权限，具有数据采集，列表，绘制曲线的功能，客户端软件可以设置不同的用户权限，管理员权限的用户可以对系统参数进行设定，普通客户仅有浏览，查询权限。,36,37,阴极保护在线监测系统-软件界面,38,阴极保护在线监测系统-软件界面,39,阴极保护在线监测系统-软件主要功能,阴极保护运行状态在线监测阴保系统检测数据的手工录入阴极保护系统状况分析阴极保护数据可以与专家软件共享,40,九、阴极保护工程实例,一、管道工程抚顺石化公司成品油管线杂散电流腐蚀专项调查；中石油吐哈油田鄯善、温米采油厂阴极保护调查与研究；中石化西北油田地面集输系统阴极保护调查；抚顺石化公司南输成品油管线阴极保护工程；吉林油田新民采油厂阴极保护调查、设计与工程；,41,中石化塔河油田阴极保护系统检测项目,吐哈油田鄯善、温米采油厂阴极保护调查与研究,42,二、罐区工程大庆油田210万方油罐罐底外壁阴极保护系统；中石化西北分公司采油厂站区油罐、管网阴极保护系统；宁波ESSO油库75万方油罐罐底外壁阴极保护系统；中石化塔化原油改质25万方油罐罐底外壁阴极保护系统；杭州湾大桥钢管桩阴极保护工程在线监测项目；,43,中石油大连石化七厂10万方储罐网状阳极阴极保护,上海漕泾化学工业区厂区地下管网牺牲阳极阴极保护,44,谢谢大家！欢迎进一步探讨！,宁波中科腐蚀控制工程技术有限公司联系方式：新疆电话：（传真）宁波电话：0574-87719790 传真：0574-87719780联系人：苗 亮 苏俊华 杨相锋 李灿雷,