管线阴保培训教材HPS..

三明市无线电二厂1HPS-2阴极保护设备培训教材三明市无线电二厂2阴极保护设备培训教材前言一、电化学腐蚀原理金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的腐蚀称为电化学腐蚀。它是金属腐蚀中最普遍的一种形式，这种形式发生在金属和电解质溶液接触而互相作用的时候，其最明显的特征是它必然有电流的流动（电子的转移）。三明市无线电二厂3阴极保护设备培训教材金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作用，或外界电源影响使金属表面产生电解作用所引起的破坏。把两种电极电位不同的金属放入电解液中，即成为简单的原电池，若用导线将两种金属连接起来，则两电极间有电位差存在而产生电流。例如将锌板和铜板当作两极，插入装有稀硫酸溶液的同一器皿中，并用导线连接，如图１—１所示。由于双电层原理Zn、Cu各自在溶液中建立电极电位，但Zn的电极电位较负，所以不断失去电子，变成Zn2+离子溶解到电解质溶液中去。锌板上多余的电子则沿导线由锌板流到铜板，铜板上不断地有来自锌板的电子和溶液中的氢离子中和放电。三明市无线电二厂4阴极保护设备培训教材其电极反应：在铜板上酸中的H＋离子接受电子进行还原，生成氢气逸出整个电池反应为：三明市无线电二厂5阴极保护设备培训教材在原电池外部电子e由锌板流到铜板（图中虚线方向），则电流方向由铜板到锌板。（图中实线方向）。在原电池内部电流方向是从锌板流入溶液，再由溶液流入铜板。电极电位比较负的锌板称为阳极，电极电位比较正的铜板称为阴极。在电解质溶液中，金属表面上的各部份，其电位是不完全相同的，电位较高的部分形成阴极区，电位较低的部分形成阳极区。这便构成了局部腐蚀电池。腐蚀电池可以理解为金属腐蚀表面上短路的多电极原电池。三明市无线电二厂6二、阴极保护原理１、理想极化曲线腐蚀电池在电路接通后就产生电流，电流的流通，使得腐蚀电池阳极和阴极的电极电位都偏离电流未流通之前的电极电位值。在阳极，由于阳极金属溶解即离子化的过程滞后于电子的转移过程，而正电荷过剩，使阳极表面的电位向正的方向偏移，即阳极极化。在阴极表面，由于从阳极转移过来的电子的迁移速度大大于在阴极表面的极化剂（H+和O2分子）吸收电子的速度，使大量电子在阴极表面集聚，从而使阴极表面的电位向负的方向偏移，即阴极极化。阴极保护设备培训教材三明市无线电二厂7阴极保护设备培训教材阳极极化和阴极极化的共同结果，造成了腐蚀原电池起始电位差的变小。将腐蚀电池阳极和阴极的电极电位与电流之间的关系用曲线表示出来绘成图，就得到了腐蚀电池的极化曲线图。图１—２是腐蚀电池的极化曲线示意图。三明市无线电二厂8阴极保护设备培训教材如图所示，EaS是阳极化曲线，EcS是阴极极化曲线，当腐蚀电池内电阻为零时，它们相交于Ｓ点。Ｓ点所对应的电位称之为该体系的腐蚀电位，也称自然电位，表为Ecorr。它是腐蚀电池的阳极和阴极在极化后共同趋近的电位值。与此电位值相对应的电流Icorr称为该系统理论上最大可能的腐蚀电流。事实上，上述的极化曲线是测不出来的。这是因为人们无法在腐蚀电池系统中确定阳极与阴极的面积。也无法保证在电极表面只发生单一的一种电极反应。甚至不可能测到腐蚀电池中任一微阳极部位，或微阴极部位的电位值。而测到的通常是其微阳极与微阴极极化后，共同趋向的电位Ecorr。上述极化曲线称之为理想的极化曲线，或假想的极化曲线。它所反映的是，腐蚀电池内电流与阳极和阴极电位的关系。三明市无线电二厂9阴极保护设备培训教材２、阴极保护原理在介绍腐蚀电池工作原理时，人们曾谈到由于金属本身的电化学不均性，或由于外界环境的不均匀性，都会形成微观的或宏观的腐蚀原电池。例如在碳钢表面，其基体金属铁与碳素体Fe3C如浸在电解质溶液中会形成电位差为200mV的微电池腐蚀。当采用外加电流极化时，原来腐蚀着的微电池会由于外加电流的作用，电极电位发生变化，此时腐蚀着的微电池的腐蚀电流减少，称之为正的差异效应。反之，则称之为负的差异效应三明市无线电二厂10阴极保护设备培训教材强制电流阴极保护所引起的差异效应可用图１—５来说明。三明市无线电二厂11阴极保护设备培训教材上图a为未加阴极保护之前金属本身的腐蚀的电池模型；b为加阴极保护以后保护电池的电路及原来腐蚀电池的变化，所加的外电流I'的方向是使被保护金属作为阴极。向系统输入外电流，使金属阴极极化，此时整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移。若使金属继续阴极极化到更负的电位Ea即达到微阳极的开路电位，则腐蚀减至为零。金属达到完全保护三明市无线电二厂12阴极保护设备培训教材总之，极化消除了被保护金属体表面的电化学不均匀性，抑制了微电池作用，又因为阴极极化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护金属体成为新的大地电池的阴极，从而在其表面只发生得电子的还原反应。金属不再发生丢电子的氧化反应，腐蚀不再发生。这就是阴极保护使金属受到保护的原理。三明市无线电二厂13阴极保护设备培训教材三、阴极保护方式阴极保护可以通过下面两种方式实现。１、牺牲阳极法将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。三明市无线电二厂14阴极保护设备培训教材在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护。常用牺牲阳极材料有高钝镁合金、高钝锌及锌合金、铝合金等。钾钙钠镁铝锌铁锡铅(氢)铜汞银铂金KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu\三明市无线电二厂15阴极保护设备培训教材２、强制电流保护法将被保护金属与外加电源负极相连，由于外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。外部电源通过埋地的辅助阳极、将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。三明市无线电二厂16阴极保护设备培训教材３两种保护方式的选择强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径、分散的管道。图１—８表明了牺牲阳极和外加电源阳极的大致使用范围，从图中可以看到，镁阳极主要用于低欧姆的土壤内，以及总电流量需要小的管道上。三明市无线电二厂17阴极保护设备培训教材四、阴极保护的基本参数１、最小保护电流密度阴极保护时，使腐蚀停止，或达到允许程度时所需的电流密度值称为最小保护电流密度。最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类，表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。２、最小保护电位为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此此电位值是监控阴极保护的重要参数。实验测定在土壤中的最小保护电位为－0.85V（相对饱和硫酸铜参比电极）。三明市无线电二厂18阴极保护设备培训教材３、最大保护电位在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此电位值就是最大保护电位。最大保护电位值的大小通过试验确定。一般取－1.5V（CSE）。在新的PE保护层中可用断点测试法，在断3秒时测试其最大保护电位不大于-1.15V三明市无线电二厂19阴极保护设备培训教材概述1产品用途HPS-2多路恒电位仪主要用于对管道、电缆、贮罐等金属构筑物或设备实施分路外加电流阴极保护。主要特点：设备适应于对无相互连接的各金属体实施共阳极式分路阴极保护，各分路均可独立调节。各路均具有运行模式自动切换的功能，当由于外界的原因使其中一路不能实施恒电位保护时，该路将自动切换到预先设定的电流值实施恒电流保护；当无法实施恒流保护时，将自动切断该路输出。各路均具有抗干扰及防雷性能，大大提高了设备运行的可靠性。各路均具备自检功能，便于判别故障原因。仪器各路均采用按键式操作，多数码表多参数同时显示，操控简便直观。各路均可适应快速中断检测。具备数据远传、远控功能和标准工业信号点对点接口，便于与RTU连接，实现智能化管理。三明市无线电二厂20阴极保护设备培训教材1.2仪器的特点1.2.1数字显示输出电压、输出电流、控制电位和保护电位值。1.2.3仪器具有软起动、防雷击余波、抗50Hz工频干扰，以及限流、误差报警等功能。1.2.4仪器具有运行状态自动切换功能，当无法进行恒电位控制时（如参比电极回路开路），恒电位仪会自动从恒电位工作状态切换到恒电流工作状态，并恒定在预先设定的电流值上。1.2.5多路输出，分阴级。1.2.6.数据远传。三明市无线电二厂21阴极保护设备培训教材2主要技术指标2.1使用环境：温度：－15℃～45℃相对湿度：20%～90%气压：60～106KPa2.2输出电压：额定输出电压分10V、15V、30V、40V、54V、60V等规格，输出电压在额定输出电压的8%～100％范围内可调。2.3输出电流：额定输出电流分100MA、1A、2A、10A、20A、30A、40A、50A等规格，输出电流在额定输出电流的8%～100%范围内可调。2.4恒电位范围：－300mV～－3000mV三明市无线电二厂22阴极保护设备培训教材2.5恒电位精度：优于±5mV2.6恒电流精度：优于±2%2.7流经参比电流：≤3μA2.8误差报警：±30mV～±100mV之间2.9抗50Hz干扰：≤AC30V2.10纹波系数：≤5%2.11电源：单相AC220±10%50Hz±5%三明市无线电二厂23阴极保护设备培训教材3基本工作原理3.1原理方框图：三明市无线电二厂24阴极保护设备培训教材3.2恒电位仪基本工作原理当仪器处于“自动”工作状态时，机内给定信号（控制信号）或外控给定信号和经阻抗变换器隔离后的参比信号一起送入比较放大器，经高精度、高稳定性的比较放大器比较放大，输出误差控制信号，将此信号送入移相触发器，移相触发器根据该信号的大小，自动调节脉冲的移相时间，通过脉冲变压器输出触发脉冲调整极化回路中可控硅的导通角，改变输出电压、电流的大小，使保护电位等于设定的给定电位，从而实现恒电位保护。三明市无线电二厂25阴极保护设备培训教材3.3运行状态的转换当仪器工作在恒电位状态而因参比失效或其它故障致使仪器不能实现恒电位控制时，经一定时间延迟后，仪器确认采集到的信号实属恒电位失控的误差信号，就将自动转换为恒电流工作状态。恒电流给定信号和经阻抗变换后输出电流取样信号一起送入比较放大器，比较放大器输出误差控制信号通过移相触发器调整可控硅的导通角的大小使仪器的输出电流恒定在预先设定的电流值上。三明市无线电二厂26阴极保护设备培训教材3.5.8电位测量：由φ表及K5等组成。3.5.9电压测量：由V表W7、R43等组成。3.5.10电流测量：由I表、FL1等组成。3.5.11稳压电源：由IC10、IC11等组成±15电源，IC12－14分别构成三组5V电源提供给三个数字面板表使用。三明市无线电二厂27阴极保护设备培训教材运行指南4.1HPS面板与接线板示意图三明市无线电二厂28阴极保护设备培训教材三明市无线电二厂29阴极保护设备培训教材4.2基本操作方法4.2.1仪器自检打开接线板上的总电源开关,再打开面板上其中一路的工