阴极保护

电化学与材料腐蚀之阴极保护张旋13091100西南交大材料科学与工程学院阴极保护技术介绍1、阴极保护技术的发展历程2、阴极保护原理3、阴极保护的分类4、阴极保护方式的选择5、发展现状1、阴极保护技术发展史•1833年——米歇尔•法拉第提出了著名的法拉第电解定律，第二年发现了在腐蚀损耗与电流之间的定量关系，为阴极保护原理奠定基础•1890年——爱迪生尝试用外加电流对船只实施阴极保护，但由于可供使用的电源和阳极材料不充分而未获成功•1902年——柯恩→实现了爱迪生的设想1、阴极保护技术发展史•1905年——美国卡姆博兰德将外加电流阴极保护法用于锅炉保护•1906年——德国盖波特建立第一个阴极保护厂•1928年——美国阴极保护之父库恩在新奥尔良一条长输天然气管线上安装了第一台阴极保护整流器，由此开创了管道阴极保护的实际应用我国的阴极保护技术研究和应用始于1958年，上海船舶科学研究所率先在一艘钢壳船上安装了锌合金牺牲阳极。金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学反应成为金属化合物而使金属受到破坏的一种现象2、阴极保护原理化学腐蚀电化学腐蚀按腐蚀原理分为阴极保护原理•对被保护金属施加负电流通过阴极极化使其电极电位负移至金属氧化还原平衡电位，从而抑阻金属腐蚀的保护方法称为阴极保护。何为阴极保护呢？使被保护金属表面得到足够的电子，这样金属原子不容易失去电子而抑制了金属的腐蚀。阴极保护原理•给金属外补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不易失去电子而变成离子溶入溶液。3、阴极保护分类——牺牲阳极法阴极保护——外加电流法阴极保护提供电流方式牺牲阳极阴极保护•将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。牺牲阳极阴极保护1、电位足够负，但不宜太负，以免阴极区产生析氢反应；2、阳极的极化率要小，电位极电流输出要稳定；3、阳极材料的电容量要大；4、必须有高的电流效率；5、溶解均匀,容易脱落；6、材料价格低廉，来源充分;7、产生的腐蚀产物应是无毒无害，不污染环境，无公害之虞；阳极要求：牺牲阳极阴极保护按牺牲金属种类的不同镁合金牺牲阳极阴极保护锌合金牺牲阳极阴极保护铝合金牺牲阳极阴极保护镁合金牺牲阳极铝合金牺牲阳极外加电流阴极保护•通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电流从土壤流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境来进行保护。外加电流阴极保护辅助阳极：作用是将直流电源输出的直流电流由介质传递到被保护的金属结构上。可作辅助阳极的材料有很多，如废钢铁、石墨、铅银合金、高硅铸铁、镀铂钛、包铂铌以及混合金属氧化物电极等。外加电流阴极保护按辅助地床的方式不同浅埋阳极地床阴极保护深井阳极地床阴极保护（闭孔法和开孔法深井地床阴极保护）柔性阳极阴极保护网状阳极阴极保护高硅铸铁阳极钛-铂合金氧化物阳极牺牲阳极与外加电流阴极保护对比保护方式牺牲阳极阴极保护外加电流阴极保护优点1、不需要外部电源。2、对临近金属构筑物干扰小。3、管理维护工作量小4、工程费用与保护长度成正比5、保护电流分布均匀，利用率高。1、输出电流连续可调，可满足较大的保护电流密度要求2、不受环境电阻率限制3、工程越大越经济4、对管道防腐覆盖层质量要求相对较低5、保护装置寿命长保护方式牺牲阳极阴极保护外加电流阴极保护缺点1、牺牲阳极易丢失，寿命短2、高电阻环境不宜使用3、保护电流不可调，驱动电流小4、对覆盖层质量要求高5、消耗有色金属，需定期更换6、杂散电流干扰大时不能使用1、需要可靠外部电源2、对临近金属构筑物干扰大，特别是铺助阳极附近3、需设阴极保护站，日常进行维护管理4、在需要较小电流时，无法减少最低限度的装置费用5、阳极地床不易维修，阳极产生气体不易排出，易产生气阻，增大地床电阻，影响地床寿命牺牲阳极与外加电流阴极保护对比4、阴极保护方式的选择具备条件：•1.被保护构筑物必须是可导电的金属件，且具有足够低的纵向导电率；•2.与低欧姆的接地装置不得有金属导电性连接；•3.容器和管道均应具有足够电阻率的防腐层。随着防腐层电阻的增大，保护电流密度相应地降低，越加有利于电流均匀分布，扩大保护范围。当保护电流密度增大时对外部装置的干扰影响也增加。4、阴极保护方式的选择•外加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。5、发展现状•阴极保护技术已经发展成熟，广泛应用到土壤、海水、淡水、化工介质中的钢质管道、电缆、钢码头、舰船、储罐罐底、冷却器等金属构筑物等的腐蚀控制。•国内做阴极保护设计过硬的设计院：廊坊管道局设计院、中国石油西南设计院、胜利油田设计院、华北设计院等。•国内知名度较高的阴极保护厂家：青岛的七二五所、福建三明无线电二厂、山东奥科防腐、河南第一防腐、天津管道防腐等5、发展现状