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恒电位仪提纲■腐蚀与阴极保护■PS-1LC恒电位仪■恒电位仪常见故障分析及处理第一章腐蚀与阴极保护1.腐蚀2.阴极保护原理3.阴极保护方式4.阴极保护的基本参数第一节腐蚀•腐蚀定义：金属暴露在自然界随着时间的流逝而变质，其本质就是金属由元素状态返回自然状态，腐蚀是一种自然现象；通俗的说，腐蚀就是金属和周围介质发生化学或电化学作用而导致的无谓消耗或破坏。•腐蚀的分类：腐蚀分类按部位分内壁腐蚀外壁腐蚀按形态分全面腐蚀局部腐蚀按机理分化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀原理•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。•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。电化学腐蚀过程阳极过程电子专业过程阴极过程腐蚀电池：•由于双电层原理，金属在溶液中建立电极电位。•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。•理想极化曲线如图所示，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。第二节阴极保护原理阴极保护的原理：•阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，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，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。阴极保护模型•设金属表面阳极和阴极的开路电位分别为Ea和Ec。金属腐蚀由于极化作用，阳极和阴极的电位都发生极化。其阳极向正的方向偏移，阴极向负的方向偏移。结果，其两者的电位都共同趋向于交点Ｓ所对应的电位Ecorr在此电位下所对应的电流为Icorr。•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。阴极极化曲线EcS则从Ｓ点向Ｃ点方向延伸。•当金属电位负移到E1点时，所对应的电流应为I1，相当于图中的ＡＣ线段，ＡＢ与ＢＣ之和，ＡＢ代表阳极腐蚀电流，而ＢＣ则是外加的电流。在此电位状况下，体系仍存在着腐蚀。•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Ea，则腐蚀减至为零。金属达到完全保护。这时的外加电流Iapp为金属达到完全保护时的外加电流。此时的极化作用已使原来腐蚀电池的微电池作用完全受到抑制。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。第三节阴极保护方式3.1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。•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，如图1—3•牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。金属电位纯镁-1.75镁合金（6%Al,3%Zn,0.15%Mn）-1.60锌-1.10铝合金（5%Zn）-1.05纯铝-0.80熔炼钢（精）-0.5～-0.8熔炼钢（粗）-0.4～-0.55铸铁-0.50铅-0.50混凝土中的钢-0.20铜、黄铜、青铜-0.203.2强制电流法（外加电流法）图1-4恒电位方式示意图•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，不会再发生失去金属离子的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生失电子氧化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。•牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。3.3两种保护方式的选择•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。牺牲阳极与外加电流优缺点比较：•外加电流优点：1.输出电流连续可调2.保护范围大.3.不受环境电阻率4.工程越大越经济5.保护装置寿命长缺点：1.需要外部电源2.对邻近金属构筑物干扰大3.维护管理工作量大牺牲阳极与外加电流优缺点比较：•牺牲阳极优点：1.不需要外部电源2.对邻近构筑物无干扰或很小3.投产调试后可不需管理4.工程越小越经济5.保护电流分布均匀，利用率高缺点:1.高电阻率环境中不宜使用2.保护电流几乎不可调3.覆盖层质量必须好4.投产调试工作复杂5.消耗有色金属•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。4.1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。第四节阴极保护的基本参数4.2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）4.3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）。5管道电位测试•5.1自然电位测试：未实施阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其电位一般为-0.4V~-0.6V。5.2保护电位测试：施加阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其电位应在-0.85V~-1.5V。5.3间歇供电管道电位测试：在阴极保护设备向管道供电12秒、停3秒的情况下，在停3秒期间，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其断点电位应在-0.85V~-1.15V。第二章PS-1LC恒电位仪一．概述二．主要性能指标三．基本工作原理四．运行指南五．维护与检修第一节概述1.1前言电源是强制电流阴极保护技术的心脏。其作用是不间断地向被保护金属结构物提供阴极保护电流。随着电源和电子技术的发展，强制电流阴极保护用的电源经历了直流发电机、整流器、恒电位仪的历程。目前得到广泛应用的是整流器和恒电位仪。在国内应用较广的是恒电位仪。恒电位仪与整流器相比一方面可以自动控制保护电位，另一方面效率较高，可以节省能源。在我国使用的恒电位仪有可控硅、磁饱和、高频开关恒电位仪等几种形式。PS－1LC远控恒电位仪是采用国际标准设计的新一代产品，符合中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T0036－99和企标Q/MDEC020-2002（等效采用GB/T3859.1）的要求。PS－1LC远控恒电位仪广泛应用于对土壤、海水、化工等介质中的管道、电缆、码头、贮罐、舰船、冷却器等金属构筑物实施外加电流阴极保护。通过PS－1LC远控恒电位仪的配套产品CBZ－3阴极保护控制台，还可实现数据远传和仪器的远控功能，达到智能化管理的目的。阴极保护系统电源要求：电源要求性能稳定可靠环境适应性强长期连续运行抗干扰强等阴极保护系统构成：阴极保护系统被保护物恒电位仪控制台辅助阳极床长效参比电极测试桩辅助阳极床绝缘接头•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。•1.2.2机上装有假负载，便于仪器自检和维修。•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当远控给定信号输入时，恒电位仪将接受远控给定信号控制。第二节主要技术指标2.1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。2.2输出电流：额定输出电流分10A、15A、20A、25A、30A、35A、40A、50A等规格，输出电流在额定输出电流的8%～100%范围内可调。2.3恒电位范围：－300mV～－3000mV。2.4恒电位精度：优于±5mV。2.5恒电流精度：优于±2%。2.6流经参比电流：≤3μA。2.7误差报警：±30mV～±100mV之间。2.8抗50Hz干扰：≤AC30V。2.9纹波系数：≤5%。2.10电源：单相AC220±10%50Hz±5%。3.1原理方框图：第三节基本工作原理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。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。3.4远控给定电位信号后接线板有一外控给定输入端子，用来接收CBZ－3控制台输出的远控给定信号，使仪器工作于外控给定的恒电位工作状态，如仪器因某种原因转换为恒电流工作状态时，外控给定电位信号将无效。3.5电路简介•极化电源：将交流电源变成所需大小的直流保护电流。（经过半桥式整流、滤波将交流电变成平滑直流电）•控制电路（1）移相触发器：根据比较放大器输出的控制电压大小，调整触发脉冲产生的时间（即移相），控制可控硅的导通角。（2）差动比较放大器：将参比电位与控制信号进行比较，对误差信号进行放大，输出与误差大小成比例的控制电压。•辅助电路：（1）稳压电源：其任务是为控制电路及面板表提供电源。（2）限流电路：当仪器输出超载甚至短路，仪器输出电流能自动恒定在事先欲定的限流值上，达到保护仪器又保护阴极体的目的。一般设定为额定输出的1.2倍左右，开始启动。（3）误差报警电路：当仪器工作不正常或阴极保护系统故障时，仪器发出告警。一般要调整为保护电位偏离控制电位30～50mV时，恒电位仪报警。（4）延时启动电路：仪器每次开机，延时几秒输出，清除冲击电流。（5）恒电流转换电路：当恒电位仪出现故障时，仪器由恒电位转为恒电流的方式工作。（6）自检电路：当仪器故障时，通过自检系统可检测是否为仪器本身故障。PS-1LC恒电位仪的组成：恒电位仪极化电源自动控制电路辅助电路控制电路的组成：控制电路移相触发器差动比较放大器辅助电路的组成：辅助电路稳压电源限流电路误差报警电路延时启动电路恒电流转换电路自检电路第四节运行指南4.1PS-1L