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第1页共49页青岛雅合科技阴极保护培训资料青岛雅合科技发展有限公司技术服务中心第2页共49页阴极保护培训资料目录第一部分腐蚀原理简介第二部分阴极保护简介第三部分强制电流阴极保护系统构成及故障分析第四部分IHF数控高频开关恒电位仪及YHS-1控制柜操作规程第五部分IHF数控高频开关恒电位仪内部结构及工作原理说明第六部分恒电位仪参数调整与维修说明第七部分恒电位仪常见故障与维修方法第3页共49页第一部分腐蚀原理简介一、腐蚀的定义腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学反应导致金属破坏的过程。按照腐蚀原理可分为：化学腐蚀定义：指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。特点：腐蚀过程中无电流的产生。根据介质的不同它又可分为：（1）.气体腐蚀（2）.在非电解质溶液中的腐蚀电化学腐蚀：定义：指金属表面与电解质因发生电化学反应而引起的破坏。特点：腐蚀过程中有电流的产生。二、电极电位金属上的负电荷吸引着溶液中过剩的阳离子（如H+），使之尽可能靠近金属表面，在金属/溶液界面上形成双电层。金属/溶液界面上双电层的建立，使得金属与溶液之间产生电位差，这个电位差就叫做该金属在这种溶液中的电极电位，简称电位。腐蚀电位（自然电位）：将金属放入电解液中，金属与参比电极之间的电压。参比电极：电位恒定、重复性好的电极，（例如：饱和硫酸铜参比电极、饱和甘汞电极、氯化银参比电极.）第4页共49页三、发生腐蚀的原因在电解质中，金属的不同部位，电极电位是不同的，从而形成腐蚀电池。而电极电位的差异是金属自身或环境状况不同所引起的。1.微电池的形成（1）化学反应的不均匀性、金属组织的不均匀性、表面物理状态的不均匀性等，都可引起电化学腐蚀。（2）金属表面有扎屑、有划痕、受应力。（3）此时金属表面形成了无数个微阴极和微阳极，构成了微观腐蚀电池。2.宏电池FFeCuFFCuFFFFFeA（1）不同的金属与同一电解质溶液相接触（2）同一种金属接触不同的电解质溶液（3）不同的金属接触不同的电解质溶液CuCu四、腐蚀发生的过程金属的腐蚀大多为电化学过程，金属表面与电介质接触，如：在大气的环境下，含盐的水蒸气，当金属浸在淡水、海水或埋在土壤中时，电介质是含盐的水份，形成腐蚀电池。阴、阳极在金属表面的分布取决于金属各点的内部结构及外部环境。电极电位较低的为阳极、电位较高的为阴极，电子将离开阳极向阴极移动，而位于阳极区的金属原子由于失去电子而呈微带正电的离子、进入电解质。带正电的金属离子与周围电介质中的负离子发生反应而形成的腐蚀产物，金属发生腐蚀。在阴极区，由于存在多余的电子，金属不会发生腐蚀，化学反应在电介质中发生，如（OH）--析氢第5页共49页FFeFFFFFFFeOHOH第6页共49页五、发生腐蚀的必要条件发生腐蚀必须满足以下4个条件：阳极和阴极必须同时存在,(阳极、阴极组成腐蚀电池)；阴、阳极之间必须有电位差;阴、阳极之间必须有电气连接;阴、阳极之间必须处于同一电介质中。去处四个条件中的任何一个，腐蚀就会停止。六、腐蚀发生的不同类型1．管道防腐层破损引起的腐蚀漏点2．金属成分、构造不同引起的腐蚀3．氧浓差引起的腐蚀在通气条件差（氧含量低）的环境下，钢结构对低电位较低。如埋设在道路下的管道，对地电位较低，为阳极，首先发生腐蚀。对于大直径管道，由于其顶部相对干燥，通气较好，所以，其底部通气较差，较容易发生腐蚀。钢制管道（阳极）铜质接头（阴极）防腐层阴极区阳极区阴极区管壁第7页共49页4．硫酸盐还原菌腐蚀当通气条件差时（如在黏土中、或潮湿环境下），硫酸盐还原菌可能会活跃，发生如下反应：21422822SOHHSHOOH由于氢原子不断被消耗，需要更多的电子来产生氢原子，因此，腐蚀加剧。腐蚀特点是金属表面光亮并伴有臭鸡蛋味。PH值对于评价土壤的腐蚀性没有太大意义，但当怀疑有酸性污染时，应当对其进行测量。采用一般的试纸就可以满足精度要求。5．新旧管道腐蚀如果在旧管道中换掉上一段新管道，新换的管道要比预期寿命短。低碳钢（锈）：-0.2V—-0.5V低碳钢（光亮）：-0.5V—-0.8V新管道（阳极）旧管道（阴极）第8页共49页6．环境不同引起的腐蚀管道经过不同性质土壤时，将形成腐蚀电池，阳极段发生腐蚀。混凝土的包裹将产生腐蚀电池，混凝土外面的管道为阳极发生腐蚀。7．杂散电流腐蚀腐蚀干扰：由于杂散电流的影响而产生的金属结构电位的波动。杂散电流：沿规定路径之外的路径流动的电流。杂散电流腐蚀：由于杂散电流流动而引起的腐蚀。直流电车系统以及阴极保护系统经常成为杂散电流源。当管道防腐层较差时，杂散电流从管道的一个部位进入管道，沿管道流动一段距离后，在涂层缺陷处离开管道。在电流进入的部位，管道得到保护；在电流离开的部位，管道发生腐蚀。第9页共49页第二部分阴极保护简介一、阴极保护原理阴极保护定义：通过采取措施，使被保护金属表面在电化学电池中为阴极而减缓其腐蚀的技术。强制电流从周围电介质中流向被保护结构表面，使金属表面全部处于阴极状态，就可抑制阴极区金属表面电子释放。施加的电流越大，产生的阴极极化越强，直到腐蚀原电池的阴阳电极极达到等电位，消除结构表面的阳极区，腐蚀就会得到抑制。实现这一目的有两个途径，即：外加电流和牺牲阳极阴极保护。从理论上讲，如果涂层是完整、无缺陷的，那么，涂层自己就可以完成防腐任务。然而，要做到涂层无缺陷，实际上是很困难和不经济的。因此，涂层和阴极保护的结合，99%的防腐任务有防腐层承担、阴极保护对防腐层缺陷处进行保护，是最经济、有效的防腐措施。FFeCuZnFFZnOHZnZnZnZnZnZnOHOHFeCuZnZnOHZnZnZnZnZnZnOHOHOHOHOH第10页共49页二、阴极保护的条件从技术可行性上讲，阴极保护必须具备三个使用条件：1、管道纵向连续导电，确保阴极保护电流畅通，是阴极保护的必要条件之一。法兰、丝扣部位需要电缆跨接。2、具有足够电阻的管道覆盖层。覆盖层的主要作用是隔离土壤介质，阻止形成腐蚀电池。覆盖层的电阻愈大，需要的保护电流愈小。3、管道与其他非保护构筑物之间电绝缘。电绝缘可以防止阴极电流流失，还可减轻电偶腐蚀，减轻杂散电流干扰等。三、阴极保护准则1．埋地钢质管道阴极保护准则可采用下列任一项或几项为判据：在施加阴极电流的情况下，测的管/地电位为—850mv（相对饱和硫酸铜参比电极，下同）或更负。注：正确解释管/地电位测量值，必须考虑测量方法中所含的IR降误差，通常采用下面的几个方法：①测量或计算IR降；②检查阴极保护系统以往的性能；③评价管道及其环境的物理和电性能；④确定是否存在腐蚀的直接证据。相对饱和硫酸铜参比电极的管/地极化电位为—850mV或更负管道表面与同土壤接触的稳定的参比电极之间阴极极化电位值最小为100mV。这一准则可以用于极化的建立过程和衰减过程中。2．特殊条件的考虑对于裸钢表面或涂敷不良的管道，在预先的电流排放点（阳极区），确定净电流是从电解质流向管道表面。当土壤和水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根的含量大于0.5%时，通电保护电流应达到—950mV或更负。3．最大保护电流的限制应根据覆盖层的种类及环境来确定，以不损坏覆盖层的沾结力为准。推荐的最大保护电位为：石油沥青—1.50V煤焦油瓷漆—3.0V环氧粉末—2.0V四、牺牲阳极及外加电流阴极保护比较第11页共49页牺牲阳极外加电流不需要电源需要电源仅用于防腐层好、需要电流小的埋地结构或热点保护。仅用于土壤电阻率低的环境可以用来保护大型甚至没有防腐层的结构,其应用受土壤电阻率影响不大.安装简单，施工方便,可以和管道同沟埋设距离管道至少100米测量电位时，需要测量阳极安装处及两组阳极之间的电位需要测量的点可以很少,可以在汇流点处进行测量埋设点多，使用寿命随环境而变化，可能需要更换阳极用量较小。开挖工作量少由于在每个点的输出都较小,一般不会产生腐蚀干扰需要检测临近结构是否受到腐蚀干扰其输出可以自身调节，但不能人为控制可以自动控制管道电位,自动控制输出电流,达到理想保护状态.电缆接头受到阴极保护，不会腐蚀阳极电缆连接接头要严格密封,一旦与土壤接触，将很快腐蚀断极性不会接反需要谨慎连接电缆，极性接错将加速腐蚀第12页共49页五、牺牲阳极阴极保护牺牲阳极阴极保护，依靠外加阳极不断溶解所产生的阴极电流实现阴极保护。该电位较负的电极成为牺牲阳极，因为随着电流的不断流动，阳极材料将不断的消耗。牺牲阳极材料所应具备的条件：A.电位足够负，但不宜太负，以免阴极区产生析氢反映；B.阳极的极化率要小，电位极点流要输出稳定；C.阳极材料的电容量要大；D.必须有高的电流效率；E.溶解均匀，容易脱落；F.材料价格低廉，来源充分。常用的牺牲阳极材料有三种：镁和镁合金、锌和锌合金、铝和铝合金：镁阳极电位更负、极化率小、发电量大，但电流效率低，适用于范围大、电阻率高和淡水中金属的保护；锌阳极要求有缴高的纯度（99.9%）；铝是自钝化金属，但通过合金化可以破坏其保护膜，获得满意的性能;铝阳极电位较低，单价格低廉。铝是两性金属，在土壤介质中，腐蚀产物容易水解成铝酸，加速阳极的自腐蚀，所以在土壤介质中一般不能应用。1．牺牲阳极种类的选择通常根据土壤电阻率选取牺牲阳极的种类，基本原则如下：阳极种类土壤电阻率带壮镁阳极〉100镁—锰阳极（—1.7V）60—100镁—铝—锌—锰阳极15—60镁—铝—锌—锰阳极或锌阳极〈15锌阳极〈52．牺牲阳极规格的选择根据土壤的电阻率和保护寿命的年限来选择阳极的规格型号MAZM-重量AmmBmmCmmDmmEmm应用场合—12759575200206短管，局部保护—24759575350306—38759575680700≥40Ω.m第13页共49页—411901108868070020—40Ω.m—514100120101680700—622130150125680700≤10Ω.m镁带199.5≥100Ω.m用于另时保护3．牺牲阳极保护系统的安装牺牲阳极可以单独埋设，也可以成组埋设（平行管道排列），成组阳极可以在管道两边埋设，阳极间隔b为2m.。安装步骤：安装前的检查：应检查合格证与产品化验文件，阳极表面严禁油污或其他污染，否则应彻底清除干净。检查阳极电缆接头有无破损，否则应重做绝缘密封和热缩。填报料进场前应检查有产品合格证。每只阳极的成分、重量要符合设计要求，不允许减料和错装。在牺牲阳极和填报料组装时，应使阳极基本上处于填报料的中央位置，不能用手感到阳极有偏位。牺牲阳极与填报料的组装后，如坑后应充分湿润。回填土应不含砖、石、沙和其他杂物。浇湿，踏实。第14页共49页六、外加电流阴极保护原理外加电流阴极保护，又称为强制电流阴极保护。是利用外部电源提供阴极保护电流的阴极保护技术。该方式是利用外部电源和辅助阳极，迫使电流通过辅助阳极从周围介质中流向被保护结构，从而消除腐蚀。该阴极保护系统由整流电源、地床、参比电极、连接电缆组成。（地床：由多支阳极组成的阴极保护该地极成为地床）。1．阴极保护电源——恒电位仪恒电位仪的要求：1.根据设置的不同，它可以恒电位、恒电压、恒电流输出。2.可靠性高，寿命长，维修简单。3.输出电压、电流可调，具有抗过载、防雷、防干扰、故障保护等功能。第15页共49页4.输出、输入端有过流、防冲击保护装置。5.在恒电位输出的状态下，整流电源自动调节输出电压、电流，使管/地电位维持在设定值。2．阴极保护电源技术要求1）控制电位误差：≤±10mV2）流经参比电极电流：≤±1μA3）给定电压范围：0～3V连续可调4）输出稳定值：0～输出电压额定值连续可调5）仪器供电电压：AC220V/AV380V±10%6）效率：≥90%7）功率因数：≥90%8）纹波电压：≤1%9）绝缘电阻：≥20MΩ10）整机过热保护阀值：（80～95）℃11）输入对壳耐压：≥1500V12）输入对输出耐压：≥1500V13）输出对机壳耐压：≥1500V14）工作温度：（-20～50）℃，储存温度（-20～70）℃15）相对湿度：10～90%℃，16）大气压力70～106Kp