關(guān)于腐蝕

1）重要性

1972年，美國NACE協(xié)會估計每年損失是100億美元，1976年BMR研究所調(diào)查每年損失接近700億美元。 美國國會非常震驚，對此要求貿(mào)易部進行證實，1982年發(fā)表的數(shù)據(jù)是每年損失126億美元?？紤]到國家高速公路、水、廢水、廢氣、地下儲罐、因腐蝕造成的污染，每年的損失是3000億美元，占GDP的5%。1998年，我國工程院歷時3年對全國的腐蝕進行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明我國腐蝕造成的損失達5000多億元。

2）腐蝕原因

金屬是從礦石中提取出來的，在提煉過程種必須要給它一定的能量，使其處于高的能量狀態(tài) 。材料基本規(guī)律總是趨向于極低的能量狀態(tài) ，因此金屬都是熱力學不穩(wěn)定的，具有和周圍環(huán)境（如氧和水）發(fā)生反應的趨勢，以達到較低的、更穩(wěn)定的能量狀態(tài)，如生成氧化物。 以鐵為例： 陽極：Fe-2e→Fe2+ 陰極：O2+4e+2H傳鈀4OH- Fe2++2OH-→Fe(OH)Fe(OH)2+1/2O+H傳鈀二Fe(OH)錠

3）腐蝕傾向

對于所有的金屬的腐蝕傾向理論上采用電位的概念進行比較。電位負的金屬，活性較強，容易發(fā)生腐蝕。電位正的金屬活性相對較弱，腐蝕傾向性小。

4）控制措施

多年的實踐證明，較為經(jīng)濟有效的腐蝕控制措施主要是覆蓋層(涂層)加陰極保護。與國外相比，我國75%的防蝕費用用在涂裝上，而電化學保護使用的相對較低。

5）施加涂層后，為什么還會腐蝕

涂層的作用主要是物理阻隔作用，將金屬基體與外界環(huán)境分離，從而避免金屬與周圍環(huán)境的作用。但是有兩種原因會導致金屬腐蝕。一是涂層本身存在缺陷，有針孔的存在；二是在施工和運行過程中不可避免涂層會破壞，使金屬暴露于腐蝕環(huán)境。這些缺陷的存在導致大陰極小陽極的現(xiàn)象，使得涂層破損處腐蝕加速。

技術(shù)簡介

陰極保護技術(shù)有兩種：犧牲陽極陰極保護和強制電流（外加電流）陰極保護。

1）犧牲陽極陰極保護技術(shù)

犧牲陽極陰極保護技術(shù)是用一種電位比所要保護的金屬還要負的金屬或合金與被保護的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來保護其它金屬。 優(yōu)點： A: 一次投資費用偏低，且在運行過程中基本上不需要支付維護費用 B: 保護電流的利用率較高，不會產(chǎn)生過保護C: 對鄰近的地下金屬設施無干擾影響，適用于廠區(qū)和無電源的長輸管道，以及小 規(guī)模的分散管道保護 D: 具有接地和保護兼顧的作用 E: 施工技術(shù)簡單，平時不需要特殊專業(yè)維護管理。缺點： A: 驅(qū)動電位低，保護電流調(diào)節(jié)范圍窄，保護范圍小 B: 使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于 50Ω.m時，一般不宜選 用犧牲 陽極保護法 C: 在存在強烈雜散電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時，陽極性能有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn) D: 有效陰極保護年限受犧牲陽極壽命的限制，需要定期更換 。

2）強制電流陰極保護技術(shù)

強制電流陰極保護技術(shù)是在回路中串入一個直流電源，借助輔助陽極，將直流電通向被保護的金屬，進而使被保護金屬變成陰極，實施保護。 優(yōu)點： A: 驅(qū)動電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內(nèi)控制陰極保護電流 輸出量，適用于保護范圍較大的場合 B: 在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中也適用 C: 選用不溶性或微溶性輔助陽極時，可進行長期的陰極保護 D: 每個輔助陽極床的保護范圍大，當管道防腐  層質(zhì)量良好時， 一個陰極保護站的保護范圍可達數(shù)十公里 E: 對裸露或防腐層質(zhì)量較差的管道也能達到完全的陰極保護 缺點： A: 一次性投資費用偏高，而且運行過程中需要支付電費 B:陰極保護系統(tǒng)運行過程中，需要嚴格的專業(yè)維護管理 C: 離不開外部電源，需常年外供電 D ：對鄰近的地下金屬構(gòu)筑物可能會產(chǎn)生干擾作用

效果判據(jù)

1）普通鋼陰極保護準則

◆施加陰極保護時被保護結(jié)構(gòu)物的電位負移至少達到-850mV或更負(相對飽和硫酸銅參比 電極CSE)。 ◆相對于飽和硫酸銅參比電極的負極化電位至少為850mV。 ◆在構(gòu)筑物表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值極小為100mV。 ◆存在 硫酸鹽還原菌的環(huán)境，被保護結(jié)構(gòu)物的電位負移至950mV(CSE)或更負。

2）鋁合金陰極保護準則

◆構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值極小為100mV，準則適用于極化建立或衰減過程。 ◆極化電位不應負于-1200mV（CSE）。

3）銅合金陰極保護準則

◆構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極的陰極極化值極小為100mV。極化建立或衰減過程均可以被應用。

4）異種金屬陰極保護準則

◆所有金屬表面與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的負電壓等于活性極強的陽極區(qū)金屬的保護電位。

5）高強鋼陰極保護準則

◆700MPa以上的鋼腐蝕速率降低至0.0001mm/a的保護電位為-760～-790mV(Ag/AgCl)。 ◆在存在硫酸鹽還原菌的環(huán)境下，鋼屈服強度大于700MPa，保護電位應在800-950mV(Ag/AgCl)的范圍內(nèi)。 ◆屈服強度大于800MPa的鋼，其保護電位應不低于-800mV(Ag/AgCl)。

技術(shù)問答

1）什么是強制電流陰極保護系統(tǒng)？

強制電流陰極保護系統(tǒng)又稱為外加電流系統(tǒng)，是在被保護結(jié)構(gòu)周圍同一電解質(zhì)環(huán)境中埋設輔助陽極，通過一直流電源以輔助陽極為陽極，以被保護結(jié)構(gòu)為陰極，構(gòu)成供電回路，將直流電通向被保護的金屬，使被保護金屬強制變成陰極以實施陰極保護。

2）什么是犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)？

犧牲陽極法是用一種電位比所要保護的金屬還要負的金屬或合金與被保護的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來保護其它金屬的方法。

3）強制電流陰極保護系統(tǒng)的組成有什么？

強制電流陰極保護系統(tǒng)主要由電源、控制柜、輔助陽極、焦炭（碳素）填料、電纜、控制參比電極、電位測試樁、電流測試樁、保護效果測試片、電絕緣裝置、電絕緣保護裝置。

4）電源的作用是什么

電源的作用是向陰極保護系統(tǒng)不間斷提供電流。電源主要有恒流、恒壓整流器、恒電位儀。

5）電源的類型主要有哪幾種？

從整流形式上主要有可控硅、磁飽和、數(shù)控高頻開關(guān)。可控硅和磁飽和恒電位儀體積較大、紋波系數(shù)較大、控制精度較差，效率較低(低于70%)不易實現(xiàn)數(shù)字化。磁飽和恒電位儀除了上述不足外，額定功率20%以下的輸出無法控制。數(shù)控高頻開關(guān)恒電位儀體積較小、紋波系數(shù)小、控制精度高、效率較高（90%以上）。

6）輔助陽極的作用是什么？

輔助陽極的作用是通過介質(zhì)(如土壤、水)與管道之間形成電回路。通過在陽極表面發(fā)生電化學反應，不斷向陰極結(jié)構(gòu)提供電子，從而使陰極極化到保護電位。

7）輔助陽極的種類有多少?

輔助陽極根據(jù)有廢鋼、硅鐵、石墨、混合氧化物陽極、柔性陽極、貴金屬電極等。

8）控制參比電極的有那些？

控制參比電極主要有長壽命飽和硫酸銅參比電極、高純鋅參比電極、銀/氯化銀參比電極、二氧化鉬參比電極。土壤中可使用飽和硫酸銅參比電極和高純鋅參比電極，水介質(zhì)中使用高純鋅參比電極和銀/氯化銀參比電極。二氧化鉬參比電極主要用于混凝土中。飽和硫酸參比電極的壽命一般小于10年。其它的參比電極可以根據(jù)壽命來設計。

9）為什么需要采用電絕緣？

在陰極保護技術(shù)中，要求被保護結(jié)構(gòu)需要電絕緣，主要是由于如果不絕緣，保護電流會流失到未被保護的金屬構(gòu)筑物上，設計的電流需求量可能不足，保護效果不理想，另外，可能會產(chǎn)生雜散電流的干擾。電絕緣要根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況進行考慮。

10）測試樁的作用是什么？

測試樁的作用主要是用于檢測陰極保護效果和運行參數(shù)。根據(jù)作用不同有電位測試樁、電流測試樁、保護效果測試片測試樁。

11）犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)的組成有什么？

土壤中，犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)主要有犧牲陽極、填包料、和測試樁組成。水環(huán)境中，除導線連接外，犧牲陽極也可保護結(jié)構(gòu)上。

12）犧牲陽極主要有那些？

對于鋼鐵來說犧牲陽極主要有鎂合金犧牲陽極、鋁合金犧牲陽極 、鋅合金犧牲陽極。鎂合金犧牲陽極主要應用于高電阻率的土壤環(huán) 境中。鋁合金和鋅合金主要用于水環(huán)境介質(zhì)中。鋅合金也可用于土壤電阻率小于 5Ω?m 的環(huán)境中。

對于其它金屬來說，活性較高的金屬都可以用作它的犧牲陽極，如用鐵作為犧牲陽極來保護銅。 

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