阴极保护

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阴极保护方案的合理选择

 利用先进的防腐蚀技术,降低腐蚀造成的损失是工程设计中应该重点考虑的问题。电化学腐蚀是最普遍的腐蚀现象,而阴极保护则是基于电化学反应机理而采取的保护技术之一。下文结合工程应用就合理选择阴极保护方案问题进行探讨。

  1 阴极保护基本原理及保护方式

  阴极保护是给被保护物体通以阴极电流,使之阴极极化而防止腐蚀,主要保护方式分为牺牲阳极法和外加电流法(也称强制电流法)两种。

  1.1牺牲阳极法

  是利用腐蚀电池的原理,在原来的腐蚀电池体系中接人一个更加活泼的金属,组成新的宏观腐蚀电池。接入的活泼金属电极电位更负,在新的宏观电池中处于阳极状态。由于该金属的腐蚀对原有腐蚀电池提供保护,加快了自身的腐蚀,因此称为牺牲阳极。

  牺牲阳极材料应能满足下列要求:

  (1)要有足够的负电位,而且很稳定;

  (2)在保护过程中,阳极极化较小,溶解均匀而且极化产物容易脱落;

  (3)自腐蚀速率小、腐蚀均匀。而且要有高而稳定的电流效率;

  (4)腐蚀产物不污染环境.无公害;

  (5)阳极材料来源广泛,加工容易,价格便宜。

  根据上述原则,设计中必须考虑被保护金属的活性,确定介质的(土壤、水或化工介质)的电阻率,根据介质的腐蚀性、防护层种类、被保护设备的表面积,计算所需保护的电流量,确立被保护设备的电连续性,以及电绝缘结构与位置。选择合理的阳极安装方式,便于以后的识别与更换。对于被保护金属是铝或铅时,其保护电位一定要加以限制,否则会产生负效应,形成阴极腐蚀。

  牺牲阳极的阴极保护的优点在于选材容易,安装方便,可随时补充。同时,投入运行后,不需要专门管理。另外,不存在极性接反问题,对临近的构筑物的干扰影响极小或基本无干扰。对于小规模的工程项目以及边远地区的工程项目。均可采用这类保护方式。

  牺牲阳极保护方法的不足是对高电阻率的土壤保护效果不佳。另外,由于阳极数量较多,不同安装地点的阳极使用寿命有很大差距,造成阳极腐蚀的不均匀,对于设计寿命较长的设备,需要不定期地补充阳极,而且保护电流几乎不可凋。

  1。2外加电流法

  (也称强制电流法)顾名思义就是由外部的直流电源直接向被保护金属通以阴极电流,使之阴极极化,达到阴极保护的目的。外加电流法阴极保护方案由、参比电极、直流电源以及相关的连接电缆所组成。辅助阳极的功能是将保护电流经电解质输送到保护体上,是保护系统的重要组成部分。阳极性能的优劣以及其设计寿命的长短都直接影响阴极保护的效果,但作为辅助阳极应该具有下列基本性能:

  (1)具有良好的导电性及较低的电阻;

  (2)耐腐蚀,消耗量小,寿命长;

  (3)具有一定的机械强度和稳定性,能承受施工及维修时可能遭到的外力冲击;

  (4)材料选择容易,价格便宜;

  (5)容易加工成各种形状,便于安装。外加电流保护中的直流电源要求能长期连续运行,另外必须适应所在地的环境条件。对于石化企业的储罐区,还应满足爆炸危险区域的要求。一般情况下,直流电源应尽量安装在爆炸危险区域以外,当安装在爆炸危险区域内时,要采用防爆产品。国内的电源一般采用恒电位仪,而国外普遍采用整流器。整流器结构简单,性能可靠,能长期稳定运行,而且维修方便,价格便宜。恒电位仪能控制参比电极附近的电位在规定数值,但不能恒定整个系统的电位,采用自动控制的恒电位仪结构复杂.故障率高,而且维修复杂,电源效率较低。因此,笔者认为在设计中电源系统应优先考虑选择整流器供电。

  与牺牲阳极法相比,外加电流法系统较复杂,因此在设计中还应考虑下列因素:

  (1)确定外加的保护电压,一般情况下其保护电压不宜超过100v;

  (2)确定整个回路的电阻,包括辅助阳极的接地电阻,连接导线的电阻等;

  (3)辅助阳极的确定:包括材料的选择,数量和尺寸,最佳安装位置以及最佳安装方式,阳极的安装距离等;

  (4)选取参比电极的种类及数量;

  (5)确定连接电缆的经济截面积。

  外加电流法的优点在于保护电压输出可调,可适应意料之外的一些变化;不受土壤或水的电阻率限制;

  2 影响阴极保护费用的因素

  阴极保护是一项综合工程,在考虑保护方式优劣的同时,必须考虑阴极保护的费用,以发挥阴极保护的最佳经济效益。影响阴极保护费用的因素主要有:

  (1)保护电流的大小:保护电流的大小取决于被保护设备的保护面积,而相同保护设备其所需的保护电流大小取决于覆盖层的质量,同时与被保护设备有电连接的其它金属设备,必须实行电绝缘,否则会增加保护电流。如地下金属管线与地上的连接,石油储罐与进出管线之间,储罐的接地与系统地网之间等部位,必须考虑电绝缘问题。

  (2)环境的电阻率:环境的电阻率决定了阳极接地电阻的大小,而阳极接地电阻的大小影响了阳极的数量,同时影响设备的耗电多少。因此,对石化企业的罐区进行阴极保护设计时,尽量利用实际测量数据而不能选用地区平均值,有时地区的土壤电阻率与罐区的实际情况会相差数倍甚至数十倍。

  (3)工程规模的大小:因为工程规模的大小是决定选择保护方式的重要因素,而保护方式的不同造成投资的不同。如果不考虑工程规模的大小,而任意选择阴极保护方式.可能会造成资金的浪费或保护失败。

  除上述因素外,还应考虑采用阴极保护前后的运营费用、被保护设备的折旧费用、使用寿命和采用阴极保护前后的设备维修费用等。综合考虑所有因素,才能够合理分析阴极保护的合理性和经济性。

  3小结

  综上所述,影响阴极保护的因素很多,在选择阴极保护方式时,应综合考虑各种因素。对于工程规模较大、土壤电阻率高、而且被保护设备覆盖层较差时,应选用外加电流保护方式,如石化企业中的储罐区,长距离埋地输送管线等。对于工程规模小,不容易获取外供电源,而且土壤电阻率较低时,宜选用牺牲阳极的阴极保护方式,如单一的小容积储罐,边远地区无人值守的埋地管线等。

 

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