管道的阴极保护与杂散电流保护30527.docVIP

管道的阴极保护与杂散电流保护 1．阴极保护的基本原理 金属管道的周围环境包括土壤、水和含有水蒸气的气体，均含有一定的电解质，尤其是埋设的金属管道和水下特别是海水中的金属管道，周围环境的电解质含量更多，因此金属管道几乎都存在电化学腐蚀。除采用外防腐涂料防腐外，还要采用阴极保护措施抑制电化学腐蚀。另外当外界有杂散电流时，例如电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统等直流电力系统，会使处在电解质溶液中的金属管道产生电解而腐蚀，应采取排流保护措施。 电化学腐蚀分为原电池腐蚀和电解腐蚀。原电池腐蚀系指金属在电解质溶液中形成原电池而产生的腐蚀；电解腐蚀系指外界杂散电流使电解溶液中的金属进行电解而产生的腐蚀。 阴极保护的原理如图所示： 被保护的金属管道电位较低，称为阳极，辅助阳极或牺牲阳极电位更低，两者之间在电解质溶液中产生电流，使被保护的金属管道得以保护。阴极保护有两种方法，其原理相同。 外加电流阴极保护：利用直流电源，通过辅助阳极对被保护的金属管道通以恒定电流，使阴极变化，以防止腐蚀，此法为外加电流保护法，如图所示。 两种阴极保护方法的优缺点比较如表所示。 两种阴极保护方法的优缺点比较 方法 优点 缺点 外 加 电 流 阴 极 保 护 方 法 单站保护范围大，因此管道越长，相对投资越小 驱动电压高，能够灵活控制阴极保护电流，可供给较大保护电流 不受土壤电阻率的限制，在恶劣的腐蚀条件下也能使用 采用难溶性阳极材料，可作长期的阴极保护 一次性投资费用较高 需要外部电源 对邻近的地下金属结构物干扰大 维护管理较复杂 牺 牲 阳 极 保 护 方 法 保护电流的利用率高，不会过保护 适用于无电源地区和小规模分散的对象 对邻近的地下金属结构物几乎无干扰，施工技术简单 安装及维护费用小 接地和防腐兼顾 驱动电压低，保护电流调节困难 使用范围受土壤电阻率的限制 对于大口径裸管或防腐涂层质量不良的管道，由于费用高，一般不宜采用 在杂散电流干扰强烈地区，将丧失保护作用 投产测试工作较复杂 辅助阳极材料要有良好的导电性和抗腐蚀性，常用的有碳钢、铸铁、石墨、高硅铸铁、磁性氧化铁等。 常用阳极材料性能如表所示。 常用阳极材料性能 性 能 阳 极 材 料 碳 钢 石 墨 高硅铸铁 磁性氧化铁 密度 /（kg/m3） 20℃电阻率 /（Ω·cm） 抗弯强度 /（105Pa） 抗压强度 /（105Pa） 消耗率 / [kg /（A·a）] 允许电流密度 /（A/m2） 利用率（％） 7800 17×10–6 9.1～10 50 450～1680 700×10–6 80～130 140～350 0.4～1.3 5～10 66 7000 72×10–6 14～17 70 0.1～1 5～80 50 5100～5400 3×10–2 与高硅铸铁相似 与高硅铸铁相似 0.02～0.15 100～1000 综上所述，无论采用何种方法，都必须使产生的电流足以克服和抵消腐蚀电流，从而停止金属管道的腐蚀，受到有效的保护。 牺牲阳极材料需要满足下述要求： 1）驱动电位大，使被保护金属管道阴极极化。 2）阳极极化率小，使电位及输出电流稳定。 3）单位重量消耗提供电量多，单位面积输出电流大，电流效率高。 4）价格低廉，来源广，制造简单，便于施工。 常用的牺牲阳极材料有镁基合金、铝基合金、锌基合金三大类，其基本性能如表所示。 牺牲阳极材料的性能 性能 纯镁、镁、锰 镁合金（Mg-6Al-3Zn） 铝合金（Al-Zn-In） 纯锌、锌合金 密度 /（kg/m3） 阳极开路电位/V 对钢铁的有效电压/V 理论产生电量/（A·h/g） 1740 1.56 0.75 2.2 1770 1.48 0.85 2.21 2830 1.08 0.25 2.87 7140 1.03 0.2 0.82 海水中 电流效率（％） 发生电量 /（A·h/g） 消耗率 / [kg /（A·a）] 50 1.1 8 55 1.22 7.2 80 2.2 3.8 95 0.78 11.8 土壤中 电流效率（％） 发生电量 /（A·h/g） 40 0.88 50 1.11 65 1.86 65 0.53 2．杂散电流的腐蚀及防护 （1） 直流电对腐蚀的影响 电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统，都会在土壤中产生杂散电流，使地下管道产生电化学腐蚀，其腐蚀程度要比一般的土壤强烈得多，有杂散电流存在时，管地电位差可能高达8～9V，较无杂散电流的零点几伏电位差大得多，其影响可远达几十公里，必须采取防护措施。 （2） 防止杂散电流的措施 除使长输管道远离杂散电流外，如果不能远离，长输管道防止杂散电流的主要措施是排流保护，即用绝缘的金属电缆将被保护的金属管道与排流装置连接，将杂散电流引回铁轨