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目錄：
第一章 緒 論 *
第二章 陰極保護(hù)基本原理 *
第三章 陰極保護(hù)主要參數(shù) *
第四章 陰極保護(hù)準(zhǔn)則 *
第五章 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)陽(yáng)極材料 *
第六章 犧牲陽(yáng)極接地電阻以及發(fā)電量計(jì)算 *
第七章 犧牲陽(yáng)極的安裝與維護(hù) *
第八章 網(wǎng)狀陽(yáng)極 *
第九章 外加電流陰極保護(hù)用陽(yáng)極材料 *
第十章 輔助陽(yáng)極的選擇及計(jì)算 *
第 十一 章 陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量 *
第 十二 章 陰極保護(hù)的運(yùn)行管理 *
第 十三 章 陰極保護(hù)中的幾個(gè)屏蔽問題 *
第一章 緒 論
一.防腐蝕的重要意義
自然界中，大多數(shù)金屬是以化合狀態(tài)存在的。通過煉制，被賦予能量，才從離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變成原子狀態(tài)。然而，回歸自然狀態(tài)是金屬固有本性。我們把金屬與周圍的電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、從原子變成離子的過程稱為腐蝕。
金屬腐蝕廣泛的存在于我們的生活中, 國(guó)外統(tǒng)計(jì)表明，每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬材料, 約相當(dāng)于金屬產(chǎn)量的20～40％,全世界每年因腐蝕而損耗的金屬達(dá)1億噸以上,金屬腐蝕直接和間接地造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失, 據(jù)有關(guān)國(guó)家統(tǒng)計(jì)每年由于腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失,美國(guó)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4.2％; 英國(guó)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的3.5％;日本為國(guó)民經(jīng)濟(jì)總值1.8％。
二.防腐蝕工程發(fā)展概況
六十年代初,我國(guó)開始研究陰極保護(hù)方法,六十年代末期在船舶,閘門等鋼鐵構(gòu)筑物上得到應(yīng)用。
我國(guó)埋地油氣管道的陰極保護(hù)始于1958年,六十年代在新疆、大慶、四川等油氣管道上推廣應(yīng)用,目前,全國(guó)主要油氣管道已全部安裝了陰極保護(hù)系統(tǒng)，收到明顯的效果。
第二章 陰極保護(hù)基本原理
一、腐蝕電位或自然電位
每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位, 稱之為該金屬的腐蝕電位（自然電位）。腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對(duì)難易。腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子, 我們稱失去電子的部位為陽(yáng)極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽(yáng)極區(qū)由于失去電子（如， 鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入土壤）受到腐蝕而陰極區(qū)得到電子受到保護(hù)�！�
相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極(CSE), 不同金屬的在土壤中的腐蝕電位 （V）
金屬
電位（CSE）
高純鎂
-1.75
鎂合金 (6% Al, 3% Zn, 0.15% Mn)
-1.60
鋅
-1.10
鋁合金 (5% Zn)
-1.05
純鋁
-0.80
低碳鋼 (表面光亮)
-0.50 to -0. 80
低碳鋼 (表面銹蝕)
-0.20 to -0.50
鑄鐵
-0.50
混凝土中的低碳鋼
-0.20
銅
-0.20
在同一電解質(zhì)中，不同的金屬具有不同的腐蝕電位 ，如輪船船體是鋼,推進(jìn)器是青銅制成的,銅的電位比鋼高,所以電子從船體流向青銅推進(jìn)器，船體受到腐蝕，青銅器得到保護(hù)。鋼管的本體金屬和焊縫金屬由于成分不一樣, 兩者的腐蝕電位差有時(shí)可達(dá)0.275V,埋入地下后，電位低的部位遭受腐蝕。新舊管道連接后，由于新管道腐蝕電位低，舊管道電位高，電子從新管道流向舊管道，新管道首先腐蝕。同一種金屬接觸不同的電解質(zhì)溶液（如土壤）,或電解質(zhì)的濃度、溫度、氣體壓力、流速等條件不同，也會(huì)造成金屬表面各點(diǎn)電位的不同。
二、參比電極
為了對(duì)各種金屬的電極電位進(jìn)行比較，必須有一個(gè)公共的參比電極。飽和硫酸銅參比電極電極，其電極電位具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性,構(gòu)造簡(jiǎn)單,在陰極保護(hù)領(lǐng)域中得到廣泛采用。不同參比電極之間的電位比較：
土壤中或浸水鋼鐵結(jié)構(gòu)最小陰極保護(hù)電位（V）
被保護(hù)結(jié)構(gòu)
相對(duì)于不同參比電極的電位
飽和硫酸銅參比電極
氯化銀
參比電極
鋅
參比電極
飽和甘汞
參比電極
鋼鐵（土壤或水中）
-0.85
-0.75
0.25
-0.778
鋼鐵（硫酸鹽還原菌）
-0.95
-0.85
0.15
-0.878
三、陰極保護(hù)
陰極保護(hù)的原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子,使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài),使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即,犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。
1. 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接,并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的，相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型（電流一般小于1安培）或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率小于100歐姆.米）的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲(chǔ)罐等。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)資料的報(bào)道，對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽(yáng)極的使用壽命一般不會(huì)超過3年，最多5 年。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽(yáng)極的電流輸出。本人認(rèn)為，產(chǎn)生該問題的主要原因是陽(yáng)極成份達(dá)不到規(guī)范要求，其次是陽(yáng)極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計(jì)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，除了嚴(yán)格控制陽(yáng)極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽(yáng)極床位置。
2. 外加電流陰極保護(hù)是通過外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從土壤中流向被保護(hù)金屬,使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境,。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長(zhǎng)輸埋地管道，大型罐群等。
第三章 陰極保護(hù)主要參數(shù)
1.自然電位
自然電位是金屬埋入土壤后，在無外部電流影響時(shí)的對(duì)地電位。自然電位隨著金屬結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、表面狀況和土質(zhì)狀況,含水量等因素不同而異, 一般有涂層埋地管道的自然電位在-0.4～0.7 V CSE 之間,在雨季土壤濕潤(rùn)時(shí)，自然電位會(huì)偏負(fù)，一般取平均值 -0.55V。
2.最小保護(hù)電位
金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的最低電位值。一般認(rèn)為，金屬在電解質(zhì)溶液中，極化電位達(dá)到陽(yáng)極區(qū)的開路電位時(shí)，就達(dá)到了完全保護(hù)。
3.最大保護(hù)電位
如前所述，保護(hù)電位不是愈低愈好,是有限度的,過低的保護(hù)電位會(huì)造成管道防腐層漏點(diǎn)處大量析出氫氣, 造成涂層與管道脫離， 即，陰極剝離,不僅使防腐層失效,而且電能大量消耗,還可導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生氫脆進(jìn)而發(fā)生氫脆斷裂,所以必須將電位控制在比析氫電位稍高的電位值, 此電位稱為最大保護(hù)電位,超過最大保護(hù)電位時(shí)稱為"過保護(hù)"。
4.最小保護(hù)電流密度
使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時(shí)所需要的保護(hù)電流密度,稱作最小保護(hù)電流密度,其常用單位為mA/m 2表示。處于土壤中的裸露金屬，最小保護(hù)電流密度一般取10mA/m2。
5.瞬時(shí)斷電電位
在斷掉被保護(hù)結(jié)構(gòu)的外加電源或犧牲陽(yáng)極0.2 ~ 0.5秒中之內(nèi)讀取得結(jié)構(gòu)對(duì)地電位。由于此時(shí)沒有外加電流從介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)，所以，所測(cè)電位為結(jié)構(gòu)的實(shí)際極化電位，不含IR降（介質(zhì)中的電壓降）。由于在斷開被保護(hù)結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)對(duì)地電位受電感影響，會(huì)有一個(gè)正向脈沖，所以，應(yīng)選取0.2 ~ 0.5 秒之內(nèi)的電位讀數(shù)�！�
第四章 陰極保護(hù)準(zhǔn)則
為了便于實(shí)際應(yīng)用，通過多年的實(shí)踐與研究，得出了以下幾個(gè)判斷結(jié)構(gòu)是否得到充分保護(hù)得判斷準(zhǔn)則�！�
1. NACE RP 0169 建議“在通電的情況下,埋地鋼鐵結(jié)構(gòu)最小保護(hù)電位為-0.85V CSE或更負(fù), 在有硫酸鹽還原菌存在的情況下，最小保護(hù)電位為-0.95V CSE，該電位不含土壤中電壓降（IR降）”。實(shí)際測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)瞬時(shí)斷電電位進(jìn)行判斷。目前流行的通電電位測(cè)量方法簡(jiǎn)便易行，但對(duì)測(cè)量中IR降的含量沒有給予足夠重視。其后果是很多認(rèn)為陰極保護(hù)良好的管道發(fā)生腐蝕穿孔。這方面的教訓(xùn)是很多的。如：四川氣田南干線，認(rèn)為陰極保護(hù)良好，但實(shí)際內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腐蝕深度在壁厚的10-19% 的點(diǎn)多達(dá)410處； 個(gè)別位置的點(diǎn)蝕深度達(dá)到50%。 進(jìn)行斷電電位測(cè)量發(fā)現(xiàn)，很多點(diǎn)保護(hù)電位（斷電電位）沒有達(dá)到-0.85V CSE。有效的方法是實(shí)際測(cè)量幾點(diǎn)的IR降，保護(hù)電位按0.85 + IR 降來確定。IR 降可以通過通電電位減去瞬時(shí)斷電電位來獲得，也可以用瞬時(shí)通電電位減去結(jié)構(gòu)自然電位來獲得。
2. 瞬時(shí)斷電電位與自然電位之差不得小于100mV。在有些情況下，在斷開電源0.2-0.5秒內(nèi)測(cè)量斷電電位，待結(jié)構(gòu)去極化后（24 或48 小時(shí)后）再測(cè)量結(jié)構(gòu)電位（自然電位），其差值應(yīng)不小于 100mV。也可以用通電電位（極化后）減去瞬時(shí)通電電位來計(jì)算極化電位。
3. 最大保護(hù)電位的限制應(yīng)根據(jù)覆蓋層及環(huán)境確定，以不損壞覆蓋層的粘結(jié)力為準(zhǔn),一般瞬時(shí)斷電電位不得低于-1.10V CSE。由于受舊規(guī)范的影響，很多人還認(rèn)為陰極保護(hù)最大電位不能低于-1.5V CSE。事實(shí)上這種觀念使錯(cuò)誤的，造成的危害也是巨大的。判斷陰極保護(hù)電位是否過大應(yīng)以斷電電位為判斷基礎(chǔ)，只要斷電電位不低于-1.1V CSE（西歐為-1.15V CSE），通電電位再大也沒有關(guān)系。
第五章 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)陽(yáng)極材料
鎂犧牲陽(yáng)極，根據(jù)形狀以及電極電位的不同，鎂陽(yáng)極可用于電阻率在 20歐姆.米到 100歐姆.米的土壤或淡水環(huán)境。高電位鎂陽(yáng)極的電位為 1.75V CSE; 低電位鎂陽(yáng)極的電位為
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