陰極保護

   

簡述

陰極保護技術(shù)是電化學保護技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個外加電流，被保護結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。

定義

陰極保護：為了防止通信線路或設(shè)備被腐蝕，而使被保護的設(shè)備對地保持負電位的一種防腐蝕措施。

原理

陰極保護的原理是在線纜的金屬外皮上人為接入負電位，在一定距離之外的電極上接正電極，確保線纜的金屬外皮對地具有負電位。這樣就不會出現(xiàn)電流通過線纜的外皮向外流出的現(xiàn)象，這樣會起到保護線纜外皮的作用。

設(shè)備

陰極保護使用的場合較多，它通常由一個電源變壓器和一個橋型整流器組成。陰極保護的電壓是可以調(diào)節(jié)的，使用的電源負荷較大。它把交流220 V電源通過變壓器和整流電路變成直流，將負電極接至金屬外皮，正電極接地，確保線纜外皮對地保持適當?shù)呢撾娢唬@樣線纜的金屬外皮就不容易受到腐蝕了。

陰極保護設(shè)備如果不用交流電，也可以用直流電池供電。但注意陰極設(shè)備應(yīng)安裝在線纜外皮平均正電位最高的地點。

陰極保護設(shè)備接地的正電極有大量的電流流出，如果采用金屬接地體，這會消耗很大；通常采用石墨電極作為接地體。

將陽電極與線纜金屬外皮相連并埋在地下，陽電極的電位高于線纜外皮電極的電位，它與電纜外皮構(gòu)成原電池，由陽電極流向電纜外皮的電流，可以抵消電纜外皮流出的電流，這樣陽電極就代替線纜的金屬外皮受到腐蝕，“李代桃僵”通過犧牲陽電極的方式保護了電纜，大家應(yīng)該知道，陽電極為何也稱為“犧牲電極”了吧。

工作原理

金屬—電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負移，金屬陽極氧化反應(yīng)過電位ηa減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護效應(yīng)。利用陰極保護效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護方法叫做陰極保護 。

由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)(失電子反應(yīng))受到抑制。當金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。

兩種陰極保護法：外加電流陰極保護和犧牲陽極保護。

1、犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。該方式簡便易行，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)、小型儲罐等。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料的報道，對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓，認為犧牲陽極的使用壽命一般不會超過3年，最多5年。犧牲陽極陰極保護失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導電的硬殼，限制了陽極的電流輸出。產(chǎn)生該問題的主要原因是陽極成份達不到規(guī)范要求，其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)時，除了嚴格控制陽極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置。

2、外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位，使被保護金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長輸埋地管道，大型罐群等。

陰保方式

 

檢查測試

1.所有強制電流電源每兩月檢查一次，間隔長一些或短一些也可能是合適的。運行正常的判據(jù)是：電流輸出、正常的功耗、表示正常運行的信號或官道上令人滿意的陰極保護水平。

2.作為預(yù)防性維護計劃的一部分，為最大限度地減少使用中的損壞，所有強制電流保護設(shè)施應(yīng)每年檢查一次。檢查內(nèi)容包括電氣故障、安全接地的連接點、儀表的精度、效率及回路電阻。

3.反向電流開關(guān)、二極管、干擾跨接和其他保護裝置等，如果失效可能危及構(gòu)筑物的保護，其正常的功能檢查應(yīng)每兩個月一次。

4.應(yīng)定期檢查并評價絕緣接頭、電連續(xù)性跨接及套管絕緣的有效性，可通過電測量完成。

具備條件

在采用陰極保護時，應(yīng)具備以下條件：

1.被保護構(gòu)筑物必須是可導電的金屬件，且具有足夠低的縱向?qū)щ娐剩?

2.與低歐姆的接地裝置不得有金屬導電性連接；

3.容器和管道均應(yīng)具有足夠電阻率的防腐層。

注：隨著防腐層電阻的增大，保護電流密度相應(yīng)地降低，越加有利于電流均勻分布，擴大保護范圍。當保護電流密度增大時對外部裝置的干擾影響也增加。

若管道建在或運行在高壓電裝置附近，就必須遵循Akf第三號推薦標準。若考慮到防爆和放接觸電壓，需要與接地的外部設(shè)備進行電連接或者這類連接決不可被取消，這是應(yīng)按照Afk第九號標準推薦采用局部陰極保護技術(shù)。

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陰極保護材料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(shè)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