金属腐蚀电化学保护省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

金属腐蚀与防护金属腐蚀与防护教学课件教学课件第1页第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 应用电化学极化方法来预防和减轻金属腐蚀方法称为应用电化学极化方法来预防和减轻金属腐蚀方法称为应用电化学极化方法来预防和减轻金属腐蚀方法称为应用电化学极化方法来预防和减轻金属腐蚀方法称为电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护。主要有主要有主要有主要有阳极保护阳极保护阳极保护阳极保护和和和和阴极保护阴极保护阴极保护阴极保护两种类型。两种类型。两种类型。两种类型。另外，为了减轻电解腐蚀（主要是杂散电流腐蚀）所另外，为了减轻电解腐蚀（主要是杂散电流腐蚀）所另外，为了减轻电解腐蚀（主要是杂散电流腐蚀）所另外，为了减轻电解腐蚀（主要是杂散电流腐蚀）所采取排流防蚀技术及区域保护技术也进行了阐述叙述。采取排流防蚀技术及区域保护技术也进行了阐述叙述。采取排流防蚀技术及区域保护技术也进行了阐述叙述。采取排流防蚀技术及区域保护技术也进行了阐述叙述。第2页6.1阳极保护 对腐蚀介质中金属结构物进行阳极极化，使其表面形成钝化膜，对腐蚀介质中金属结构物进行阳极极化，使其表面形成钝化膜，并通电维持其钝化状态，从而显著降低腐蚀速度保护办法称为并通电维持其钝化状态，从而显著降低腐蚀速度保护办法称为阳极保阳极保护护。主要用于有氧化性且无主要用于有氧化性且无Cl-酸、碱、盐溶液中，要求材料必须含有酸、碱、盐溶液中，要求材料必须含有钝化性，所以钝化性，所以在海洋环境中忌用阳极保护，因为海水中含有大量在海洋环境中忌用阳极保护，因为海水中含有大量Cl-。一、一、一、一、原理原理 由由E-pH图图可可见见，当当电电极极发发生生阳阳极极极极化化而而电电位位正正移移时时，金金属属由由活活化化腐腐蚀蚀区区过过渡渡到到钝钝化化稳稳定定区区，使使腐腐蚀蚀过过程程阴阴极极控控制制变变为为阳阳极极控控制制。只只有有能能够够发发生生阳阳极极钝钝化化情情况况下下才才适适合合用用于于该该方方法法，极极化化状状态态必必须须保保持持在在钝钝化区化区。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第3页 二、参数二、参数二、参数二、参数 由钝化曲线能够看出，阳极保护主要参数是：由钝化曲线能够看出，阳极保护主要参数是：由钝化曲线能够看出，阳极保护主要参数是：由钝化曲线能够看出，阳极保护主要参数是：（1 1）致致致致钝钝钝钝电电电电流流流流密密密密度度度度，或或或或临临临临界界界界电电电电流流流流密密密密度度度度（i icpcp）：是是是是产产产产生生生生钝钝钝钝化化化化所所所所需需需需最最最最小小小小阳阳阳阳极极极极极极极极化化化化电电电电流流流流密密密密度度度度（AmAm-2-2），它它它它相相相相当当当当于于于于金金金金属属属属阳阳阳阳极极极极溶溶溶溶解解解解最最最最大大大大值值值值，只只只只有有有有超超超超出此值电流部分才能形成钝化膜出此值电流部分才能形成钝化膜出此值电流部分才能形成钝化膜出此值电流部分才能形成钝化膜。极极极极化化化化电电电电流流流流密密密密度度度度（i i）越越越越大大大大，转转转转化化化化为为为为钝钝钝钝化化化化状状状状态态态态所所所所需需需需时时时时间间间间（t t）越越越越短短短短，其其其其间大致有以下关系：间大致有以下关系：间大致有以下关系：间大致有以下关系：（i ii icpcp）t t常数常数常数常数 实实实实际际际际应应应应用用用用中中中中要要要要求求求求i icpcp越越越越小小小小越越越越好好好好，若若若若太太太太大大大大则则则则极极极极化化化化早早早早期期期期消消消消耗耗耗耗功功功功率率率率大大大大，使使使使设备庞大而造价较高。设备庞大而造价较高。设备庞大而造价较高。设备庞大而造价较高。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第4页 （2 2）维维维维钝钝钝钝电电电电流流流流密密密密度度度度或或或或稳稳稳稳定定定定钝钝钝钝化化化化电电电电流流流流密密密密度度度度（i ip p）：是是是是钝钝钝钝化化化化状状状状态态态态下下下下维维维维持持持持电电电电位位位位稳稳稳稳定所需电流密度（定所需电流密度（定所需电流密度（定所需电流密度（AmAm-2-2），它主要用于补充钝化膜溶解。），它主要用于补充钝化膜溶解。），它主要用于补充钝化膜溶解。），它主要用于补充钝化膜溶解。所所所所以以以以，i ip p越越越越小小小小越越越越好好好好，且且且且消消消消耗耗耗耗电电电电能能能能少少少少。依依依依据据据据电电电电解解解解定定定定律律律律能能能能够够够够求求求求出出出出钝钝钝钝化化化化膜膜膜膜溶溶溶溶解解解解速速速速度度度度KKmm与与与与i ip p关系为：关系为：关系为：关系为：K KmmNNi ip p26.826.8（gmgm-2-2hh-1-1）（6161）式中：式中：式中：式中：N N钝化膜化学当量（钝化膜化学当量（钝化膜化学当量（钝化膜化学当量（g g）；）；）；）；i ip p钝化膜维钝电流密度（钝化膜维钝电流密度（钝化膜维钝电流密度（钝化膜维钝电流密度（AmAm-2-2）；）；）；）；26.8 26.8电化学当量（电化学当量（电化学当量（电化学当量（AhAh），），），），26.8A26.8Ah h96500 C96500 C。（3 3）钝钝钝钝化化化化（区区区区）电电电电位位位位（E E钝钝钝钝）：是是是是使使使使金金金金属属属属维维维维持持持持钝钝钝钝化化化化状状状状态态态态电电电电位位位位，其其其其范范范范围围围围越越越越宽宽宽宽越好越好越好越好。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第5页三、系统结构三、系统结构三、系统结构三、系统结构包含恒电位仪、辅助阴极、参比电极和被保护结构物，以及附设电路和仪表等。1阴极材料要求耐蚀，机械强度好，不发生氢脆。浓硫酸中可使用铂、金、铸铁等；稀硫酸中可使用银、铝青铜、石墨；盐水中可使用高镍或高铬合金、碳钢；碱液中可使用碳钢。阴极设置力争最正确电流分布，使被保护结构物整体均处于钝化稳定区。阴极安装应该绝缘、牢靠、方便维修。阴极引出线与被保护体之间绝缘良好，并进行绝缘密封。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第6页2参比电极参比电极 有有甘甘汞汞电电极极、氯氯化化银银电电极极、硫硫酸酸亚亚汞汞电电极极或或氧氧化化亚亚汞汞电电极极，依依据据介介质性质和使用要求选定质性质和使用要求选定。铂铂在在硫硫酸酸中中，银银在在盐盐酸酸中中或或食食盐盐水水中中，锌锌在在碱碱性性溶溶液液中中含含有有稳稳定定电电位，也可作参比电极使用。位，也可作参比电极使用。参参比比电电极极应应分分别别设设置置在在距距离离阴阴极极近近、中中、远远三三处处，平平时时以以中中间间为为监监控标准，近、远处参比电极可用来观察电位分布或暂时使用。控标准，近、远处参比电极可用来观察电位分布或暂时使用。3电器设备电器设备 恒恒电电位位仪仪，工工业业用用普普通通要要求求为为624V，50500A。依依据据阳阳极极保保护护三三参参数数和和被被保保护护体体面面积积估估算算。配配电电与与走走线线要要求求安安全全合合理理，注注意意接接地地，预预防杂散电流腐蚀。防杂散电流腐蚀。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第7页四、阳极保护方式四、阳极保护方式1单纯阳极保护单纯阳极保护 有连续通电式和间歇通电式。有连续通电式和间歇通电式。有连续通电式和间歇通电式。有连续通电式和间歇通电式。用用同同一一套套电电器器设设备备同同时时满满足足icp和和ip要要求求，往往往往碰碰到到实实际际困困难难。因因为为二二者者数数值值往往往往相相差差几几个个数数量量级级，如如：在在100H2SO4中中，对对于于碳碳钢钢icp100Am-2，ip0.5Am-2；在在30%HNO3中中，对对于于碳碳钢钢icp10000 Am-2，ip0.2Am-2，为为处处理理这这一矛盾，能够采取逐步加液连续通电式或连续钝化式一矛盾，能够采取逐步加液连续通电式或连续钝化式。逐逐步步加加液液连连续续通通电电式式是是采采取取逐逐步步加加液液，逐逐步步钝钝化化，直直至至容容器器中中盛盛满满液液体体和和完完全钝化，在此过程中，所需电流一直维持较小数量级全钝化，在此过程中，所需电流一直维持较小数量级。连连续续钝钝化化式式是是预预先先涂涂覆覆暂暂时时性性涂涂层层，因因为为涂涂层层有有针针孔孔，露露出出面面积积很很小小，钝钝化化电电流流也也较较小小，实实际际使使用用过过程程中中涂涂层层逐逐步步破破损损，破破损损处处很很快快钝钝化化，直直至至涂涂层层完完全全剥剥落，容器完全钝化，但其致钝电流却一直较小。落，容器完全钝化，但其致钝电流却一直较小。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第8页2 2联合保护联合保护联合保护联合保护 阳阳极极钝钝化化法法与与其其它它防防腐腐方方法法相相结结合合联联合合保保护护技技术术往往往往含含有有更更加加好好防腐效果，防腐效果，经常采取联合保护是阳极钝化法经常采取联合保护是阳极钝化法。主主要要有有以以下下三三种种方方式式，即即与与与与涂涂涂涂层层层层结结结结合合合合、与与与与缓缓缓缓蚀蚀蚀蚀剂剂剂剂结结结结合合合合或或或或与与与与电电电电偶偶偶偶结结结结合合合合。比比如如：因因为为硫硫酸酸中中钛钛与与碳碳或或铂铂（电电偶偶）相相连连接接、热热硫硫酸酸中中铬铬钢钢与与Fe3O4+MnO2相相连连接接时时可可处处于于钝钝化化稳稳定定区区，当当早早期期使使设设备备强强制制钝钝化化后后，就能够用电偶方式保持其钝化状态。就能够用电偶方式保持其钝化状态。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第9页五、应用举例（表6-2）设备名称设备材料介质保护方法保护效果有机磺酸中和罐不锈钢20%NaOH中加RSO3H中和铂阴极，钝化区电位范围250mV孔蚀显著降低，产品含铁由（250300）10-6降低至（620）10-6纸浆蒸煮锅碳钢（2.5m，H12m）NaOH100gL-1，Na2S35gL-1，180致钝电流4000A，维钝电流600A腐蚀速度由1.9mma-1降至0.26mma-1硫酸储槽碳钢H2SO4I Ic c，即保护电流要比腐蚀电流大得多，即保护电流要比腐蚀电流大得多。图6-3 阴极极化率较大时极化曲线图图6-4阴、阳极极化曲线相等或阳极极化率较大时极化曲线图第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第25页四、阴极保护影响原因腐蚀电池极化 （3）周周围围介介质质腐腐蚀蚀性性增增大大，会会使使保保护护电电流流对对应应加加大大。介介质质中中氯氯离离子子浓浓度度增增加加、含含氧氧量量增增大大、介介质质搅搅动动速速度度加加紧紧（如如增增加加海海水水流流速速）均均使使阴阴极极极极化减弱，从而使极化所需电流增加，即保护电流增大。化减弱，从而使极化所需电流增加，即保护电流增大。介介质质中中化化学学成成份份改改变变、含含氧氧量量多多少少、pH值值大大小小及及离离子子种种类类、悬悬浮浮物物多多少少对对阴阴极极保保护护都都有有影影响响。含含氧氧量量、pH值值及及介介质质电电导导率率都都会会影影响响阳阳极极极极化化速速度，使得所需阴极保护电流发生改变。度，使得所需阴极保护电流发生改变。悬悬浮浮物物增增多多会会使使阴阴极极表表面面发发生生磨磨损损，造造成成阴阴极极极极化化减减弱弱，腐腐蚀蚀电电流流增增加，保护电流对应增大加，保护电流对应增大。温温度度也也会会影影响响极极化化率率。温温度度升升高高使使氧氧溶溶解解度度降降低低，但但同同时时扩扩散散速速度度加加紧，电极反应速度加紧，最终往往使得保护电流密度有所改变。紧，电极反应速度加紧，最终往往使得保护电流密度有所改变。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第26页四、阴极保护影响原因 金属表面油漆涂层能够使金属与周围介质隔离，但因为涂金属表面油漆涂层能够使金属与周围介质隔离，但因为涂层并不是完全致密，往往含有微小孔隙和缺点，在此局部会发层并不是完全致密，往往含有微小孔隙和缺点，在此局部会发生腐蚀。生腐蚀。若阴极保护与油漆联合保护，则使得这些局部得到保若阴极保护与油漆联合保护，则使得这些局部得到保护，而且所需保护电流密度比裸露金属要小得多护，而且所需保护电流密度比裸露金属要小得多。在阴极保护时，接触海水阳极表面因为在阴极保护时，接触海水阳极表面因为pH值升高而形成石值升高而形成石灰质垢层，即电解被覆层。因为金属表面被覆盖，增加了表面灰质垢层，即电解被覆层。因为金属表面被覆盖，增加了表面电阻，降低了防蚀电流密度，电阻，降低了防蚀电流密度，提升了防腐效果提升了防腐效果。因为形成石灰质垢层后保护电流密度会大幅度降低，电位因为形成石灰质垢层后保护电流密度会大幅度降低，电位分布更趋均匀分布更趋均匀，因而在阴极保护过程中，经常最初控制较大电，因而在阴极保护过程中，经常最初控制较大电流密度，使表面尽快形成致密石灰质垢层，然后采取较小电流流密度，使表面尽快形成致密石灰质垢层，然后采取较小电流密度来维持。密度来维持。涂覆层第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第27页6.3牺牲阳极阴极保护法一、牺牲阳极性能及种类一、牺牲阳极性能及种类1牺牲阳极性能要求牺牲阳极性能要求 （1）阳阳极极电电位位。牺牺牲牲阳阳极极要要有有足足够够负负电电位位，不不但但要要有有足足够够负负开开路路电电位位，而而且且要要有有足足够够负负工工作作电电位位，并并能能与与被被保保护护金金属属之之间间产产生生较较大大驱驱动动电电压压，另另外要求阳极本身极化小，电位稳定。外要求阳极本身极化小，电位稳定。（2）电电流流效效率率。牺牺牲牲阳阳极极电电流流效效率率是是指指实实际际电电容容量量与与理理论论电电容容量量百百分分比，用比，用%表示。工程要求牺牲阳极含有较高电流效率和较小自腐蚀速度。表示。工程要求牺牲阳极含有较高电流效率和较小自腐蚀速度。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第28页6.3牺牲阳极阴极保护法一、牺牲阳极性能及种类一、牺牲阳极性能及种类 （3）阳极消耗率。）阳极消耗率。牺牲阳极消耗率是单位电量所消耗阳牺牲阳极消耗率是单位电量所消耗阳极极质质量量，单单位位是是kgA-1h-1或或者者kgA-1a-1。对对于于牺牺牲牲阳阳极极来来说说，实实际际测测得得消耗单位质量牺牲阳极所产生电量越大（消耗单位质量牺牲阳极所产生电量越大（Ahkg-1），则阳极消耗率越小。），则阳极消耗率越小。（4）腐腐蚀蚀特特征征。牺牺牲牲阳阳极极表表面面腐腐蚀蚀特特征征是是评评定定阳阳极极性性能能指指标标之之一一。对对于于性性能能良良好好阳阳极极，要要求求表表面面腐腐蚀蚀均均匀匀，无无难难溶溶沉沉积积物物。阳阳极极使使用用寿寿命命长长，不不产产生生局局部部腐腐蚀蚀脱脱落落。牺牺牲牲阳阳极极本本身身合合金金组组织织成成份份及及熔熔炼炼铸铸造造工工艺艺条条件件是是决定阳极腐蚀特征主要原因。决定阳极腐蚀特征主要原因。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第29页2牺牲阳极种类牺牲阳极种类 当当前前惯惯用用牺牺牲牲阳阳极极种种类类有有锌锌合合金金阳阳极极、铝铝合合金金阳阳极极和和镁镁合合金金阳阳极极，另另外外还还有有锰锰合合金金阳阳极极和和铁铁合合金金阳阳极极。在在海海水水中中惯惯用用牺牺牲牲阳阳极极为为锌锌合合金金阳阳极极和和铝合金阳极铝合金阳极。1）锌合金阳极）锌合金阳极 锌锌合合金金阳阳极极是是使使用用较较早早且且较较普普遍遍一一个个阳阳极极。锌锌阳阳极极种种类类很很多多，有有纯纯锌锌体体系系，Zn-Al系系，Zn-Sn系系，Zn-Hg系系等等等等，但但惯惯用用锌锌阳阳极极主主要要是是纯纯锌锌系系和和Zn-Al-Cd系，这两种阳极性能见系，这两种阳极性能见表表6-7。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第30页性能纯锌，锌合金相对密度7.14开路电位/V（vs.SCE）-1.03对铁驱动电压/V0.20理论发生电量/Ahg-10.82海水中电流效率/%953mAcm-2发生电量/Ahg-10.78消耗量/kgA-1a-111.8土壤中电流效率/%650.03mAcm-2发生电量/Ahg-10.53表6-7锌阳极性能第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第31页 因因为为锌锌阳阳极极本本身身含含铁铁量量高高，会会造造成成阳阳极极表表面面溶溶解解状状态态不不好好，使使得得电电流流效效率率降降低低。20世世纪纪60年年代代后后，我我国国研研制制出出三三元元锌锌合合金金阳阳极极，并并制制订订出出国国家家标准标准GB4950-85。其化学成份和电化学性能见。其化学成份和电化学性能见表表78。因因为为三三元元锌锌阳阳极极电电化化学学性性能能优优越越，含含有有性性能能稳稳定定、电电流流效效率率高高、溶溶解解性性能能好好、有有自自动动调调整整阳阳极极电电流流能能力力，因因而而被被广广泛泛用用于于船船舶舶、海海底底管管线线、油油舱舱、海海水水冷冷凝凝器器及及其其它它海海上上构构筑筑物物。其其缺缺点点是是对对杂杂质质（铜铜和和铁铁）较较敏敏感感，有效电量小，实际消耗率大，使被保护体负荷较重，保护寿命短。有效电量小，实际消耗率大，使被保护体负荷较重，保护寿命短。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第32页化学元素AlCd杂质最大含量FeCuPbSiZn含量/%0.30.50.050.120.0050.0050.0060.125余量项目开路电位/V（vs.SCE）工作电位/V（vs.SCE）理论发生电量/Ahg-1实际发生电量/Ahg-1电流效率/%溶解情况性能-1.05-1.09-1.00-1.050.820.7895腐蚀产物轻易脱落。表面溶解均匀表68Zn-A1-Cd系合金化学成份及锌牺牲阳极电化学性能第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第33页2）铝合金阳极）铝合金阳极 铝铝合合金金阳阳极极是是在在锌锌阳阳极极基基础础上上，为为了了开开发发优优质质长长寿寿命命阳阳极极而而研研制制。自自20世世纪纪60年年代代开开始始快快速速发发展展。我我国国也也形形成成三三大大系系列列，较较惯惯用用为为Al-Zn-In系系，其化学成份、电化学性能见其化学成份、电化学性能见表表69。铝铝合合金金阳阳极极特特点点是是：理理论论发发电电量量大大，密密度度小小，能能够够设设计计成成长长寿寿命命阳阳极极，重重量量轻轻，制制造造工工艺艺简简便便，材材料料起起源源充充分分，电电化化学学性性能能优优良良，有有自自动动调调整整电电流流和和电电位位作作用用，被被广广泛泛应应用用于于海海上上采采油油设设备备、海海底底管管线线、船船舶舶、海海上上构构筑筑物物、滨滨海海电电厂厂海海水水系系统统。铝铝阳阳极极电电流流效效率率普普通通比比锌锌阳阳极极低低，活活化化起起动动性性能能和溶解性能比锌阳极差，而且不适于高电阻率介质。和溶解性能比锌阳极差，而且不适于高电阻率介质。当当前前，铝铝合合金金阳阳极极发发展展向向着着提提升升电电流流效效率率，改改进进溶溶解解性性能能，适适于于高高电电阻阻率率介介质质及及高高、低低温温海海水水环环境境方方向向发发展展。比比如如，开开发发研研制制出出热热海海水水阳阳极极，半半咸咸水水阳阳极极及及海海泥泥中中铝铝阳阳极极。为为了了使使海海上上输输油油管管得得到到有有效效保保护护，还还开开发发出出手手镯镯式式牺牺牲牲阳阳极极，使使得得铝铝牺牺牲牲阳阳极极安安装装更更合合理理，发发生生电电流流尽尽可可能能满满足足管管道道要求，以满足所需要保护寿命。要求，以满足所需要保护寿命。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第34页合金种类化学成分/%AlInCdSnMgSiFeCuAlAl-Zn-In-Cd2.54.50.0180.0500.0500.0200.80.16V0.02余量Al-Zn-In-Sn2.25.20.0200.0450.0180.0350.80.160.02余量Al-Zn-Ir-Si5.57.50.025-0.0350.100.150.160.2余量Al-Zn-In-Sn-Mg2.54.00.0200.0500.0250.0750.501.000.130.160.02余量项目开路电位/V（vs.SCE）工作电位/V（vs.SCE）实际发生电量/Ahg-1电流效率/%溶解情况性能-1.05-1.09-1.00-1.050.7895腐蚀产物轻易脱落，表面溶解均匀表6-9Al-Zn-In系合金化学成份Al-Zn-In电化学性能第35页二、牺牲阳极保护设计牺牲阳极保护效果主要取决于牺牲阳极材料及合理保护设计，其基本步骤以下：1）搜集设计参数搜集材质、表面情况、几何形状及相关环境资料；设定保护电流密度；了解保护面积及结构特点；依据保护年限和所需保护电流计算牺牲阳极重量。2）选择牺牲阳极材料及规格依据保护年限及要求，选择牺牲阳极材料（如锌阳极或铝阳极），依据安装要求、结构条件和保护电流，选择牺牲阳极布设位置和间距，并确定阳极尺寸及规格。3）计算阳极数量验算依据总防蚀面积和防蚀电流，计算得阳极重量和数量，并需再行验算。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第36页第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第37页第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第38页第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第39页三、应用举例1海水管道伴随国民经济不停发展及淡水资源缺乏，利用海水作为冷却水发电厂已成为能源部门发展方向。当前，我国已相继建设了几十座滨海电厂，所以，海水对输水管道腐蚀成为滨海电厂急需处理问题。因为海水强腐蚀性和详细情况不一样，对于海水管道防腐蚀需要进行现场调查及对应设计。1）牺牲阳极保护设计准备工作在对电厂海水冷却管道进行阴极保护设计以前，需搜集以下资料和数据。（1）海水水温、盐度及其改变，以及含氧量与电阻率等。（2）海水流速及海生物附着情况。（3）管道材质、表面情况、几何形状、面积及结构。（4）涂层种类和情况。（5）设备维修周期。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第40页2）阴极保护设计比如某滨海电厂处于亚热带，装机容量为6600MW，冷却水为一次性海水，管道由直径3040mm，每节长度6mA3钢管焊接而成。（1）设计参数（以每节长度6m计）海水管道内径：3000mm；每节管道长度：6m；海水电阻率：30cm；设计温度：1032；设计寿命：15a；阳极类型：长条型支架阳极；阳 极 化 学 成 份：Al-Zn（2.5%4.5%）-In（0.03%0.04%）-Cd（0.0l%0.02%）；阳极在海水中开路电位：1.101.18V（VsAgAgCl）；阳极在海水中工作电位：1.05V（vsAgAgCl）；阳极在海水中电流效率：85%；阳极在海水中消耗率：3.8kgA-1a-1；实际发电量：0.263Aakg-1；阳极在涂漆管道上保护电流密度：30mAm-2；保护电位改变范围：0.850.95V（vsSCE）。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第41页（2）阳极设计a保护面积：S3m6m56.52m2；b总保护电流：IiS30mA56.521695.6mA；c依据保护年限15a，可计算所需阳极总重量为：W=aI0.263113.8kg（0.85）d选取长条状阳极（115+85）mm800mm80mm，则阳极发生电流为IaE/R，这里铝阳极E0.30V，依据公式，其中rC25.72，则R为0.18，计算Ia0.300.181.67（A）。因为IaI，则选取每块18kg阳极，需要NGGl113.8186.36块。（3）阳极安装为了使电流分布均匀，采取对称安装方式，因每段管道长6m，焊接处需适当加强保护，故选定在每段管道水平中线两侧中部和距两管端1m处各放置一块阳极，整个管道内阳极对称排列。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第42页性能种类指标开路电位-V(SCE)工作电位-V(SCE)实际电容量Ah/kg电流效率%溶解情况普通铝合金阳极1.10-1.181.05-1.12240085腐蚀产物轻易脱落,表面溶解均匀.高效铝合金阳极1.10-1.181.05-1.12260090高活化铝合金阳极1.45-1.501.40-1.45208070铝合金阳极电化学性能铝合金阳极电化学性能第43页铝阳极按形状分类铝阳极按形状分类型号规格mm重量Kg形状T-AZIC-1（115+135）130100046梯形长条T-AZIC-2（115+135）13050023梯形长条T-AZIC-3（105+135）10050016梯形长条T-AZIC-4（58.5+78.5）68100013.2梯形长条T-AZIC-5（105+135）10030010梯形长条B-AZIC-66001205010板状B-AZIC-7500100405.5板状B-AZIC-8250100402.5板状Y-AZIC-9170150508空心圆柱体Y-AZIC-10170100505.5空心圆柱体Y-AZIC-11100500255空心圆柱体Y-AZIC-1210050301空心圆柱体注：亦可依据用户要求设计生产第44页海洋工程设施用铝阳极结构图海洋工程设施用铝阳极结构图第45页三、应用举例2船舶某舰艇船体为碳钢CT4焊接而成，涂六道沥青系油漆，有推进器3只，材料为锰青铜，舵板1只，进坞周期为L5a。1）浸水面积艇壳水下面积：Sn341m2；推进器表面积：Sd4.2m2；舵板表面积：Sp4.5m2。2）保护参数选择艇壳保护电流密度：in4mAm-2；推进器保护电流密度：id150mAm-2；舵板保护电流密度：ip25mAm-2。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第46页3）牺牲阳极数量计算船体水下各部位所需保护电流值分别为：InSnin13864mA；IdIdid630mA；IpSpip112.5mA。采取锌-铝-镉合金牺牲阳极（250mm100mm35mm），每块阳极发生电流量为I发170mA，则该艇各部位所需阳极块数分别为：艇壳：InI发8.02，取8块；推进器：IdI发3.71，取4块；舵：IpI发0.66，取l块。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第47页6.4外加电流阴极保护法一、外加电流阴极保护系统特点外加电流阴极保护系统是将外设直流电源负极接被保护金属结构，正极接安装在金属结构防腐一侧外部并与其绝缘辅助阳极。电路接通后，电流从辅助阳极经海水至金属结构形成回路，金属结构阴极极化得到保护。其特点为：（1）可随外界条件（如海区、流速、温度等）引发改变自动调整电流，使被保护部分电位控制在预置最正确保护电位范围内。（2）保护周期长，采取不溶性高效辅助阳极，使用寿命可达1020a。（3）辅助阳极排流量大，作用半径大，能够保护结构复杂、面积较大设备及港工建筑与地下管道等。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第48页二、外加电流保护系统组成外加电流阴极保护系统由辅助阳极、参比电极、阳极屏蔽层和直流电源等四部分组成。1辅助阳极材料在外加电流保护系统中与直流电源正极连接外设电极称之为辅助阳极，其作用是使电流从电极经介质到被保护体表面。辅助阳极材料电化学性能、机械性能、工艺性能及结构形状、大小、分布与安装等对其寿命和保护效果都有影响。理想阳极材料应含有以下性能：（1）导电性能好，阳极极化小，表面电阻小；（2）排流量大；（3）耐腐蚀，消耗量小，寿命长；（4）材料应含有一定机械强度，耐磨损，并耐冲击和振动；（5）机械加工性能好，易于加工成各种形状；（6）材料易取得，价格相对廉价。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第49页材料成份工作电流密度/Am-2损耗率/kgA-1a-1寿命/a种类使用范围高硅铸铁14.517%Si0.3%0.8%Mn0.5%0.8%C551000.31.0性能硬，机械加工困难海洋设施、淡水、地下石墨10300.040.8性脆，强度低海水、地下铅银合金2%3%Ag502500.16性能良好，价格廉价海水铅银微铂1%2%Ag铅银表面嵌铂丝60010000.01010性能良好，输出电流大，价格廉价海水镀铂钛铂层度2.510m50012500.00610-3610性能良好，体积小，较昂贵海水、淡水、地下涂钌钛钛表面涂二氧化钌10000.47610-34.5海水及其它介质铂铌丝铂铌复合材料1000610-610性能很好，价格高海水钛基/混合金属氧化物6003.610-68性能很好海水铂铱合金10%20%铱1800可忽略性能良好，较昂贵海水表610辅助阳极性能惯用辅助阳极材料性能示于表610。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第50页2参比电极在外加电流阴极保护系统中，参比电极被用来测量被保护体电位，并向控制系统传递信号，方便调整保护电流大小，使结构电位处于给定范围。参比电极应含有以下性能：（1）在长久使用过程中，参比电极应保持电位稳定，重现性好；（2）参比电极应允许经过微量电流，且不产生严重极化；（3）参比电极使用寿命要长；（4）受外界温度及环境条件影响要小，温度系数要小；（5）有一定机械强度，耐海水冲刷，耐磨损，便于安装。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第51页惯用参比电极性能见表611。种类电极电位/V（vs.SCE）钢保护电位/V（vs.SCE）生产工艺稳定性极化性能寿命a用途银/氯化银0.00-0.080复杂稳定不易极化510用于海水中外加电流设备铜/硫酸铜0.05-0.85简单较稳定不易极化23手提式，用于现场观察锌电极（纯锌）-1.03+0.23简单稳定不易极化610用于海水中外加电流系统表61125海水中惯用参比电极性能第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第52页参比电极电位与钢保护电位关系是，不论采取何种参比电圾，对于钢来说，只要使钢自然腐蚀电位向负方向移动200300mV，便为保护电位范围。在表74中，已列出不一样参比电极对钢保护电位值。经过大量试验得出以下结论，即在阴极保护系统中，将钢保护电位要求在以下范围内保护效果为最正确，相对银/氯化银电极，钢保护范围是0.801.00V；相对铜饱和硫酸铜电极，钢保护范围是0.851.05V；相对锌参比电极，钢保护电位是+0.23+0.03V。假如钢保护电位不在以上范围，则会发生欠保护或过保护现象。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第53页3阳极屏蔽层在外加电流系统工作时，从阳极排出较大电流，阳极周围被保护结构电位会很负，以致产生析氢现象，使附近涂层破坏，降低保护效果。为预防这种现象发生，并扩大电流分布范围，以确保阴极保护效果，需在辅助阳极周围涂装绝缘屏蔽层。普通对阳极屏蔽材料性能要求以下：（1）有较高粘附性和韧性，能耐海水冲击；（2）耐海水、耐碱、尤其是耐氯气性能好；（3）绝缘性能好；（4）使用寿命长；（5）工艺性能好，施工简单，原料易得。惯用阳极屏蔽材料有三类：（1）涂层：环氧沥青系涂料、氯丁橡胶和玻璃钢涂料；（2）薄板：聚四氟乙烯、聚氯乙烯和聚乙烯等薄板；（3）覆盖绝缘层金属板。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第54页4供电电源供电电源 在在外外加加电电流流阴阴极极保保护护系系统统中中所所使使用用供供电电电电源源有有恒恒电电位位仪仪、整整流流器器、直直流流发发电电机机、太阳能电池等，比较惯用为恒电位仪。防腐工程中对于恒电位仪性能要求以下：太阳能电池等，比较惯用为恒电位仪。防腐工程中对于恒电位仪性能要求以下：（1）依依据据参参比比电电极极提提供供信信号号，能能自自动动调调整整保保护护电电流流，使使被被保保护护体体一一直直处处于于预预定定保保护电位范围内；护电位范围内；（2）电位控制误差）电位控制误差0.01V；（3）给定电位范围）给定电位范围1.50V，0+1.5V，连续可调；，连续可调；（4）输入阻抗）输入阻抗1Mn；（5）纹波电压小于自定义输出直流电压）纹波电压小于自定义输出直流电压5%；（6）含有限流或过流保护装置，过欠保护电位显示报警及断电报警装置；）含有限流或过流保护装置，过欠保护电位显示报警及断电报警装置；（7）绝绝缘缘电电阻阻（冷冷态态），对对标标称称电电压压至至60V仪仪器器，对对地地绝绝缘缘电电阻阻大大于于10M，对对标称电源电压大于标称电源电压大于60V仪器，对地绝缘电阻大于仪器，对地绝缘电阻大于100M；（8）稳态时参数正常工作，瞬态时能可靠工作。）稳态时参数正常工作，瞬态时能可靠工作。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第55页整流方式特点适用范围稳定性缺点可控硅体积小，重量轻，输出功率大，可靠性强船舶、管线及平台保护稳定性强，使用寿命长过载能力不强，调试较麻烦，需加过流保护装置磁饱和线路简单，过载能力强，便于维护适适用于各类阴极保护系统稳定性强，使用寿命长装置粗笨，工艺复杂晶体管体积小，精度高，工作可靠，操作简单适适用于小型船舶及较小规模外加电流保护系统稳定性强，使用寿命较长输出功率低，使用范围受限制表6-12恒电位仪种类及特点恒电位仪种类及特点见表612。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第56页三、外加电流阴极保护系统设计1.保护参数选择 各种不一样金属材料在海水中、有不一样腐蚀电位和保护电流密度，在阴极保护设计中必须正确选择这些参数。不一样金属或合金都有一定保护电位范围，对于港工设施和近海平台、船舶等，其主要结构材料是钢，在海水中最正确保护范围应控制在0.801.00V（vsAgAgCl）。保护电流密度确实定与钢材本身性质及其他原因都有关系，如海水状况，地理条件和涂层情况等，所以应根据实际情况确定。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护电化学保护 第57页2设计步骤设计步骤 （1）了了解解被被阳阳极极保保护护部部分分基基本本设设施施参参数数和和相相关关图图纸纸资资料料，如如材材质质、表表面面情况（涂层）、尺寸、水下面积、结构电连接等。情况（涂层）、尺寸、水下面积、结构电连接等。（2）了了解解所所在在海海区区环环境境条条件件及及海海水水情情况况、含含氧氧量量、湿湿度度、盐盐度度、潮潮汐汐、电阻率和流速等，方便选择适当电流密度。电阻率和流速等，方便选择适当电流密度。（3）依依据据各各部部分分（或或不不一一样样材材质质）所所要要保保护护面面积积和和保保护护电电流流密密度度，计计算算总保护电流量。总保护电流量。（4）依依据据被被保保护护物物结结构构尺尺寸寸、保保护护年年限限和和所所需需总总保保护护电电流流，选选取取适适当当电电源源设设备备、辅辅助助阳阳极极材材料料、结结构构、尺尺寸寸和和数数量量，以以及及参参比比电电极极类类型型、结结构构和和数量。数量。（5）依依据据被被保保护护物物结结构构情情况况和和辅辅助助阳阳极极保保护护范范围围，确确定定辅辅助助阳阳极极和和参参比比电极布置。电极布置。（6）假假如如要要涂涂刷刷阳阳极极屏屏蔽蔽层层，可可依依据据海海水水电电阻阻率率与与辅辅助助阳阳极极最最大大排排流流量量，结合实用要求，选取一定屏蔽层材料并计算出阳极屏尺寸。结合实用要求，选取一定屏蔽层材料并计算出阳极屏尺寸。第六章第六章第六章第六章 电化学保护电化学保护电化学保护