管線設備腐蝕原因及陰極保護方法介紹
 

    1、埋地鋼管的被腐蝕的原因

    一般歸納為如下三類： （1）電化學腐蝕  當金屬與電解質溶液接觸時，由電化學作用引起的腐蝕。嚴重的電化學腐蝕發生在埋地鋼管的外壁。其原理是由于土壤各處物理化學性質不同、管道本身各部分的金相組織結構不同，如晶格的缺陷及含有雜質、金屬受冷熱加工而變形產生內部應力，特別是鋼管表面粗糙度不同等原因，使一部分金屬容易電離，帶正電的金屬離子離開金屬，而轉移到土壤中，在這部分管段上，電子越來越過剩，電位越來越負；而另一部分金屬不容易電離，相對來說電位較正。因此電子沿管道由容易電離的部分向不容易電離的部分流動，在這兩部分金屬之間的電子有得有失，發生氧化還原反應。失去電子的金屬管段成為陽極區，得到電子的這段管段成為陰極區，腐蝕電流從陰極流向陽極，然后從陽極流離管道，經土壤又回到陰極，形成回路，在作為電解質溶液的土壤中發生離子遷移，帶正電的陽離子（如H+）趨向陰極， 帶負電的陰離子（如OH－）趨向陽極，在陽極區帶正電的金屬離子與土壤中的帶負電的陰離子發生電化學作用，使陽極區的金屬離子不斷電離而受到腐蝕，使鋼表面出現凹穴，以至穿孔，而陰極則保持完好。（2）化學腐蝕  化學腐蝕是單純由化學作用引起。金屬直接和周圍介質如氧、硫化氫、二氧化硫等接觸發生化學作用，在金屬表面上產生相應的化合物（如氧化物、硫化物等）。用金屬材料構成的燃氣管道上所出現的化學腐蝕，常常發生在管道內壁和外壁，因為管道輸送的流體中，通常含有少量的氧和硫化物以及二氧化碳和水等，直接對管道內壁產生腐蝕。（3）微生物腐蝕  當埋地鋼管周圍土壤中長年含有較多的水分時，適宜細菌生存，容易引起微生物腐蝕。同時由于微生物新陳代謝過程的產物是酸性物質，從而形成了使金屬管道表面易于腐蝕的環境。

    2、陰極保護法

    埋地的輸氣管線，還可以使用陰極保護法防止外表面腐蝕。使被保護的金屬陰極化，以減少和防止金屬腐蝕的方法，稱之為陰極保護法。陰極保護可分為犧牲陰極保護和強制陰極保護兩種，它們的具體方法及設備有所不同，但道理相似，各適用于不同客觀條件的輸氣管道的外壁防腐工作。陰極保護原理  埋地管線周圍及土壤，由于管道外壁的電化學不均勻性，以及土壤電解液的濃度差異，管壁外的各部分之間存在一定的電位差，因而形成管道上多個短路的微小電池，造成管外壁的電化學腐蝕。根據上述電化學腐蝕的基本機理，將管壁在土壤里的電位差消除，即使管道各處都陰極化，管壁的電化學腐蝕就會停止，這就是陰極保護法的原理。

    在介紹腐蝕電池時，人們曾談到由于金屬本身的不均勻性，或由于外界環境的不均勻性，都會形成微觀的或宏觀的腐蝕原電池。當采用外加電流極化時，原來腐蝕著的微電池會由于外加電流的作用，電極電位發生變化，此時腐蝕著的微電池的腐蝕電流減少，稱之為正的差異效應。反之，則稱之為負的差異效應。強制電流陰極保護所引起的差異效應可用圖2—3來說明。

    在介紹腐蝕電池時，人們曾談到由于金屬本身的不均勻性，或由于外界環境的不均勻性，都會形成微觀的或宏觀的腐蝕原電池。當采用外加電流極化時，原來腐蝕著的微電池會由于外加電流的作用，電極電位發生變化，此時腐蝕著的微電池的腐蝕電流減少，稱之為正的差異效應。反之，則稱之為負的差異效應。強制電流陰極保護所引起的差異效應可用圖2—3來說明。

    上圖a為未加陰極保護之前金屬本身的腐蝕的電池模型；b為加陰極保護以后保護電池的電路及原來腐蝕電池的變化，所加的外電流I‘的方向是使被保護金屬作為陰極。

    3、陰極保護方式

     陰極保護可以通過下面兩種方式實現。

   （1）犧牲陽極法  將被保護金屬和一種可以提供陰極保護電流的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護體極化以降低腐蝕速率的方法。  在被保護金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負于被保護金屬體的電位值，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極，從而實現了對陰極的被保護金屬體的防護，如圖2—4。

       圖2-4 犧牲陽極示意圖犧牲陽極材料有高鈍鎂，其電位為-1.75V；高鈍鋅，其電位為-1.1V；工業純鋁，其電位為-0.8V（相對于飽和硫酸銅參比電極）。

    （2）強制電流保護法  將被保護金屬與外加電源負極相連，由外部電源提供保護電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：整流器、恒電位、恒電流、恒電壓等。如圖2-5示。

    圖2-5恒電位方式示意圖外部電源通過埋地的輔助陽極、將保護電流引入地下，通過土壤提供給被保護金屬，被保護金屬在大地中仍為陰極，其表面只發生還原反應，不會再發生金屬離子化的氧化反應，腐蝕受到抑制。而輔助陽極表面則發生丟電子氧化反應。因此，輔助陽極本身存在消耗。

    3、兩種保護方式的比較

    陰極保護的上述兩種方法，都是通過一個陰極保護電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護電流，使之恰好抵消金屬內原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產生保護電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負的金屬或合金，另一種則利用直流電源。 強制電流陰極保護驅動電壓高，輸出電流大，有效保護范圍廣，適用于被保護面積大的長距離、大口徑管道。  犧牲陽極陰極保護不需外部電源，維護管理經濟，簡單，對鄰近地下金屬構筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。

 

責任編輯：王元

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