管线设备腐蚀原因及阴极保护方法介绍
 

  1、埋地钢管的被腐蚀的原因

  一般归纳为如下三类： （1）电化学腐蚀  当金属与电解质溶液接触时，由电化学作用引起的腐蚀。严重的电化学腐蚀发生在埋地钢管的外壁。其原理是由于土壤各处物理化学性质不同、管道本身各部分的金相组织结构不同，如晶格的缺陷及含有杂质、金属受冷热加工而变形产生内部应力，特别是钢管表面粗糙度不同等原因，使一部分金属容易电离，带正电的金属离子离开金属，而转移到土壤中，在这部分管段上，电子越来越过剩，电位越来越负；而另一部分金属不容易电离，相对来说电位较正。因此电子沿管道由容易电离的部分向不容易电离的部分流动，在这两部分金属之间的电子有得有失，发生氧化还原反应。失去电子的金属管段成为阳极区，得到电子的这段管段成为阴极区，腐蚀电流从阴极流向阳极，然后从阳极流离管道，经土壤又回到阴极，形成回路，在作为电解质溶液的土壤中发生离子迁移，带正电的阳离子（如H+）趋向阴极， 带负电的阴离子（如OH－）趋向阳极，在阳极区带正电的金属离子与土壤中的带负电的阴离子发生电化学作用，使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀，使钢表面出现凹穴，以至穿孔，而阴极则保持完好。（2）化学腐蚀  化学腐蚀是单纯由化学作用引起。金属直接和周围介质如氧、硫化氢、二氧化硫等接触发生化学作用，在金属表面上产生相应的化合物（如氧化物、硫化物等）。用金属材料构成的燃气管道上所出现的化学腐蚀，常常发生在管道内壁和外壁，因为管道输送的流体中，通常含有少量的氧和硫化物以及二氧化碳和水等，直接对管道内壁产生腐蚀。（3）微生物腐蚀  当埋地钢管周围土壤中长年含有较多的水分时，适宜细菌生存，容易引起微生物腐蚀。同时由于微生物新陈代谢过程的产物是酸性物质，从而形成了使金属管道表面易于腐蚀的环境。

  2、阴极保护法

  埋地的输气管线，还可以使用阴极保护法防止外表面腐蚀。使被保护的金属阴极化，以减少和防止金属腐蚀的方法，称之为阴极保护法。阴极保护可分为牺牲阴极保护和强制阴极保护两种，它们的具体方法及设备有所不同，但道理相似，各适用于不同客观条件的输气管道的外壁防腐工作。阴极保护原理  埋地管线周围及土壤，由于管道外壁的电化学不均匀性，以及土壤电解液的浓度差异，管壁外的各部分之间存在一定的电位差，因而形成管道上多个短路的微小电池，造成管外壁的电化学腐蚀。根据上述电化学腐蚀的基本机理，将管壁在土壤里的电位差消除，即使管道各处都阴极化，管壁的电化学腐蚀就会停止，这就是阴极保护法的原理。

  在介绍腐蚀电池时，人们曾谈到由于金属本身的不均匀性，或由于外界环境的不均匀性，都会形成微观的或宏观的腐蚀原电池。当采用外加电流极化时，原来腐蚀着的微电池会由于外加电流的作用，电极电位发生变化，此时腐蚀着的微电池的腐蚀电流减少，称之为正的差异效应。反之，则称之为负的差异效应。强制电流阴极保护所引起的差异效应可用图2—3来说明。

  在介绍腐蚀电池时，人们曾谈到由于金属本身的不均匀性，或由于外界环境的不均匀性，都会形成微观的或宏观的腐蚀原电池。当采用外加电流极化时，原来腐蚀着的微电池会由于外加电流的作用，电极电位发生变化，此时腐蚀着的微电池的腐蚀电流减少，称之为正的差异效应。反之，则称之为负的差异效应。强制电流阴极保护所引起的差异效应可用图2—3来说明。

  上图a为未加阴极保护之前金属本身的腐蚀的电池模型；b为加阴极保护以后保护电池的电路及原来腐蚀电池的变化，所加的外电流I‘的方向是使被保护金属作为阴极。

  3、阴极保护方式

阴极保护可以通过下面两种方式实现。

 （1）牺牲阳极法  将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。  在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图2—4。

 图2-4 牺牲阳极示意图牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。

  （2）强制电流保护法  将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有：整流器、恒电位、恒电流、恒电压等。如图2-5示。

  图2-5恒电位方式示意图外部电源通过埋地的辅助阳极、将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。

  3、两种保护方式的比较

  阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。 强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。  牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径、分散的管道。