阴极保护在工程中的应用

刘 佳 郭 超 张 欣 徐海涛 张 超 董 超（中国石油工程建设公司北京设计分公司，北京 100101）

阴极保护在工程中的应用

刘 佳 郭 超 张 欣 徐海涛 张 超 董 超
（中国石油工程建设公司北京设计分公司，北京 100101）

金属材料作为当今最重要的工程材料，广泛应用于国民经济各个领域和日常生活中。腐蚀是导致材料服役性能下降、寿命缩短或失效的主要原因。因此，任何国家都非常重视防腐问题，采取各种措施防止和减轻腐蚀及其可能产生的后果，是防腐工程技术的主要任务。近年来，阴极保护技术在防腐工程中的优势越来越明显，已经成为防腐工程技术中的重要手段，本文探讨了如何在工程中经济有效的发挥阴极保护技术这一问题。

阴极保护原理；阴极保护方法；工程应用

1 前言

将被保护金属与外部电源连接，发生的阴极极化反应使被保护金属的电极电位负移向金属氧化还原平衡电位，从而达到抑制金属腐蚀的保护方法称为阴极保护。阴极保护是一种电化学保护方法，在阴极保护系统构成的电池中，氧化反应发生在阳极上，从此抑制了作为电化学反应阴极的被保护金属上的腐蚀。

2 阴极保护原理

阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，是被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面个点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而是变成离子溶于溶液。

2.1 电极反应

极化现象产生的实质在于电子的迁移速度比电极反应及其相关的步骤完成的速度快。进行阳极反应时，金属离子转入溶液的速度落后于电子从阳极流到外电路的速度，这就使阳极上积累起过剩的正电荷，导致阳极电位向正方向移动；在阴极反应中，接受电子的物质来不及与流入阴极的电子相结合，这就使电子在阴极上积累，导致阴极的电位向负方向移动。

2.2 极化曲线和极化图

极化曲线能够在有关腐蚀机理、腐蚀速率和特定材料在指定环境中的腐蚀敏感性等方面提供大量有用的信息。所以，分析研究极化曲线，是解释金属腐蚀的基本规律、揭示金属腐蚀机理和探讨控制腐蚀途径的基本方法之一。极化过程中形成的共同的混合电位在局部阳极和局部阴极通过其各自的极化而形成，即金属的腐蚀电位Ecorr。这时的局部阳极氧化反应速度与局部阴极的还原反应速度相等，即等于金属的自腐蚀电流icorr（如图1所示）。图中给出了铁在中性水溶液中的局部阳极的真实阳极极化曲线（Ee，a FPSA’）和局部阴极的真实极化曲线（Ee，c SMBD），以及该体系的实验的阳极和阴极极化曲线（分别为Ecorr A和Ecorr GQBB’）。

2.3 电位-pH图

电位-pH图是从热力学说明阴极保护原理的理论基础。如图2所示为根据热力学计算获得的Fe-H2O系电位pH图。当在pH值是6-7的中性的水中时，金属铁呈现活化腐蚀状态，如果通过外加负电流产生的阴极极化即可使铁电极电位从腐蚀区进入免蚀区。免蚀区是一个热力学稳定区。当铁的电极电位和溶液介质的pH值处于免蚀区内时使金属腐蚀过程停止，即获得了阴极保护。

3 阴极保护方法

3.1 牺牲阳极保护法

选择一种其电位比被保护金属（结构物）更负的活波金属（合金），把它与共同至于电解质溶液中从外部与被保护金属电连接，作为阳极的活波金属呈负电位，先行被腐蚀溶解在所形成的电化学电池中，因此这种金属可以称作牺牲阳极，所需电位范围是被保护金属阴极极化释放出的电子（即负电流），通过这一过程即可达到抑制腐蚀， 实现保护的目的。

3.2 外加电流阴极保护

外加电流阴极保护是通过外部电源来改变周围环境的电位，使得需要保护的设备的电位一直处在低于周围环境的状态下，从而成为整个环境中的阴极，这样需要保护的设备就不会因为失去电子而发生腐蚀了。这种强制外加电流的阴极保护系统是由整流电源、阳极地床、参比电极、连接电缆组成的，主要用在大型设备的阴极保护或者土壤电阻率比较高的环境中的设备的阴极保护。

4 阴极保护工程应用

埋地输油气、水等管道、管网的泄漏，特别是炼油、化工、化纤、化肥、制药等企业管道、设备的跑、冒、滴、漏，除了损失大量的有用介质外，又造成严重的环境污染，甚至引起火灾、爆炸、塌毁等灾难性事故。分析探索寻找经济合理的管道防腐控制措施是管道运行系统中非常重要的工作，通过科学的防腐控制方法经济评价和在管道设计或施工中都应重视防腐的重要性。

[1]周方勤.在役输气管道腐蚀剩余寿命预测技术研究[J].成都：西南石油大学，2006.

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[4]刘春波.埋地钢质管道腐蚀防护模糊综合评价技术研究[M].北京：北京工业大学，2007.

TM862

A

刘佳，中级工程师，1979年生，2007年硕士毕业于沈阳化工学院化学工程专业，现主要从事油气田选材、失效分析、防腐设计和新技术开发等方面的研究。