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埋地输油管道阴极保护技术研究
埋地输油管道阴极保护技术研究
摘要:我国石油、天然气资源长距离输送主要依靠埋地管道来实现,长距离大口径的金属管道埋入地下必然要遭受严重的腐蚀。目前国内外埋地钢质管道广泛采用阴极保护防护技术。本文详细介绍了阴极保护防护技术的基本原理及基本参数,并对当前国内外阴极保护技术的发展状况进行了系统介绍,并调研了未来的技术发展方向。
关键词:埋地金属管道防腐阴极保护
我国石油、天然气资源长距离输送主要依靠埋地管道来实现,埋地输油管道运输方向不受限制,比公路、铁路、水运等运输方式安全、有效、运输费用低,是目前最主要的油气运输方式。但埋地输油管线大多以钢管为主,长距离大口径金属管道埋入地下后必然要遭受严重的腐蚀。目前,国内外埋地钢质管道广泛采用阴极保护防护技术。
1、阴极保护技术
金属发生腐蚀的实质是金属与周围环境发生电化学反应。金属腐蚀时失去电子被氧化成为金属阳离子。
腐蚀反应的阳极反应为:
阴极反应为:
金属电化学腐蚀必须具备的4个条件:(1)必须有阳极和阴极;(2)阳极和阴极之间必须存在电位差;(3)阳极和阴极处于有流动自由离子的同一电解质中,;(4) 有电路连接。
根据金属腐蚀原理,为减缓腐蚀,有效的途径是减小或消除阴阳两极间的电位差。实现阴极保护的方法主要有两种。
外加电流阴极保护法
外加电流阴极保护法是将直流电源的负极连接到被保护的金属,利用外加电流对金属进行阴极极化(如图1)[1]。
图1 外加电流阴极保护原理示意图
进行阴极保护时,用辅助阳极将保护电流传递给被保护金属,被保护金属在大地电池中成为阴极,表面只发生还原反应,不发生氧化反应,从而抑制被保护金属的腐蚀。
牺牲阳极保护法
牺牲阳极保护法是在被保护金属上连接一个如镁阳极、锌阳极或铝阳极等电位更负的金属作为阳极,使之与被保护金属在电解质溶液中形成大电池,连接的金属作为阳极被腐蚀消耗掉,被保护的金属则为阴极,进行阴极极化,降低腐蚀速率。(如图2)。
图2牺牲阳极阴极保护原理示意图
2、阴极保护基本原理
图3阴极保护原理的极化图
阴极保护原理用腐蚀电极的极化图进行解释。由图3可看出,Ea为金属腐蚀阳极初始电位,Ec为金属腐蚀阴极初始电位。未通外电流前,阳极极化和阴极极化曲线交于点S,点S电位为腐蚀电池的自腐蚀电位Ecorr与自腐蚀电流Icorr。在腐蚀电流作用下,金属表面阳极不断发生腐蚀破坏。对金属施加阴极电流进行阴极保护,金属自腐蚀电位向下方移动,当金属总电位负移到Ep,所需极化电流为Ic,Ic由两部分组成,一部分是外加电流的(相当于 BC 线段),另一部分是阳极溶解产生的电流(相当于 AB 段)。如图可见阳极溶解的电流小于Icorr,表明金属得到保护。外加阴极电流继续增大,则金属电位变得更负。当金属极化电位负移到阳极初始电位Ea时,腐蚀电流趋于零,则金属完全保护,此时外加电流就是使金属达到完全保护所需电流[2]。
3、阴极保护参数

最小保护电位是阴极保护时金属表面得到完全保护时的电位。在实际生产中,为兼顾保护程度和保护效率,给出了一个保护电位范围,允许金属在保护电位下以不大的速度进行均匀腐蚀[3]。我国国家标准规定了不同类型金属构筑物在水中