十、电化学防腐工程
1、网状阳极外加电流阴极保护（图1）
一种网状阳极外加电流阴极保护装置，由恒电位仪、网格状阳极和阳极电缆接线箱组成，其特征在于将钛基混合金属氧化物阳极带和钛导电片按一定间距纵竖向交叉，交叉点焊接为一体组成阳极网，在阳极网上设置若干个馈电点，在馈电点位置焊接上电缆接头，并连接电缆，电缆接到阳极电缆接线箱，由阳极电缆接线箱引出再接到恒电位仪的阳极端上，在阳极网内设置若干个长效Cu/CuSO4参比电极或者高纯锌参比电极，构成网状阳极外加电流阴极保护装置。
2、油水分离器内壁阴极保护 （图2）
油田油水分离器是将油井产出的地下原油中的天然气、原油、水混合物分离成气（上部）、原油（中部）、水（下部，占分离器一半的液位）的重要设备。但分离器内部结构复杂，油田采油开发后期油井平均含水率在85％左右，故分离器内底部一半以上的部位处在分离出的污水介质中，腐蚀问题非常严重。
以前对分离器内壁一般采用牺牲阳极阴极保护方法，但分离器内壁温度较高，内壁沉积水的成分复杂，水质有可能呈酸性或碱性。所以牺牲阳极保护年限较短，一般不到半年即消耗完。牺牲阳极保护还存在保护死角。另一方面，牺牲阳极阴极保护电位无法测量，保护电流无法调节，保护年限的长短无法预知。
为了克服以上所述的牺牲阳极阴极保护方法的不足,我公司开发出一种针对油水分离器内壁的外加电流阴极保护方法。本方法根据每个腔室的大小、面积及所需要的保护电流密度来计算所需要的阳极数量，以钛基管状混合金属氧化物阳极为辅助阳极固定在分离器底部的水相中一定高度的支架上，采用银/氯化银参比电极或高纯锌参比电极。所有罐内的电缆通过特制的安全防漏接头引出，然后再引到恒电位仪的相应接点。本方法安装方便，使用寿命长（可达10年以上），保护电位均匀，保护电流输出可调。
3、电厂凝汽器和接地装置阴极保护 （图3）
发电厂凝汽器若由于腐蚀造成铜管及管板泄漏，将导致严重的后果，威胁着发电机组的安全运行，也直接影响发电厂的经济效益。因此对凝汽器采用防腐蚀措施是十分必要的。 目前采用的凝汽器防腐蚀措施，除了在冷却介质方面进行适当的防垢、防腐处理外，还有的采用阴极保护，即电化学保护技术，和涂料涂装保护方法等。
阴极保护技术能有效、经济、方便地控制和减缓凝汽器腐蚀。阴极保护原理是基于金属腐蚀的电化学理论，由外部向介质中被保护的金属结构提供直流阴极电流，使金属电位降低（阴极极化），这样从根本上降低了金属的腐蚀倾向和腐蚀速率，达到防止和减轻金属腐蚀的效果。
根据提供阴极电流方式的不同，阴极保护方法可分为牺牲阳极法和外加电流法两种。牺牲阳极法是用一种更活泼的金属或合金与被保护金属连接在一起，依靠该合金不断地腐蚀溶解产生电流来保护被保护金属。对于电导率较低的淡水，由于牺牲阳极驱动电压较小，输出电流有限且不能调节，保护范围有限，安装时必须在水室内壁焊接数量较多的固定牺牲阳极块的安装架，并且牺牲阳极块的设计寿命一般不超过3
年，需定期更换。因此牺牲阳极保护法一般只用于小型凝汽器，或用于如海水，苦咸水等含盐量高、电阻率低的介质设备上。外加电流阴极保护是依靠外部的恒电位电源提供阴极保护电流，电源正极与安装于凝汽器内的辅助阳极相连，负极接被保护凝汽器外壳。这种方法输出电流大，且可调，电位可自动控制，使用寿命长达15～20
年。一般在大型凝汽器上需要使用这种阴极保护系统。
另一种目前使用的采用涂料涂装来防止管板腐蚀的方法，由于涂料本身的性能及施工工艺的原因，采用涂料防止凝汽器管板腐蚀往往会出现严重的局部腐蚀问题。从腐蚀电化学的角度来考察，在涂层表面存在局部微孔的地方，由于微孔处金属的腐蚀电位较其附近有涂层的金属腐蚀电位负，这样便形成了局部腐蚀微电池，这种腐蚀微电池是由大阴极小阳极组成的。这种大阴极小阳极的腐蚀形态是各种腐蚀形态中**危险的，能使金属在很短的时间内腐蚀形成深坑，从而使凝汽器管板腐蚀损坏更严重。所以针对凝汽器采取阴极保护是比较经济有效的保护方式。
4、油井套管阴极保护技术（图4）
油井套管阴极保护技术从1938年开始研究,20世纪50年代后期在美国开始广泛应用.1986年,美国腐蚀工程师协会（NACE）制定了相关标准,使这一技术向标准化迈进了一步.随着油田开发时间的延长,油井套管的腐蚀也日益严重,直接影响着油田的进一步开采.有资料表明,油井套管腐蚀以外腐蚀为主,阴极保护是公认的控制外部腐蚀行之有效的技术.因此,防止和减缓套管腐蚀的阴极保护技术逐步被采用及推广,合理的阴极保护设计将有效地延长油井套管的使用寿命。
解决油井套管内壁的腐蚀问题，一般在油井环形空间投加杀菌剂、缓蚀剂、调解PH值、密闭隔氧技术，并在含硫油气田选用低强度油套管。
解决油井套管外壁的腐蚀问题，则应采取阴极保护技术，目前，这已获得国内外防腐界人士的公认。防止土壤对地下钢制构筑物的腐蚀，阴极保护是**为经济合理、十分有效的技术措施。阴极保护是一项安全成熟的防腐技术，它具有保护能力强、施工简便且投资较少的特点。这一技术在石油天然气、石油化工、市政建设等部门越来越广泛地得到应用。
5、太阳能阴极保护系统（图5）
在牺牲阳极有效期内不需要保养修理；巡检人员不必携带仪器设备，工具和导线，不会产生接触测量误差；利用腐蚀电流提供测量仪表电源，减轻劳动强度，经济适用，为实现自动巡检打下基础。本实用新型的基本思路是：根据外加电流阴极保护设备测量仪器原理和优点，保留并改进了测试桩的测量仪器，使其直接显示被保护金属结构的参数信息特征；在无法使用工业电网电源条件下，利用了太阳能电池发电，经过电压变换器将变换成为测量仪器使用的直流电源。
应用范围：
用于荒漠野外，远离市电的牺牲阳极阴极保护系统。例如；长输油、气和水管管线，大型厂区地下金属结构和管线。
6、储罐内壁牺牲阳极阴极保护（图6）
由于原油储罐、污水罐罐底内壁的腐蚀主要是缘于原油沉积污水引起的电化学腐蚀、细菌腐蚀，且罐底的原油沉积污水有着较高的含盐量（主要是S2-、Cl-、HCO3-、Na＋、Ca2＋等）和较高的温度，因此其腐蚀性较强。目前普遍采用牺牲阳极法对储罐底板内壁进行阴极保护，这种方法对储罐安全可靠，无需专人管理，且保护效果好。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。阳极块在储罐内底板上均匀布置，钢板与阳极块直接焊接连接。
牺牲阳极保护法特点：
a）施工快速、简便，不会产生腐蚀干扰。
b）投入成本较低，经济性强。
c）安全可靠，无需专人管理。
d）保护效果显著。
根据内壁介质的情况,阳极可以选用铝合金阳极或镁合金阳极。内壁采用牺牲阳极保护时，要注意温度的影响。对40~70℃的水介质环境中，镁阳极因为腐蚀率太高而不适用。
根据保护面积、保护年限、介质电阻率计算所需的阳极数量，选择阳极规格形状。阳极在罐底板上呈环状均匀分布，阳极支架与底板焊接。牺牲阳极易于安装，而且当阳极消耗为初始重量的85%时，可以利用清罐机会进行更换。
7、储罐底板外壁阴极保护（图7）
储罐底板的腐蚀原因主要有：罐底基础沥青砂层由于老化开裂，基础内的水份可以通过裂缝渗透到罐底，使储罐外壁底板发生腐蚀；雨水可能沿储罐侧壁通过储罐底板与沥青砂之间的缝隙渗透进来，在透气程度不同的区域之间构成了氧浓差电池，而且往往是大阴极小阳极的模式，局部的腐蚀速度特别快，在缝隙内还有可能形成缝隙腐蚀的自催化效应；杂散电流的腐蚀；硫酸盐还原菌的存在；施工质量不合格，例如焊缝不合格或用海砂作为基础带入氯离子等。以上因素均可能造成储罐外壁底板发生腐蚀。目前普遍采用外加电流保护法对储罐底板外壁进行阴极保护，小型储罐可以采用牺牲阳极保护工程。
适用范围：
原油罐、成品油罐、污水罐等储罐罐底外壁防腐。
外加电流保护法特点：
1、近阳极系统：
a）电流输出分布均匀且可调，保证储罐充分被保护。
b）基本不产生杂散电流，不会对其他结构造成腐蚀干扰。
c）安装简单，质量容易保证。
d）储罐与管道之间不需绝缘，不需对电气以及防雷接地系统作任何改造。
e）不会受今后工程施工的损坏，使用寿命长。
f）埋设深度浅，尤其适宜回填层比较薄的储罐。
g）性价比高，虽然长期由恒电位仪提供电流，但其可靠性、寿命和综合经济效益远高于牺牲阳极系统。
2、远阳极系统：
a）适用于空间狭小地区。
b）电流不均匀，可能导致有些与区域保护不够充分，同时可能产生杂散电流。
c）可以对某一特定面积内的所有金属及构筑物进行全面保护即应用在区域性阴极保护上。
8、长输管道阴极保护（图8）
为延长长输管道的使用寿命和保证管道的安全运行，长输管道必须实施阴极保护。长输管道被保护的部分包括：长输管道首站入地点至末站出地点所有埋地部分的钢质管道、阀门、大型管道穿越部分等。长输管道一般采用外加电流保护，分设若干个阴极保护站，特殊地质条件需要牺牲阳极进行辅助保护。
埋地钢质管道阴极保护主要分为二类：强制电流阴极保护、牺牲阳极阴极保护,个别管道采用强制电流和牺牲阳极交替保护。当阴极保护系统不能给管道提供足够的阴极保护电位时,管道外防腐层缺陷处会发生腐蚀；当阴极保护系统给管道提供的阴极保护电位过负时,管道外防腐层会发生析氢剥离。长输管道是应用阴极保护**早的项目，也是阴极保护应用技术**成熟的项目。
适用范围：
输送天然气、原油、化工原料、淡水等埋地钢质长输管道
产品特点：
a）电位分布均匀
b）寿命长
c）工作电流密度大
d）施工简单
9、码头钢桩桥梁的阴极保护（图9）
深水码头的基桩,普遍采用大直径钢管桩.由于长年处于海水浸泡状态下,作为主要海洋工程结构物钢管桩,其防腐工作极其重要.钢管桩牺牲阳极阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法,港口码头是指钢质的和部分钢筋混凝土的港湾设施结构物，有固定式的（如钢板桩、钢管桩、栈桥码头等）和浮动式的（如趸船、浮船坞、浮鼓等）。它们遭受着水介质和潮湿气氛的腐蚀，尤其是海洋环境或河口处海洋环境的腐蚀，其平均腐蚀速率达0.3~0.4mm/a，局部腐蚀速率达10.3~0.4mm/a，使结构物穿孔，严重影响着设计使用寿命理应很长的港口码头的安全使用，因此必须对其施加有效的防蚀措施，其中阴极保护是水下区域防蚀的**有效手段之一，实践证明它可使这些结构物的腐蚀下降至0.02mm/a以下，结构寿命延长一倍以上。
10、船舶的阴极保护（图10）
舰船的阴极保护从包括所有附着物和敞开处在内的水下部位的外防护，到各种船舱管路和船舭的内防护。
水线以下部位的阴极保护
因为所要求的保护电流需要量和电流分布，在无覆盖层的舰船上要实施阴极保护实际上是不可能的或者是很不经济的，此外，在船用钢板和防止生物附着的涂料之间应有电绝缘层制止毒性金属化合物发生电化学还原反应。阴极电解产物不能阻止海洋生物的附着，与此相反，假如实施阴极保护，在自然腐蚀中，海洋生物会附着在惰性铜材上。
根据受保护的范围大小，应当区别对待舰船水下部位的完全保护与局部保护，实施局部保护时，只有船尾受保护，由于水流速度很快，处于充气状态，并在螺旋桨和舵等附件上形成腐蚀电池，所以特别危险，局部保护也可延伸到船头，但船头同样处于高水流速度的影响之下。因为在船头和船体中部，覆盖层被机械损坏的事情常有发生，所以，舰船采用牺牲阳极或强制电流方法实施完全保护变得越来越重要了，将牺牲阳极安装在舭龙骨（船底和船侧间的弯曲部分，起平衡稳定作用）上一点问题都没有，它的保护范围可以扩大到螺旋桨和舵等附件上，或者可以根据船的设计和保护方法螺旋桨和舵等附件分别实施阴极保护。
在所有情况下，局部或全部铝合金或不锈钢的船壳必须实施阴极保护，这也适用于含鉻超过20%、含钼超过3%的高合金钢，因为它们容易在覆盖层下发生缝隙腐蚀。阴极保护设计必须根据具体条件而定。
11、管道和储罐防腐保（图11）
避免管道遭受土壤、空气和输送介质（石油、天然气等）腐蚀的防护技术。
输送油、气的管道大多处于复杂的土壤环境中，所输送的介质也多有腐蚀性，因而管道内壁和外壁都可能遭到腐蚀。一旦管道被腐蚀穿孔,即造成油、气漏失,不仅使运输中断，而且会污染环境,甚至可能引起火灾,造成危害。据美国管道工业的统计资料，1975年由于腐蚀造成的直接损失达6亿美元。因此,防止管道腐蚀是管道工程的重要内容。
腐蚀 金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏现象。按管道被腐蚀部位，可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀；按管道腐蚀形态，可分为全面腐蚀和局部腐蚀；按管道腐蚀机理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀等。
管道内壁腐蚀 金属管道内壁因输送介质的作用而产生的腐蚀。主要有水腐蚀和介质腐蚀。水腐蚀指输送介质中的游离水，在管壁上生成亲水膜，由此形成原电池条件而产生的电化学腐蚀。介质腐蚀指游离水以外的其他有害杂质（如二氧化碳、硫化氢等）直接与管道金属作用产生的化学腐蚀。
长输管道内壁一般同时存在着上述两种腐蚀过程。特别是在管道弯头、低洼积水处和气液交界面，由于电化学腐蚀异常强烈，管壁大面积减薄或形成一系列腐蚀深坑。这些深坑是管道易于内腐蚀穿孔的地方。
管道外壁腐蚀 视管道所处环境而异。架空管道易受大气腐蚀；土壤或水环境中的管道，则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。
12、钢筋混凝土构筑物阴极保护（图12）
钢筋在混凝土中发生腐蚀是导致钢筋混凝土构筑物提前失效的一个**主要原因.众所周知,混凝土是由水泥、沙石和水混合在一起凝固之后形成的一种多孔材料.在混凝土的微小孔隙中含有pH值高达12以上的混凝土孔溶液.根据电位-pH图可知,在这样条件下混凝土中预埋的钢筋会发生钝化而不锈蚀.但是,随着时间的推移或混凝土构件出现裂缝,外界环境中的水、氧、二氧化碳和氯离子会渗入混凝土中,引起钢筋周围孔溶液组成及性质的变化,一旦破坏了钢筋表面的钝化膜,将导致钢筋锈蚀.由于铁锈体积比铁本身大2～4倍,产生的膨胀力可达30MPa,使混凝土层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝和剥落,**终造成钢筋混凝土构筑物丧失其应有的承载能力,针对上述情况，我公司从国外引进并吸收消化研制出专门用于钢筋混凝土保护方法——混凝土阴极保护。
钢筋混凝土阴极保护
钢筋的锈蚀是多数钢筋混凝土结构破坏的主要原因。因此通过对混凝土中钢筋实施电化学阴极保护，来抑制钢筋锈蚀或断裂，从而有效地控制混凝土构筑物的损坏或过早失效，是**彻底的方法。特别是对于氯化物污染的构筑物，它是**能抑制钢筋腐蚀的方法。世界**专家、**先进技术、**优品质产品保证了混凝土外加电流阴极保护一次设计寿命达
100年。可广泛用于码头工程、跨海大桥、市政工程及高速公路等钢筋混凝土结构的保护。
混凝土阴极保护特点
- 能在盐污环境中有效防腐的**技术
- 一次设计寿命达100年
- 阳极使用寿命100年
- 参比电极使用寿命30年
- 远程遥控系统
- 系统全智能化
13、水罐和锅炉阴极保护（图13）
随着工业化进程的加快，工业生产对容器内壁保护的操作安全性提出了更高的要求，容器设备要求更强的耐腐蚀性，而且装置部件越来越大，随之对内部保护的需求也在急剧增加！
一般来讲电化学保护的费用比同等效果的防腐层或耐腐蚀材料的成本低，假如在设计阶段就予以高度重视，那么容器内部采取阴极保护是**经济的防腐措施。同时也能在水罐使用后期作为修复措施加装内部阴极保护，中止容器内壁腐蚀的发展。
容器内壁中使用电化学保护是大约20年前开始的。而在埋地管道上的应用则是40年前开始的。容器的推广应用之所以比较慢是因为内部保护要与各个装置相适应，这与埋地构筑物的外保护是截然不同的。
近年来，许多保护装置已经投入运行，因为新装置必须维护，旧的或已经损坏的设备需要挽救，运行成本也必须降低。全世界电解铝行业与那些使用苛性碱的工业设备、储罐和蒸发器中，总容量约6万立方米，总表面积约4.7万平方米正在实施阴极保护，已经安装的电化学保护设备的总功率为125KW和12KA。
容器材料及阴极保护先决条件：
金属容器与装置用的材料包括普通碳钢、热浸镀锌钢、不锈钢、铜和它的合金。这些材料在水里的耐腐蚀特性差别非常大，而且与保护电位一样，静电位的差别非常大。没有覆盖层的普通碳钢是不耐腐蚀的，但是，如果保护膜局部损坏也会被侵蚀，在所有这些情况下，阴极保护都是适用的。
通常，必须采用合理的结构设计，适当的阳极数量与布置来确保适宜的电流分布。当水的PH值小于5时，应当检查牺牲阳极的自腐蚀速率是否过高。同时如果采用强制电流保护可能导致过高的析氢量。
14、区域性阴极保护（图14）
在石化厂区，地下输油、输气、输水、热力管道纵横交错，由于内部输送介质的强烈腐蚀，以及外部土壤和杂散电流干扰的腐蚀作用，泄露事故时有发生，导致管道设备非计划检修、更换，甚至影响到企业的生产运行，造成巨大的直接、间接损失。所以，对整个石化厂区埋地管线进行区域性阴极保护以被越来愈多的企业所重视，这也是石化企业加强安全生产的需要。在原有埋地管线追加阴极保护时，一般先从比较重要和急需保护的单根管线做起。对此管线进行全面的调查（包括管道地理信息、土壤腐蚀情况、杂散电流、外防腐层状况和电连接情况），在此基础上进行阴极保护设计并加以实施。施工完毕后，对阴极保护效果进行检测、调整，直到达到保护要求。
在储罐区可以把几根管线和与其连接的储罐作为一个整体来考虑，进行小范围的区域性阴极保护。在一个阴极保护系统内，不同管线之间和管线与储罐之间不需要电绝缘，同时也可以消除金属构筑物之间的相互干扰。小范围的区域性阴极保护的投资比单个阴极保护工程投资的总和要小的多。
把整个石化厂区作为一个系统来考虑作区域性阴极保护是**理想**经济的方案，效果也**好。但是整个石化厂区的金属构筑物十分复杂，阴极保护手段和阳极的选址很难满足众多因素的需要，所以一般采用的方式是把石化厂区先分成若干个小区域，每个区域中的金属构筑物综合考虑以达到阴极保护效果。在小区域阴极保护基础上，再从整个石化厂区的角度进行考虑，调整阴极保护设施的位置，以消除小区域间的相互影响，**终实现整个厂区的区域性阴极保护。
适用范围：
整个输油联合站、电厂储罐区或局部范围内的埋地管线、储罐、金属构筑物等
区域阴极保护法特点：
a）总体投资小，经济性强。
b）对区域范围内的各类金属构筑物不需要电绝缘，同时也可以消除相互干扰。
c）保护效果显著。
15、管道检测技术介绍（图15）
管道检测是通过一种先进的检测仪器对埋地金属管道防腐层破损、防腐层状况及阴极保护系统有效评估的一种检测技术。管道检测不仅可以尽早排除安全隐患，避免对环境的污染，而且还能合理制定管道维护方案，减少不必要的经济损失，以利于管道安全高效运行。该技术可以广泛用于输油、输水、输气、给排水、污水、化工、动力、电力等埋地金属钢质管道。
管道检测技术在全国各油、水、气公司已经广泛应用，其检测技术和效果已得到了认可，定期对管道进行检测，对它的防腐层进行评估，对腐蚀严重的管道的及时修复或禁用，或给管道进行阴极保护，这样就可以减少资源浪费和环境保护，大大增加管道的使用寿命，同时还可以有效的控制了偷盗资源现象。
管道检测技术是通过发射机在管道和大地之间施加低频的正弦电压，给待检测的管道发射检测信号电流，在地面上沿路由检测管道电流产生的交变电磁场强度及变化规律。采用这种方法不但可找管定位，还在很大程度上排除了大地的电性和杂散电流的干扰，具有很好的实用性。同时，通过管道上方地面的磁场强度换算出管中的电流变化，可以判断出管道的支线位置或破损缺陷等。其原理是：管道的防腐层和大地之间存在着分布电容耦合效应，且防腐层本身也存在着弱而稳定的导电性，使信号电流在管道外防腐层完好时的传播过程中呈指数衰减规律，当管道防腐层破损后，管中电流便由破损点流入大地，管中电流会明显衰减，引发地面的磁场强度的急剧减小，由此可对防腐层的破损进行定位。在得到检测电流的变化情况后，根据评价模型可推算出防腐层的性能参数值Rg。然而，这是一个相对比较的过程，该过程受到不同检测频率、管道结构等因素的影响。为消除包括管道规格、防腐结构、土壤环境等因素的影响，将均匀传输线理论应用于管－地回路，建立相应的数学模型，可以有效地分析及消除上述影响，定量地对管道的防腐层质量进行综合评价。
16、杂散电流干扰检测（图16）
直流杂散电流可以分为静态杂散电流和动态杂散电流。使用SCM（杂散电流检测仪）软件可以对静态杂散电流进行实时检测和数据分析。而对动态杂散电流检测时，可以设置**长达48小时的自动监测和数据存贮。
当在管道任意点上的管地电位较自然电位正向偏移20mV或管道附近土壤中的电位梯度大于0.5mV/m时，确定为有直流电干扰；当在管道任意点上管地电位较自然电位正向偏移100mV或管道附近土壤中的电位梯度大于2.5mV/m时,管道应采取直流排流保护或其它防护措施。
直流电干扰的测试，排流保护效果评定及管理应按SY/T0017—96《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》中的规定执行。
