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阴极保护原理

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1.关于阴极保护原理的叙述

如前面所述,阴极保护护就是以通电的方法使被保护物成为阴极,由此减缓、避免腐蚀。阴极保护实现的技术有两种:一是外加电流阴极保护也称强制(电流)阴极保护,二是牺牲阳极(阴极)保护。实体布局请见示意图。

关于它们实现阴极保护的过程,许多书籍、资料都有叙述,下面从积累的摘录(也可参照示意图):

(1)“用金属导线将管道接在直流电源的负极,将辅助阳极接在电源的正极,构成保护回路,如图阴极保护模型所示。从图中可以看出,管道实施阴极保护时,有[b]外加电子注入管道表面。当外加的电子来不及与电解质溶液中的某些物质起作用时,就会在金属表面积聚起来,导致阴极表面金属电极电位向负方向移动,即产生阴极极化。[/b]这时,微阳极区金属释放电子的能力就受到阻碍。施加的电流愈大,电子积累就会越多,金属表面的电极电位就越负,微阳极区释放电子的能就越弱,换句话说,就是腐蚀电池二极间的电位差变小,阳极电流Ia越来越小。当金属表面阴极极化到一定值时,阴、阳极达到等电位,腐蚀电池的作用就被迫停止。此时,外加电流Ip等于阴极电流Ic,即Ia=0,这就是阴极保护的基本原理。”

这是一本石油工人技能培训教材里的叙述,是较最详细的一种,差不多的叙述在类似的书或小册子里常可见到。

(2)“在每种条件下,管线表面都会出现阳极区和阴极区,[b]在阳极区电流由管线钢表面流出,进入周围环境电解质(土壤和水),管

线在该区域将会发生腐蚀。在阴极区,电流由电解质流到管线表面上,该区域的腐蚀速率将减小。[/b]

基于上述观点,很明显,若[b]使得管线表面暴露的每一点都有电流流入,那么就可以减小腐蚀速率。准确地说,这就是阴极保护所要完成的任务,直流电被强制地流到管线表面上,这一直流电可以使管线的电位向负方向偏移,导致金属腐蚀速率减小。[/b]当适当调整电流大小并使其超过由阳极区释放的腐蚀电流时,将会有净电流注入管线表面的这些区域上,管线的整个表面将是阴极,腐蚀速率被减小,??阴极保护工程师的主要工作就是决定将腐蚀速率减小到可以接受水平时所需的阴极保护实际水平,腐蚀监测并结合阴极保护准则常常被用于这一决策。”

这是一本很著名的译著《管线腐蚀控制》(美国)里的叙述,基本与前面差不多,但是仔细捉摸有些区别[b](网友们捉摸捉摸啊!)[/b]

(3)再摘录一些文章和资料的叙述:

“当两种金属在海水的电解质中发生电连接时,由于电位差,电子从活泼金属向不活泼金属移动。不活泼的金属称为阴极,活泼金属称为阳极。当阳极发生电流时,它在电解质中溶解成离子,同时产生电子。阴极通过与阳极电连接而获得电子。结果就是阴极负极化,起到防腐保护的作用。”

“外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流,使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。

保护电位是指阴极保护时使金属腐蚀停止(或可忽略)时所需的电位。实践中,钢铁的保护电位常取-0.85V(CSE),也就是说,当金属处于比-0.85V(CSE)更负的电位时,该金属就受到了保护,腐蚀可以忽略。”

这些是比较简单明确。[b]“对被保护物通以阴极电流,使其表面成为均一的阴极,从而实现保护。”[/b]就更为明确,这是许多介绍文章和材料普遍采用的叙述,网上一些帖子也这样叙述。 2.疑问

愚铁曾在四、里向网友提出一些问题,不知网友思考的怎样?(回帖很少啊!)

这里针对上面原理的叙述,具体地请网友思考一下,也是逐渐回答(讨论)这些问题:

在示意图里,愚铁画出A、B、C、D等4个腐蚀敏感区(这绝对符合实际哟!),其中A、B、D在管道上,C为之外未知物体。现在假设,未加阴极保护时的电位是,A<B<D<C,根据腐蚀电池的道理,它们将两两构成腐蚀电池,管道上相对A、B,A是阳极,B是阴极;相对B、D,B是阳极,D是阴极;相对A、D,A是阳极,D是阴极;而相对未知物体C,A、B、D均为阳极,C为阴极,因此在未加阴极保护

时,A、B、D将不同程度受到腐蚀,C不腐蚀,这对管道显然是危险的。

现在我们把阴极保护加上,不管采用哪种形式的阴极保护,实现的结果将是电位C<A<B<D,这样未知物C由阴极变成阳极,不会造成或加重管道的腐蚀了。

可是在A、B、D之间呢?外加的阴极保护能改变它们之间的电位关系吗?即如果A相对于B、D是阳极区,外加的阴极保护怎么改变它们的电位关系,以及改变成什么样的电位关系呢?

显然不管用理论思考,还是分析实际存在,A、B、D间的电位关系都不能改变(如果它们的电极电位仅因电解质差别或可有改变,若因材质、晶格等原因则不可能改变),也就是A、B、D间相对的腐蚀电池关系不能改变,[b]外加阴极保护能改变它们的绝对电位(相对于基准点或零点的电位),却不能改变它们之间的相对电位。[/b]这正如一张桌子,它放在一楼,桌面对桌脚是80cm,把它搬上100多m高的40楼,它的桌面对桌脚仍是80cm一样,改变的是对地面的高度(更专业说是海拔高度),并不改变它自身高度;也正如一个人,身高170cm,爬上370m的山顶,他的身高仍是170cm,370m的山顶甚至3700m的高山并不能改变他的身高一样。

也就是说,外加阴极保护不能改变自身存在的腐蚀电池。但是阴极保护的效果还是实现了,这说明阴极保护的理论和技术是正确的,是经过时间和实践检验的,但是对实现阴极保护的解释却是模糊、不全面或者不确切的,须要提出新的思考和新的解释。

阴极保护准则和阴极保护原理(2):阴极保护认识和实用基础(六)

六、阴极保护原理(2)

阴极保护原理

1.关于阴极保护原理的叙述如前面所述,阴极保护护就是以通电的方法使被保护物成为阴极,由此减缓、避免腐蚀。阴极保护实现的技术有两种:一是外加电流阴极保护也称强制(电流)阴极保护,二是牺牲阳极(阴极)保护。实体布局请见示意图。关于它们实现阴极保护的过程,许多书籍、资料都有叙述,下面从积累的摘录(也可参照示意图):(1)“用金属导线将管道接在直
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