管道阴极保护技术现状与展望

2022-09-11

一、管道阴极保护研究进展

最早使用管道阴极保护的是英国人汉费雷.戴维就, 他在1824年发现了用锌去保护木舰艇铜包皮的方法, 从此开启了阴极保护的先河。然而真正奠定现代电化学与阴极保护理论基础的是他的学生法拉第, 著名的科学家法拉第发现了电流与腐蚀的定量关系——法拉第定律。然而这项技术并没有在当时应用于管道之上, 第一次应用阴极保护措施的是美国科学家罗伯特科恩, 1928年他第一个在新奥尔良的输气管道上安装了为阴极保护提供直流电流的整流器。后来又提出了-0.85V的保护原则, 真正意义上为现代阴极保护技术奠定了基础。

多年以来, 这项阴极保护技术在不断发展, 逐渐走向成熟, 工业发达的国家已经将此列入了设计规范及法规中。我国于1989年国务院颁布的“石油、天然气管道管理条例”中就涉及到了阴极保护的内容, 从这以后, 阴极保护就成为了公认的防止金属电化学腐蚀的最有效方法。

二、保护机理

阴极保护可以与涂复技术相配套, 在工程上来讲, 是一种十分有效的防腐技术。阴极保护作用的机理就是在腐蚀电化学的基础上进行研究的, 它有腐蚀电池机理是完全相反的, 它产生的是保护体, 而电化学腐蚀是侵蚀自身的物质。它在通过放置于水中或者埋在金属构筑物中, 通过电流的反向流动, 使腐蚀转移, 从而达到防腐。

三、阴极保护技术——区域性阴极保护

在没有区域性阴极保护技术的发明之前, 长距离的油气管道防腐都是通过涂敷材料来实现的, 但是通过涂敷材料在某些情况下是不能实现的, 因此就有了区域性阴极保护技术的发展。目前在某些情况下区域性保护技术还是相对缓慢的。顾名思义, 区域性阴极保护的机理就是将需要保护的看做是一个整体, 它为了能够达到防腐的效果, 依靠保护电流的分配, 合理布局辅助阳极和电绝缘的方法, 这样就将保护对象放置于规定的保护电位之内了, 从而达到了防腐的要求。这种技术的保护对象不是单一不变的, 而是整个保护区域类的所有金属构件, 保护范围较广。在我国当前情况下, 这项技术还在初级的探索中, 首先在我国的应用是70年代的胜利油田, 在当时第一次实施这项技术。随着该项技术的成功应用, 目前国内已经有很多企业也在成功的使用, 取得了很好的发展。从我国以及国外的成功案例发展, 这项技术相比其他的防腐保护技术来说, 是更具实用性和有效性。

四、阴极保护方法探究

1. 牺牲阳极法

这种方法的作用机理是将比需要保护的金属或者合金的电位更低的金属或者合金, 共同放置于同一个溶液中, 由于电位更低, 所以在溶液中, 比保护金属更快的溶解, 释放出电流, 从而保护了需要进行保护的金属, 防止被腐蚀。那么该项保护技术需要在哪些条件下达到要求:

(1) 金属本身能在溶液中产生稳定电流;

(2) 自身的腐蚀速率要低, 要能长期进行防腐;

(3) 产生的保护电流量要大;

(4) 被腐蚀后产生的废物必须是无害的, 不能对环境产生危害;

(5) 金属材料来源广泛, 加工容易, 价格低廉。

2. 强制电流法

强制电流法的作用机理是与阳极保护不同的, 它主要是从外部加入电流, 这样就可导致需要被保护的金属阴极化, 达到和阳极保护法相同的保护措施。强制电流法需要的基础构件包括稳定的直流电源、连接电源的辅助阳极和连接所需要的电缆线, 辅助阳极的作用就是要把外接的电流通入到系统中, 故阳极工作时处在电解状态下。按阳极的溶解性能划分, 辅助阳极可以分为不溶性阳极、可溶性阳极、微溶性阳极三大类。

3. 排流保护法

排流保护法的机理就是为有其他干扰电流的情况下, 利用排除方法, 对需要保护的构件进行保护作用的一样方法。排流保护法有三种主要措施, 第一种方法就是直接排流, 该方法需要外接电源, 在稳定的情况下, 改稳定电流可以保护金属或合金, 排除其他干扰电流。改项方法需要谨慎使用, 如果采用不当, 就会造成更大的干扰, 甚至是危险。第二方法是极性排流, 因为二极管具有单向通过性的作用, 只可以通过一方电流, 在有正负干扰的电流情况下, 就需要插入二极管, 这样就可以保证电流通过一个方向, 从而保护金属体。第三种方法是强制排流。上述二种方法只能在排流时才能对保护体施加保护, 如果不是排流期间, 就无法起到保护作用。这样就需要强制排流的方法, 利用恒定的整流器产生电流, 从而达到需要保护作用。