什么是管道阴极保护及其阴极保护原理

什么是管道阴极保护及其阴极保护原理

       什么是管道阴极保护及其阴极保护原理：防止金属腐蚀的方法很多，电化学保护是其中之一。
　　管道阴极保护：由于金属在自然环境和工业生产环境中的腐蚀破坏大部分为电化学腐蚀造成。因此，电化学保护在腐蚀控制工程中占有重要地位。
　　对金属表面施加防腐绝缘层，是一种物理防护方法，它通过金属表面的绝缘处理，使金属与腐蚀介质隔离开。这种防护方法是有效的。但是，任何一种绝缘的涂层材料都不可能完全不透小分子，如水、氧气等。同时，钢与防腐绝缘层界面之间的物质传递也是不可避免的。再者，金属表面的防腐绝缘层在生产、贮存、运输与施工中不可能不产生缺陷。电化学保护法可以弥补这些缺陷，它可以对腐蚀反应进行积极的干预，抑制腐蚀反应的发生。
　　防腐层与电化学保护的同时使用的方法称为联合保护。联合保护使腐蚀控制手段相互补充，使腐蚀控制工程成本降低，经济合理，安全可靠。这已成为世界发达国家对地下、水中的金属结构进行防腐保护的共同措施。
　　电化学保护分为阴极保护和阳极保护。阴极保护是在金属表面通过足够的阴极电流，使金属表面阴极极化，成为电化学电池中电位均一的阴极，从而防止其表面腐蚀的防腐技术。阴极保护适用于土壤、淡水、海水等介质中金属的腐蚀防护。
　　阳极保护是在金属表面通以适度的阳极电流，使金属表面阳极极化、进入钝化状态，从而防止金属表面腐蚀的防腐技术。阳极保护适用于酸类、盐类等强腐蚀性环境下的腐蚀防护。其投资比较高。

一、阴极保护原理与应用

　　(一)应用范围
　　1．淡水及海水中 阴极保护可防止码头、船舶、平台、闸门、冷却设备等的腐蚀。
　　2．碱及盐类溶液中 阴极保护可防止贮槽、蒸发罐、熬碱锅等的腐蚀。
　　3．土壤及海泥中 阴极保护可防止管线、电缆、隧道等的腐蚀。
　　阴极保护技术还可应用于防止某些金属的局部腐蚀，如孔蚀、应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳等。
　　(二)溶液中金属的腐蚀反应
　　水溶液中和土壤中的金属腐蚀属于电化学腐蚀。其腐蚀的形式如图10-19所示。在腐蚀电池中，电极电位低的为阳极。电极电位高的为阴极。随着反应过程的进行不断产生电流。以钢铁为例，其反应式为：

图10-19 腐蚀电池的局部作用

当介质呈酸性时，阴极反应以下面二个形式进行；

　　上述电化学反应结合形成Fe(OH)2，再继续反应生成不溶性铁锈：

　　在铁的腐蚀反应时，阳极反应只有一个，而阴极反应又可分成析氢型腐蚀和耗氧型腐蚀。
　　(三)阴极保护原理
　　根据电化学理论，腐蚀电池的极化曲线简化形式如图10-20所示。Ea为阳极开路电位，Ec为阴极开路电位。随着电流的流动，阴极发生阴极极化，阳极发生阳极极化。由于两极间电解质存在电阻，所以电流流动中产生IR除。电流I相当于腐蚀电流。若不考虑IR降，Ic为腐蚀电流。对应的阴极和阳极的电位一致，称为金属体的自然电位E。
　　当金属体上通直流电流并阴极极化时，就会出现E继续下聊。当下降到阳极开路电位时，腐蚀电流即为零，也就是说腐蚀停止。这时所加的阴极电流即最小保护电流，这一电位常称最小保护电位。

二、阴极保护的方法

　　(一)牺牲阳极法
　　用电极电位更负的金属或合金与被保护的金属连接在一起，构成新的宏观电池(见图10-21)、在这个电池里被保护体为阴极，较负电位的金属为阳极。由于阳极的氧化反应而使阳极金属不断腐蚀溶解，即“牺牲”掉，以实现对阴极金属的保护。这种方法称为牺牲阳极法。作为牺牲阳极材料，应具备以下特点：

图10-20 腐蚀电池的极化曲线
Ec—阴极开路电位 Ea—阳极开路电位 E—自然电位，Ic—自腐蚀电流 Ii—腐蚀电流 Ix—防腐电流 Ip—保护电流

　　1．电极电位负，对被保护体驱动电压要大。
　　2．工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱离。
　　3．电化当量高，即单位重量的电容量要大。
　　4．自腐蚀小且腐蚀均匀，电流效率高。
　　5．腐蚀产物无毒，不污染环境。
　　6．材料来源广，加工容易，价格便宜。
　　目前广泛使用的牺牲阳极品种较多，但归纳起来，不外乎三大类；镁基(包括高纯镁)、锌基(包括高纯锌)、铝基。
　　(二)强制电流法
　　根据阴极保护原理，用直流电源直接向被保护金属通过阴极电流，使之阴极极化以达到阴极保护的目的。这一方法称为强制电流法。如图10-22所示。强制电流系统中都装有辅助阳极，以便与被保护体构成电的回路。在此，被保护体接直流电源的负极，辅助阳极接直流电源的正极。强制电流法目前为国内长输管道保护的主要形式。
　　强制电流法有以下特点：
　　1．工程越大、投资比重越小，因此对于太小的工程使用强制电流法在经济上是不合算的。
　　2．辅助阳极寿命长，设计合理，一般可达20年以上。
　　3．直流电源的输出电压、电流连续可调。

图10-21 牺牲阳极法

图10-22 强制电流法

　　4.适应外界环境的电阻率范围广，可不受土壤电阻率的限制。
　　强制电流法的不足之处是：电源设备需要维护，管理工作量较大，对邻近的构筑的干扰影响大，需要外部电源等。
　　(三)排流保护
　　1.直接排流 见图10-23。当杂散电流干扰影响的电位极性稳定不变时，可以将管道与轨道用电缆直接进行电连接，排除杂散电流进行保护。此法适用于离铁路直流供电所较近的地方，用电缆把管道直接接到负回归线上。这种方法简单易行，缺点是调查不准、选择不当时，会造成引流，加大杂散电流。
　　2.极性排流 见图10-24。当杂散电流干扰影响的极性正负交变时，可通过串入二极管把杂散电流排回到轨道上，由于二极管的单向导通原理，只允许杂散电流单向流动，故称极性排流。
　　此法是目前广泛使用的排流法，通过调节可以有效控制住杂散电流腐蚀。
　　3.强制排流 流如图10-25所示。采用极性排流只有当杂散电流存在时才能对被保护体施加保护，在不排流期间被保护体就处于自然腐蚀状态。为解决这种状态下的保护，可以使用强制排流，即通过整流器进行排流。当有杂散电流时利用排流保护，当无杂散电流时用整流器供给保护电流，使之处于阴极保护状态中。一般都使用电位能自动控制的整流器，在有排流保护时最好也留有少量保护电流输出。
　　(四)阴极保护方法的比较与选择

图10-23 直接排流法

图10-24 极性排流法

图10-25 强制排流法

　　管道阴极保护方法的优缺点，见表10-45。

表10-45 管道阴极保护方法及其优缺点
方法 优点 缺点
强制电流 1.输出电流连续可调 1.需要外部电源
2.保护范围大 2.对邻近金属构筑物干扰大
3.工程越大，相对投资比例越小  3.维护管理工程复杂
4.不受土壤电阻率限制  
5.保护装置寿命长  
牺牲阳极 1.不需要外部电源 1.高电阻率土壤中不能使用
2.对邻近构筑物无干扰或很小 2.保护电流几乎不可调 
3.投产调试后可不需管理 3.覆盖层质量必须好
4.工程小，经济效益高 4.投产调试工作复杂
5.保护电流分布均匀，利用率高 5.消耗大量有色金属
排流保护 极性排流 1.利用杂散电流保护管道 1.对其他构筑物有干扰影响
2.经济适用 2.电铁停运时，管道得不到保护
3.方法简单，需简单管理 3.易造成过负电位(过保护)
4.电铁运行时可自动防止杂散电流腐蚀  
强制排流 1.保护范围广 1.对其他金属构筑物有干扰影响
2.电压、电流连续可调 2.需要外部电源
3.以轨道代替辅助阳极，结构简化 3.排流点易过保护
4.电铁停运时，管道仍被保护  
5.不存在阳极干扰  

　　这些方法的选择要根据管道覆盖层质量好坏、工程规模大小、土壤环境条件、电源的利用及经济价值来确定。
　　(五)阴极保护的基本参数
　　1．最小保护电流密度 阴极保护时，使金属腐蚀停止或达到允许程度时所需的电流密度值，称为最小保护电流密度。
　　最小保护电流密度是阴极保护设计的重要参数。如选用不当，或者达不到完全保护。或者造成过保护，都会使阴极保护的效果降低，或不经济，浪费多余的电能。直接从被保护金属体表面测到其所分布的最小保护电流密度是比较困难的，一般通过被保护体的总保护电流与被保护体的总面积相除来获得。
　　最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面状况，腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。上述条件不同，最小保护电流密度的值也不同。碳钢在不同介质中的最小保护电流密度，可参见表10-46～10-48。

表10-46 钢在不同介质中的最小保护电流密度(mA/m2)
介质 电流密度 介质 电流密度
含氧的自然土壤 35 潮湿混凝土 0.055～0.27
流动的海水 65～172 含硫酸盐还原菌土壤 450
流动的淡水 50 静止的淡水 0.05～0.10

表10-47 防腐层种类及所需保护电流密度(mA/m2)
防腐层种类 保护电流密度 防腐层种类 保护电流密度
聚乙烯层(3mm厚) 0.001～0.007 旧沥青层 0.5～3.5
石油沥青玻璃布(7mm) 0.01～0.05 石蜡布 0.5～1.5
石油沥青玻璃布(4mm) 0.05～0.25 旧漆布 1～30

表10-48 防腐层电阻和所需保护电流密度
防腐层电阻/(Ω·m2) 保护电流密度/(mA/m2) 防腐层电阻/(Ω·m2) 保护电流密度/(mA/m2)
1000000 0.0003 3000 0.1
300000 0.001 1000 0.3
100000 0.003 300 1
30000 0.01 100 3
10000 0.03 30 10

　　涂层种类不同，所需的保护电流密度值就不同。这是由于保护电流经阳极引入土壤，再流经绝缘层的过渡电阻不同。钢管外覆盖层的绝缘电阻值越高，所需的保护电流密度值越小。
　　对于无防腐层的裸管，从实际工程中的经验值来看，大约为5～50mA/m2，远大于有防腐层钢管的值。因此，裸管采用阴极保护技术上是可行的，但经济上是不合理的。
　　埋于土壤中的钢筋或处在混凝土结构中的钢管，其最小保护电流密度经验值大约为2mA/m2。
　　最小保护电流密度参数影响因素很多，数值变化很大，且在保护过程中也随介质环境的变化而变化，故只能作参考值。设计时常常根据工程实际情况和经验取值。
　　2．最小保护电位 为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化所必须达到的绝对值最小的负电位值，称为最小保护电位。
　　最小保护电位常常是腐蚀原电池微阳极的起始电压或与之近似。这是由于只有当阴极保护电源向受到腐蚀的阳极部位，提供了足够的相反电流(即极化电流)，使之恰好抵消了腐蚀电流后，腐蚀才能停止。此时，阴极区(腐蚀电池发生地)的电位将被极化到阳极区的管地是位，金属表面电位均一，金属受到保护。
　　最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保护电位值通常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此，此电位值是监控阴极保护的重要参数。
　　实验测定，钢在土壤及海水中的最小保护电位为-0.85V(相对饱和硫酸铜参比电极)。
　　表10-49 列出一些金属的保护电位值，供参考。

表10-49 一些金属的保护电位值①
金属或合金 参比电极
Cu/CuSO4 Ag/AgCl/海水② Ag/AgCl/饱和KCl Zn/洁净海水
铁与钢        
含氧环境 -0.85 -0.80 -0.70 +2.5
缺氧环境 -0.95 -0.90 -0.80 +1.5
铅 -0.6 -0.55 -0.5 +0.5
铜合金 -0.5～-0.65 -0.45～-0.6 -0.41～-0.55 +0.6～+0.45
铝③        
正的极限值 -0.95 -0.90 -0.85 +0.15
负的极限值 -1.2 -1.15 -1.1 -0.1

　　注：①此表数据取自1973年6月英国标准研究所制定的阳极保护规范；
　　　　②海水系指洁净、充气并未稀释的海水；
　　　　③铝进行阴极保护时，电位不能太负、否则会加速腐蚀，产生负保护效应。
　　对于不知最小保护电位值的情况。也可以采用比自然电位负0.2～0.3V(对钢铁)和负0．15V(对铝)的办法来确定。对于一个具体的工程体系，最好通过试验来确定最小保护电位值。
　　在工程实践中，测取最小保护电位值时必须注意测量误差。我国阴极保护的实践已证明，测量到的电位值有不少已达到或超过最小保护电位的金属管道，仍然发生了腐蚀穿孔。这是因为无法将参比电极放置在金属管道与土壤接触的界面上。实际测量时，往往将参比电极放置在管道正上方地表面上，或更远的一些点上。测量电路包括了土壤的压降，即国际上常称“IR”降。在实测到的金属管道界面与硫酸铜参比电极间的土壤的是位差，要比金属管道界面与土壤溶液直接接触界面的电位值负。因此，地面测量达到保护电位的管道，其实际界面上并未达到保护电位值。因此，消除IR降的干扰，降低其引起的误差，是正确评价和监控阴有保护的必然要考虑的因素。
　　3.最大保护电位 在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大值。在此电位下管道的防腐层不会受到破坏。此电位值就是最大保护电位。
　　阴极保护电位值，并不是愈负愈有利于金属的防护。过负的电位会产生不良作用，这就是阴极剥离。阴极剥离是由于阴极极化电流过大，造成金属表面电位过负，当此电位值达到析氢电位时，阴极表面的H+会在其表面上得电子，产生氢原子，从而产生析氢反应。例如在碳钢表面，当阴极化电位达到-1．25V时，就会产生析氢。这种现象会造成金属表面的防腐层与管道的剥离，促使防腐层加速老化。因此，阴极保护中有最在保护电流的限制，而与之配合使用的防腐绝缘层材料则有抗阴极剥离性能的要求。过保护，还会产生过多的电能消耗。
　　最大保护电位值的大小通常通过试验确定。对于石油沥青防腐层取-1.25V。

三、阴极保护准则

　　带有覆盖层的管道的电位由如下的分量所决定：

Von=Vo+Vp+Vs=Eo+RpI+RsI (10-8)

式中 Von——通电流时保护电位；
　　　Vo——自然电位；
　　　Vp——极化电位；
　　　Vs——土壤中电位降；
　　　RP——极化电阻；
　　　Rs——土壤介质电阻；
　　　　I——保护电流。
　　在这参数中，对阴极保护起作用的只有极化电位Vp，也就是电化学极化。当时间等于零时，可将上述方程简化为：

Voff=Vo+Vp

　　Voff为断电瞬间测得的极化电位，已消除了土壤介质IP降的成分。在此，引入了两个概念：通电时保护电位Von和断电瞬间极化电位Voff(亦为保护电位)。
　　关于埋地钢质管道阴极保护的准则，美国腐蚀工程师协会(NACE)的推荐标准RP-01-69有较全面的规定，已广为世界各国所采用。即：
　　1.在通电情况下，测得构筑物相对饱和铜—硫酸铜参比电极间的负(阴极)电位至少为0．85V。
　　2.通电情况下产生的最小负电位值较自然电位负偏移至少300mV。
　　3．在中断保护电流情况下，测量极化衰减。当中断电流瞬间，立即形成一个电位值，以此值为测定极化衰减的基准读数。测得的阴极极化电位差至少100mV。
　　4.构筑物相对土壤的负电位至少和原先建立的E-logI曲线的塔费尔曲线的初始负电位点一样。
　　5.所有电流均为从土壤电解质流向构筑物。
　　以上5条中，前3条在实践中常用。后2条测定比较复杂，一般很少使用。当有硫酸盐还原菌存在时，负电位应再增加-100mV，也就是-0．95V。
　　在测量管道电位时，应将参比电极放置在尽量靠近管道的位置，力求减少土壤介质中的IR降成分。
　　不过，美国《Materials Performance》(材料性能)杂志近些年来开展了对NACERP-01-69中关于阴极保护准则的讨论，对原来五项准则提出修正，力求更科学，定义更加完善。其主要观点是：
　　1．-0．85V/CSE应是一个极化电位准则，应当消除测量时土壤介质中IR降误差。
　　2.相地自然电位的-300mV偏移准则应去掉，来强化断电去极化-100mV偏移的准则，因它较前者更科学、更经济。
　　3.E-logI的准则应被描述为最小电流密度的准则，而不应是保护电位的准则。
　　4.原用流入构筑物的净电流判断方法，实际中不能用，应去掉。
　　国内对IR降的作用和测量也做了大量研究工作，目前较为成熟的有断电法和辅助试片法。
　　土壤中常用饱和硫酸铜电极为参比电极(CSE)，当使用其他参比电极时，可进行换算。表10-50给出了各种参比电极的标准电位。

表10-50 参比电极标准电位 (V)
电极种类 电极构成 氢标电位(25℃) 修正系数(t-25℃)/(V/℃) 钢铁保护电位(25℃)
饱和甘汞 Hg/HgCl2/饱和KCl +0.2415 -0.00076 -0.77
海水甘汞 Hg/HgCl2/海水 +0.2959 -0.00028 -0.83
饱和氯化银 Ag/AgCl/饱和KCl +0.1959 -0.0011 -0.73
海水氯化银 Ag/AgCl/海水 +0.2505 -0.00063 -0.78
饱和硫酸铜 Cu/CuSO4/饱和CuSO4 +0.3160 +0.0009 -0.85

　　注：利用修正系数的计算方法是实测温度t减去25℃再乘以修正系数，即为实际电位偏移修正值。
　　对于阴极保护来说，其保护电流密度只是参考数值，它主要取决于被保护构筑物表面状况，一般不用作判据。

四、管道阴极保护附属装置

　　(一)绝缘法兰
　　在管道的某些位置上需要安装绝缘法兰，以切断阴极保护电流，防止电流的注失及时非保护金属构筑物的干扰。原则上绝缘法兰应安装在以下部位“
　　1.管道与站、库的连接处。
　　2.管道与设备的所有权分界处。
　　3.支管与干管连接处。
　　4.有防腐覆盖层管段与裸管道的连接处。
　　5.管道大型穿、跨越段的两端。
　　6．新旧管道、不同材质管道的连接处。
　　对于杂散电流干扰段，也可采用绝缘法兰减轻干扰。
　　绝缘法兰结构如图10-26所示。在两片法兰盘中垫以绝缘垫片，螺栓上套有绝缘套管，螺栓两头用绝缘垫圈隔开，以保证法兰两侧相互绝缘。绝缘法兰的制造、检测、安装均应符合国家现行标准《绝缘法兰设计技术规范》(SYJ16-85)的规定。原则上绝缘法兰不应埋地使用。
　　目前国外还大量使用一种埋地型绝缘接头，其作用和绝缘法兰一样，其结构图如图10-27。
　　在有防爆要求的区域使用绝缘法兰(或接头)及在强干扰下或雷爆区的绝缘法兰，均要求采用一定的防护措施。常用的有二极管保护装置(多用硅，利用它的导通电压0．7V，可不影响阴极保护)和锌(镁)接地电池。图10-28所示为二极管保护，图10-26为避雷保护(图10-58为接地电池保护)。

图10-26 绝缘法兰结构
1—避雷器 2—绝缘套筒 3—绝缘垫片 4—绝缘垫

图10-27 埋地型绝缘接头

　　(二)阴极保护测试桩
　　为测量阴极保护参数以检验阴极保护效果，需要沿管道每隔一定距离安装一个阴极保护试桩。按测试桩的功能可分为电流测试桩和电位测试桩，它们都属于管道上永久检测装置。
　　测试桩的设置原则是：
　　1.被保护管道每隔1～2km设一个电位测试桩。
　　2.被保护管道每隔5～8km设一个电流测试桩。
　　3.管道穿、跨越铁路、公路、河流处均设电位测试桩。
　　4.绝缘法兰两侧要设电位测试桩。
　　5.与其他管道、电缆交叉处设电位测试桩。

图10-28 绝缘法兰的防干扰保护(二极管保护)

　　6.交、直流干扰区域内，测试桩可视情况适当加密。
　　测试桩的设计要求为：
　　1.必须坚固耐用，易于检测。
　　2.应按一定方向排列编号。
　　3.测试导线应具有足够强度，与管道连接必须坚固且导电性能良好。
　　4.测试导线外部必须有良好的防腐绝缘材料包扎，且绝缘材料应与管道防腐材料有良好的相隔性。
　　5.测试导线应有一定的裕量。
　　测试桩的典型结构及导线连接图，如图10-29所示。
　　(三)检查片
　　为了定量检查阴极保护效果，要选择典型地段埋设与被保护构筑物相同材质的腐蚀片，常称为检查片。工程上常用裸片，它的数量不宜多(4～8片)，以减少阴极保护电流的流失。检查片一般都成对埋设，每对中一片与管道相连(有保护)，另一片不相连(无保护)。经一定时间(一年或二年)后挖出，称重。按下式计算出阴极保护的保护度：

式中 G1——无保护检查片失重(g)；
　　　S1——无保护检查片面积(cm2)；
　　　G2——有保护检查片失重(g)；
　　　S2——有保护检查片面积(cm2)。
　　钢试片尺寸可用100mm×50mm×5mm，称重精度为0.01克。试片要经有机溶剂脱脂、酸洗除锈和去除轧制氧化皮。吹干干燥24h后，才能精确称重。用沥青或石蜡将检查片编号。

图10-29 测试桩结构
1、2—线电流测点 2—电位测点 3—套管测试点　4—测试接线盒 5—公路 6—桩体

　　检查片常规测试周期不得少于1年。推荐为1、2、5、10、20年。检查片埋设见图10-30。检查片之间相距300mm。在杂散电流干扰区，应把检查片埋在直流杂散电流从管道流出的地点。
　　检查片单位时间单位面积的失重按下式计算：

式中 V——检查片平均腐蚀速率(mg/cm2·d)；
　　　W——检查片失重(g)；
　　　A——检查片暴露面积(cm2)；
　　　t——检查片埋设时间(d)。

图10-30 检查片安装示意图
a)有保护的片 b)无保护的片 c)正面图

　　检查片单位时间的平均厚度损失为：

式中 VL——检查片平均腐蚀速率(mm/a)；
　　　ρ——检查片密度(g/cm3)。
　　(四)均压线
　　为避免干扰腐蚀，用电缆将同沟敷设、近距离平行或交叉的管道连接起来，以消除管道之间的电位差。此电缆称为均压线。
　　均压线安装后，两管道间的电位差不应超过50mV。
　　均压线的施工多在已运行中的管道上进行，为保证不停止输气、带压施工条件，要求施工快速与安全。为避免火灾事故，我国四川气田建设中采用了导电胶粘接技术，并经实践证明完全符合使用要求。
　　导电胶不但要有一定的粘接强度，而且还要具有优良的导电性，并能在短时间内迅速固化，达到良好的粘接与导电。
　　导电胶有市售导电胶和自制导电胶两种配方。
　　1.市售导电胶
　　(1)DAD-1导电胶的组分：
　　三聚醛 　　　　　　　　　　　　　　　　0．2份
　　303改性酮苯二酚甲醛　　　　　　　　　　　 1份
　　银粉　　　　　　　　　　　　　　　　　 3．6份
　　氢氧化钠 　　　　　　　　　　　　　　　0．05份
　　(2)DAD-2导电胶的组分：
　　聚酯树旨 　　　　　　　　　　　　　　　　1份
　　改性的异氰酸脂 　　　　　　　　　　　　　4份
　　银粉 　　　　　　　　　　　　　　　　　　10份
　　2．自制导电胶配方的组分：
　　618环氧树脂 　　　　　　　　　　　　　　　7g
　　聚硫橡胶 　　　　　　　　　　　　　　　　1.4g
　　银粉(300目)　　　　　　　　　　　　　　　 50g
　　上述材料搅拌均匀，加入固化剂
　　苯二甲胺 　　　　　　　　　　　　　　　　1．5g
　　N-苄基-R·N-甲基胺 　　　　　　1滴(约0．05g)
　　按此配方配好混合搅拌均匀后，2h胶凝，4h硬化。用上述重量比可粘一处接头。
　　导电胶应在15℃以上环境施工，且应做好粘接前的表面处理。粘接后，要等硬化后检查导电良好才能作防腐处理。

五、缓蚀剂

　　(一)定义
　　缓蚀剂是一些用于腐蚀环境中，抑制金属腐蚀的添加剂。对于一定的金属/腐蚀介质体系，只要在腐蚀介质中加入少量的缓蚀剂，就能有效地减少或完全抑制腐蚀速率。
　　缓蚀剂的使用不需要任何特殊的设备，且用量有限，因此缓蚀剂保护是一种经济效益显著的金属防护措施。美国阿拉斯加管线就成功地使用了缓蚀剂防蚀技术。
　　(二)分类
　　缓蚀剂的应用广泛。由于缓蚀剂机理复杂，因此有多种分类方法。
　　1．按电化学作用机理划分：
　　(1)阳极型缓蚀剂 在中性介质中使用的络酸盐、亚硝酸盐、正磷酸盐、硅酸盐等，它们都增加阳极极化，其机理是缓蚀剂的阴离子向阳极表面迁移，使金属钝化。但其用量不足，不能充分覆盖阳极表面时，易形成小阳极、大阴极的腐蚀电池，反而会加速金属的孔蚀。因此，阳极型缓蚀剂又有“危险性缓蚀剂”之称。阳极缓蚀剂是应用广泛的缓蚀剂。
　　(2)阴极型缓蚀剂 阴极型缓蚀剂能使阴极过程减慢。增大氢析出的过电位，使腐蚀电位负移。例如，酸式碳酸钙、聚磷酸盐、硫酸锌等。酸式碳酸钙、硫酸锌的阳离子能够移向阴极表面，与阴极过程中生成的氢氧根离子反应，生成微溶的碳酸钙和氢氧化锌沉淀膜，从而抑制腐蚀。这类缓蚀剂又有“安全缓蚀剂”之称。
　　(3)混合型缓蚀剂 含氮、含硫及既含氮又含硫的有机化合物、琼脂、生物碱等，它们对阴析过程和阳极过程同时起抑制作用。虽然作用的结果对腐蚀电位的影响不大，但却可使腐蚀电流减少很多。
　　以上3种缓蚀剂的电化学作用机理，如图10-31所示。

图10-31 缓蚀剂抑制电极过程的三种类型

　　2.按缓蚀剂所形成的保护膜特征划分
　　(1)氧化膜型缓蚀剂 这类缓蚀剂能使金属表面形成致密、附着力强的氧化膜，故又称为“钝化剂”。这种膜达到一定厚度(如50～100  )后，氧化反应的速度变缓慢。例如：铬酸盐可使铁的表面氧化成保护膜，就能抑制铁的腐蚀。
　　(2)沉淀膜型缓蚀剂 这类缓蚀剂能与介质中的有关离子反应，并在金属表面形成防腐蚀的沉淀膜。沉淀膜的厚度一般都比较厚(约为几百～1千 )，致密性和附着力也比钝化膜差。在这种体系中，只要介质中存在有缓蚀剂组分和相应的共沉淀离子，沉淀膜的厚度就不断增加，因而会引起吉垢。这类缓蚀剂有：硫酸锌、碳酸氢钙、聚磷酸钠等。
　　(3)吸附膜缓蚀剂 这类缓蚀剂能吸附在金属表面，改变金属表面性质，从而防止腐蚀。它又可分为物理吸附型和化学吸附型。这种缓蚀剂要求金属必须有洁净的活性表面。在酸性介质中采用此类缓蚀剂比较多。缓蚀剂按化学组成又可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂；按使用的环境又可分为气相缓蚀剂、液相缓蚀剂和固相缓蚀剂等。
　　(三)缓蚀效率
　　采用缓蚀剂保护，其保护效率用缓蚀效率(缓蚀率)来表示。

式中 I——缓蚀效率；
　　　Vo——未加缓蚀剂的金属的腐蚀速率；
　　　V——加有缓蚀剂的金属的腐蚀速率。
　　(四)缓蚀剂的应用
　　采用缓蚀剂防腐。由于其设备简单、使用方便、投资少、收效快而广泛应用于化工、石油、钢铁、运输、机械、动力等部门，并已成为重要的防腐蚀方法之一。
　　例如，在碳钢制的贮水槽中，在水气接触界面上，常会发生水线腐蚀。如果事先在水中加入少量的聚磷酸钠，则可大大将减轻腐蚀。
　　钢材在轧制过程中需采用酸浸法除去表面的“氧化铁鳞”，在酸中则必须添加相应的缓蚀剂——0．4％若丁，以抑制酸液对钢材的腐蚀，并减少酸的耗用量，保证钢材的质量。
　　采用缓蚀剂防腐。凡是与介质接触的设备、管道、阀门、机器等均可受到保护。这是任何其他防腐方法不能做到的。
　　用缓蚀剂防蚀，多用于循环系统，其保护效果与金属材料、介质条件等密切相关。因此。缓蚀剂的应用是有严格选择性的。缓蚀剂的使用，浓度随种类和使用条件各异而有所不同。一般在中性水溶液中为几十至几百ppm，在酸性水溶液中为万分之几至千分之几，在饮用水和石油井水中只有百万分之几。下面分别介绍几种主要腐蚀环境中使用的缓蚀剂。
　　1．酸性介质缓蚀剂 在各种腐蚀性物质中，酸溶液属于腐蚀性最强的介质。尤其是当其腐蚀性产物具有可溶性时，更为甚之。在工业生产中，金属的酸浸除锈，锅炉等设备的酸洗除垢。都遇到酸性介质中金属腐蚀问题。
　　在上述介质中添加缓蚀剂，有着重要的经济与环保价值。高效缓蚀剂的加入，不但金属的腐蚀速率能降低99％以上，而且节省了酸的使用量(可减少4～5倍)，改善了酸雾的污染，避免了氢脆。例如，酸洗除垢可节约人力、物力与时间，提高工效数十倍。常用的缓蚀剂多为控制阴极过程的吸附型缓蚀剂。
　　常用的部分国产酸洗缓蚀剂及适用酸种与金属见表10-51。

表10-51 部分国产酸洗缓蚀剂表

　　2．中性介质缓蚀剂 各种中性水介质，如冷却水、锅炉水、洗涤水、污水以及各种中性盐类水溶液(如海水及冷却海水)、有机溶液等均属中性介质。其中，研究和应用最广泛的是冷却水。循环冷却水给设备带来更为严重的腐蚀和结垢问题，因此，早在三十年代开始就引起了人们的关注，至今已形成一门具有独立性的应用技术学科，即冷却水处理技术。
　　在中性介质一冷却水系统中，其腐蚀大都是由于溶解氧引起的。因此，常采用氧化型和沉淀型缓蚀剂。
　　在循环冷却水系统中，由于冷却水多次循环反复使用，使水中的无机盐类逐渐浓缩，再加上水中微生物的生长，因而造成水质的不断恶化在腐蚀、结垢、生物污染等方面均出现问题。因此，只有通过加入缓蚀剂、消垢剂和杀菌灭藻类药剂，才能维持和保障设备和管道的安全运行。常用的缓蚀剂如下：
　　(1)铬酸盐重铬酸钾和重络酸钠是目前最有效的阴极抑制剂。
　　(2)聚磷酸盐 指六偏磷酸钠和三聚磷酸钠。在使用时要求水中含有溶解氧。
　　(3)硅酸盐 硅酸盐加氯化锌，具有较好的防腐蚀效果。
　　(4)锌盐、硫酸锌和氯化锌 这些是有效的阴极缓蚀剂。与各种缓蚀剂复合作用时表现出显著的协同效应。
　　(5)有机磷酸盐 有机磷酸盐不仅对污垢具有强有力的分散能力，而且具有良好的缓蚀作用，稳定性好，不易水解。常用的有氨基甲义磷酸盐(AMP)、羟基乙义二磷酸盐(HEDP)等。
　　3．气相缓蚀剂 金属的大气腐蚀是电化学腐蚀，如建筑工程，各种露天的金属管道设备、仪器、仪表、运输工具等均受到各种不同环境下的大气腐蚀。防止大气腐蚀用的缓蚀剂称为气相缓蚀剂。按其组成性质可分为3类，即油溶性体系、水溶性体系和挥发性体系。气相缓蚀剂有数百种之多，较常用的有硝酸盐和碳酸盐。
　　目前，我国已生产有亚硝酸二环已胺和碳酸环已胺两种气相缓蚀剂。还制成了气相包装纸、W25(对钢和铜合金有效)、W12(对黑色金属有效)和W41(对钢、铝、铜合金有效)等。

 阴极保护在我国的应用始于1958年，首次应用于克拉玛依到独山子输油管道，到60年代，阴极保护已广泛应用于输油管道。自上世纪90年代末期，开始对储罐底板施加阴极保护，到目前为止，几乎所有输油管道、储罐、海洋结构都施加了阴极保护。对输水管道，混凝土钢筋码头的阴极保护也逐渐展开。

      阴极保护原理 
      阴极保护是利用电化学方式进行腐蚀防护的技术，利用通电技术使金属表面各点电位达到一致，从而减缓腐蚀。实现阴极保护有两种方式，牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护

一、牺牲阳极阴极保护

   牺牲阳极阴极保护是将活性不同的两种金属连接后，处于同一电解质中，活性强的金属失去电子，受到腐蚀，活性差的金属得到电子受到保护。由于在这一过程中，活性强的金属被腐蚀，所以称为牺牲阳极阴极保护。

二、外加电流阴极保护

    利用外部电源，将电流通过阳极地床输入到土壤，电流在土壤中流动到被保护结构，并从汇流点返回到电源设备。由于电流被强制流向被保护结构，又称为强制电流阴极保护。

外加电流阴极保护可应用于保护高电阻率土壤中的大型结构，应用范围广。