阴极保护手册 电化学保护的理论与实践PDF电子书下载

目录 1

第1章 腐蚀防护的历史 1

1.1 埋地管道的腐蚀防护 1

1.2 用涂料防止腐蚀 6

1.3 阴极保护的历史 7

1.4 杂散电流保护的发展 13

1.5 腐蚀防护的信息 15

1.6 参考文献 16

第2章 腐蚀与电化学防腐的原理及概念 18

2.1 腐蚀过程、腐蚀损坏与防护措施 18

2.2 电化学腐蚀 19

2.2.1 金属材料 20

2.2.2 电解质溶液 22

2.2.3 电化学相界反应 24

2.2.3.1 基本热力学 24

2.2.3.2 电化学动力学 26

2.2.4 混合电极 28

2.2.4.1 均匀的混合电极 28

2.2.4.2 不均匀的混合电极和电池形成 29

2.2.5 电流分布的观察 31

2.3 腐蚀程度的电位相关性 33

2.3.1 几乎均一的失重腐蚀 33

2.3.1.1 活泼金属的失重腐蚀 34

2.3.1.2 钝态金属的失重腐蚀 37

2.3.2 点蚀 40

2.3.3 应力腐蚀 41

2.3.4 氢致腐蚀 42

2.3.5 腐蚀疲劳 45

2.3.6 电化学保护方法的应用局限性 46

2.4 临界保护电位和范围 47

2.5 参考文献 48

第3章 电气测量原理与实践 51

3.1 电参数：电流、电压、电阻 53

3.2 参比电极 54

3.3 电位测量 55

3.3.1 用流动电流进行电极电位测量的依据 55

3.3.2 电位测量的应用 60

3.3.2.1 测量仪表与它们的特性 60

3.3.2.2 管道和储罐的电位测量 61

3.3.2.3 杂散电流干扰下电位的测量 63

3.3.2.4 交流电干扰下的电位测量 64

3.3.3 保护准则的应用 65

3.3.3.1 非合金的铁类金属材料的实用保护准则 65

3.3.3.2 用电位测试探头进行电位测量 66

3.4 电流测量 67

3.4.1 电流测量总则 67

3.4.2 管子电流测量 67

3.4.3 电流密度与防腐层电阻的测量 68

3.5 电阻率测量 70

3.5.1 电阻率测量仪表 70

3.5.2 土壤电阻率的测量 71

3.6 缺陷的定位 74

3.5.3 接地电阻的测量 74

3.6.1 外部接触点的测量 76

3.6.1.1 用直流电确定缺陷位置 76

3.6.1.2 用交流电确定缺陷位置 77

3.6.2 通过场强测量确定不均匀表面区的位置 78

3.6.2.1 局部阳极的定位 78

3.6.2.2 防腐层缺陷的定位 80

3.7 密间隔测量技术 82

3.7.1 要测量的量与密间隔测量技术的目的 83

3.7.2 执行密间隔测量 84

3.8 参考文献 86

4.1 腐蚀产物的作用与腐蚀类型 87

第4章 水溶液与土壤中的腐蚀 87

4.2 确定裸金属腐蚀可能性 89

4.2.1 土壤腐蚀 90

4.2.2 在含水介质中的腐蚀 92

4.3 形成电池或直流杂散电流加剧的阳极腐蚀 92

4.4 交流干扰腐蚀 94

4.5 参考文献 95

第5章 防腐蚀覆盖层 96

5.1 用覆盖层防腐的目的与类型 96

5.1.1 有机防腐层 96

5.2.1.1 反应类型的回顾 97

5.2 有机覆盖层的特性 97

5.2.1 电特性与电化学特性 97

5.1.4 金属覆盖（镀）层 97

5.1.3 磁漆 97

5.1.2 水泥砂浆覆盖层 97

5.2.1.2 覆盖层电阻与保护电流要求 98

5.2.1.3 阴极的作用与电池形成 102

5.2.1.4 电化学起泡 103

5.2.1.5 阴极剥离 104

5.2.2 物化特性 106

5.2.3 机械特性 107

5.2.4 覆盖层下钢的腐蚀 108

5.3 水泥砂浆与混凝土的特性 109

5.3.1 砂浆的腐蚀 109

5.3.2 砂浆中钢的腐蚀 109

5.4 磁漆特性 110

5.5 金属覆盖层特性 111

5.6 参考文献 111

第6章 牺牲阳极 113

6.1 概述 113

6.1.1 牺牲阳极的电流容量 114

6.1.2 牺牲阳极的输出 115

6.2 阳极材料 116

6.2.1 铁 116

6.2.2 锌 116

6.2.3 铝 118

6.2.4 镁 120

6.3 填包料 123

6.4 支撑件 124

6.5.2 板块状实体阳极 125

6.5 阳极形状 125

6.5.1 棒状阳极 125

6.5.3 储罐用阳极 126

6.5.4 近海用阳极 127

6.5.5 特殊形状 127

6.6 质量控制与性能测试 127

6.7 牺牲阳极的优缺点 128

6.8 参考文献 128

第7章 辅助阳极 130

7.1 概述 130

7.2 阳极材料 131

7.2.1 整体阳极 131

7.2.2 贵金属与镀有贵金属的阀金属铅锡黄铜 133

7.2.4 柔性阳极（聚合物电缆阳极） 135

7.2.3 镀金属氧化物的阀金属 135

7.3 绝缘材料 136

7.4 电缆 136

7.5 阳极形状 136

7.5.1 适用土壤的阳极 136

7.5.2 适用水的阳极 138

7.5.3 内部应用的阳极 138

7.6 参考文献 140

第8章 强制电流设备与变压整流器 141

8.1 位置与电保护措施 141

8.2 强制电流设计与电路系统 143

8.3 整流器电路 143

8.4 可调变压整流器 144

8.5 耐高压的整流器 145

8.6 控制整流器 146

8.7 无交流电网的地区的电源设备 148

8.8 变压整流器的设备与控制 149

8.9 参考文献 151

第9章 辅助阳极地床和干扰问题 152

9.1 辅助阳极地床 153

9.1.1 连续水平阳极地床 153

9.1.2 单支阳极装置 155

9.1.3 深井阳极地床 157

9.1.4 阳极的设计 159

9.2.1 来自阳极电压锥的干扰 161

9.2 对外部管道与电缆的干扰 161

9.2.2 来自受保护物体的阴极电压锥的干扰 163

9.2.3 避免干扰 164

9.3 参考文献 165

第10章 管道 167

10.1 钢质管道的电特性 167

10.2 管道保护的先决条件 169

10.2.1 实现低电阻负荷的措施 169

10.2.2 实现低漏泄负荷的措施 169

10.2.2.1 管道防腐层 169

10.2.2.2 绝缘接头 170

10.2.2.3 电动阀门与调节器 171

10.2.2.4 套管 172

10.3.2 测试点 174

10.3.1 设计文件 174

10.2.2.5 管道上的特殊装置 174

10.2.2.6 防止与外部物体的电接触 174

10.3 阴极保护的设计 174

10.3.3 电流需要量的确定 175

10.3.4 保护方法的选择 175

10.3.4.1 牺牲阳极 176

10.3.4.2 强制电流 176

10.3.5 用于电解质溶液的管道 177

10.3.6 配送管网 178

10.4 阴极保护站的调试 181

10.5 阴极保护系统的监测与管理 181

10.6 参考文献 182

11.2 准备措施 183

第11章 储罐与油库 183

11.1 有关储罐保护的特殊问题 183

11.3 储罐 184

11.3.1 确定电流需要量、评价及与保护设备的连接 184

11.3.2 保护方法的选择 186

11.3.3 保护装置设计示例 187

11.3.3.1 牺牲阳极保护设备 187

11.3.3.2 强制电流站 188

11.4 油库和加油站 189

11.5 铁路附近阴极保护的特殊问题 190

11.5.1 概述 190

11.5.2 均压低电阻连接与绝缘接头 190

11.5.3 电气化铁路的保护接地 191

11.5.4 防雷击保护 192

11.5.5 在铁路区域的干扰与工作 192

11.6 在不同金属装置中的措施 192

11.7 燃油罐的内部保护 193

11.8 其他保护措施的考虑 193

11.9 阴极保护站的操作与维护 194

11.10 参考文献 195

第12章 局部阴极保护 196

12.1 适用范围 196

12.2 局部阴极保护的特点 196

12.3 电站 198

12.4 炼油厂 200

12.5 有小的钢筋混凝土基础的装置 201

12.6 罐区 203

12.7 参考文献 205

第13章 电话电缆 206

13.1 敷设电缆 206

13.2 钝化防腐 206

13.3 阴极保护 208

13.3.1 杂散电流保护 208

13.3.2 强制电流阴极保护 210

13.4 参考文献 213

第14章 电力电缆 214

14.1 埋地电力电缆的特性 214

14.2.1 （在套管与接地之间）直流去耦器件的要求 215

14.2 电力电缆钢导管的阴极保护 215

14.2.2 直流去耦器件的类型与电路 216

14.2.2.1 低欧姆电阻 216

14.2.2.2 高欧姆电阻 217

14.2.2.3 采用镍镉电池的直流去耦器件 217

14.2.2.4 极化电池 217

14.2.2.5 采用硅二极管的直流去耦器件 218

14.2.3 阴极保护站的安装 219

14.2.4 阴极保护的控制与维护 219

14.3 杂散电流防护 220

14.4 参考文献 220

15.1.1 直流设备 221

15.1.2 直流设备上的一般性措施 221

15.1 杂散电流干扰的起因 221

第15章 杂散电流干扰与防护 221

15.2 来自直流铁路的杂散电流 222

15.2.1 有关直流铁路的规定 222

15.2.2 直流铁路的隧道 224

15.3 来自高压直流电力线的杂散电流 225

15.4 地电流引起的杂散电流 226

15.5 防护措施 228

15.5.1 单一管道的杂散电流防护 228

15.5.2 在城市地区杂散电流综合性防护措施 230

15.6 在港口地区杂散电流的防护 232

15.7 参考文献 233

16.1.1 设计准则 234

第16章 海洋构筑物和海底管道 234

16.1 阴极保护措施 234

16.1.2 牺牲阳极保护 237

16.1.3 强制电流保护 237

16.2 海洋平台 238

16.2.1 钢构筑物 238

16.2.2 混凝土构筑物 240

16.3 港口构筑物 240

16.3.1 强制电流设备 241

16.3.2 牺牲阳极保护 241

16.4 钢板桩 242

16.5 桩基础 243

16.6 海底管道 244

16.7 阴极保护的控制与维护 245

16.7.1 生产平台 246

16.7.2 港口构筑物 246

16.7.3 海底管道 247

16.8 参考文献 248

第17章 舰船的阴极保护 250

17.1 水体成分 250

17.1.1 溶解盐和固体颗粒 250

17.1.2 充气和含氧量 251

17.1.3 船在航行中水的流速 252

17.1.4 温度与浓度的变化 252

17.2 材料与覆盖层参数的影响 252

17.3.1 保护电流需要量的计算 254

17.3 水线以下部位的阴极保护 254

17.3.2 牺牲阳极保护 255

17.3.2.1 阳极的大小和数量 255

17.3.2.2 阳极的布置 256

17.3.2.3 阴极保护的控制与维护 258

17.3.3 强制电流保护 258

17.3.3.1 电源与整流器 258

17.3.3.2 辅助阳极与参比电极 259

17.3.3.3 阳极与参比电极的布置 261

17.4 船舱与容器的内部阴极保护 262

17.6 船舭的阴极保护 264

17.7 船坞的阴极保护 264

17.5 热交换器、冷凝器、管路的阴极保护 264

17.8 参考文献 265

第18章 油井套管的阴极保护 266

18.1 油井套管的描述 266

18.2 腐蚀危险的起因 267

18.2.1 腐蚀电池的形成 267

18.2.2 不同土层的自然腐蚀 267

18.2.3 发生应力腐蚀的条件 267

18.2.4 阳极干扰（电池形成、杂散电流）引起的腐蚀 268

18.3 评价油井套管腐蚀防护的量值 268

18.3.1 腐蚀破坏的调研 268

18.3.2 △U剖面曲线的测量 268

18.3.3 塔费尔电位的测量 270

18.4 阴极保护站的设计与施工 270

18.5 调试、维护与控制 272

18.6 参考文献 273

第19章 混凝土构筑物加强筋的阴极保护 274

19.1 钢筋混凝土系统的腐蚀 274

19.2 混凝土中钢筋腐蚀的原因 274

19.3 混凝土的电解质特性 275

19.4 阴极保护准则 275

19.5 阴极保护在钢筋混凝土构筑物上的应用 277

19.5.1 设计与安装 277

19.5.2 加强钢筋腐蚀状态的确定 277

19.5.3 加强钢筋网的电连续性 278

19.5.4 阳极系统的安装与类型 278

19.5.6 调试、维护和控制 280

19.5.5 用于混凝土修复系统的阴极保护 280

19.6 杂散电流影响与防护措施 282

19.7 参考文献 282

第20章 水罐和锅炉的内部阴极保护 284

20.1 水罐的结构特征 284

20.1.1 被保护水罐与装置部件的材料 285

20.1.2 衬里与覆盖层的类型 285

20.1.3 内部阴极保护的先决条件 285

20.1.4 防止阳极干扰的措施 286

20.1.5 防止析氢危险的措施 287

20.2 牺牲阳极保护 288

20.3 强制电流保护 288

20.3.1 采用电位控制的设备 289

20.4.1 有搪瓷衬里的锅炉 290

20.4 锅炉的结构特征 290

20.3.2 根据水位控制电流的设备 290

20.4.2 采用电解处理水的锅炉 293

20.4.3 储水罐 295

20.4.4 过滤罐 296

20.5 饮用水的要求 297

20.6 参考文献 298

第21章 工艺设备、容器与管道的内部电化学保护 299

21.1 内部电化学保护的特征 299

21.2 牺牲阳极的阴极保护 300

21.3 用强制电流的阴极保护 301

21.3.1 含水原油储罐的内部阴极保护 301

21.3.2 含水气柜的内部阴极保护 301

21.3.4 水力涡轮机的内部阴极保护 302

21.3.3 用海水冷却的电厂冷凝器的内部阴极保护 302

21.4 化工厂的阳极保护 305

21.4.1 阳极保护的特点 305

21.4.2 用强制电流的阳极保护 306

21.4.2.1 预备性调研 306

21.4.2.2 防止酸腐蚀的保护 308

21.4.2.3 防止不同组成介质侵蚀的保护 309

21.4.2.4 防止碱溶液侵蚀的保护 309

21.4.2.5 强制电流与缓蚀剂的联合保护 310

21.4.3 合金元素产生局部阴极的保护效果 311

21.4.4 缓蚀剂的保护作用 312

21.5 内部电化学保护的应用趋势 312

21.6 参考文献 313

22.1 安全 315

22.1.1 管道腐蚀事故的统计 315

第22章 安全与经济 315

22.1.2 控制与维护措施 316

22.2 经济性述评 316

22.3 埋地管道阴极保护的成本 317

22.3.1 牺牲阳极 317

22.3.2 强制电流 319

22.3.3 延长管道的寿命 320

22.4 油井套管的腐蚀防护 321

22.5 海水里的腐蚀防护 322

22.6 内部保护的成本 322

22.6.2 内部阳极保护 323

22.6.1 内部阴极保护 323

22.7 参考文献 324

第23章 高压输电线路对管道的干扰影响 325

23.1 电容耦合干扰 325

23.2 电阻耦合干扰 326

23.2.1 接触高压导体 326

23.2.2 铁塔接地电极的电压锥 327

23.3 电感耦合干扰 328

23.3.1 起因与涉及因素 328

23.3.2 在高压输电线路与管道平行走向时管道电位的计算 328

23.3.3 斜向走向的线路段 331

23.3.4.1 故障电流和铁路工作电流的干扰 332

23.3.4.2 正常运行的三相高压输电线的干扰 332

23.3.4 简化计算方法 332

23.3.5 管道特性的表达 334

23.4 极限长度与极限距离 336

23.4.1 容许接触电压 337

23.4.1.1 瞬间干扰 337

23.4.1.2 长期持续干扰 337

23.4.2 管道电位的确定 338

23.5 防止不容许的管道高电位的措施 338

23.5.1 瞬间干扰 338

23.5.2 长期持续干扰 338

23.5.3 接地保护措施 338

23.5.4.2.1 极化电池 339

23.5.4.2 长期持续和瞬间干扰用的电压放电器 339

23.5.4.1 瞬间干扰用的过电压放电器 339

23.5.4 接地极和阴极保护 339

23.5.4.2.2 二极管 340

23.6 管道电位的测量 340

23.6.1 瞬间干扰的测量 341

23.6.1.1 脉冲技术（用电位叠加方法） 341

23.6.1.2 极性逆转法 341

23.6.2 长期持续干扰的测量 341

23.6.3 管道电位测量结果 341

23.7 参考文献 342

第24章 静电场中电流与电位的分布 344

24.1 阳极和接地极的接地电阻 344

24.2 多支阳极的干扰系数 349

24.3.1 土壤电阻公式 350

24.3 地平面上的电位分布 350

24.3.2 阳极电压锥 351

24.3.3 圆柱形电场中阴极电压锥 351

24.3.4 阴极电压锥的干扰 352

24.4 电流与电位分布的计算 353

24.4.1 双导体模型的通用关系式 353

24.4.2 带有纵向电阻的接地电极的计算 353

24.4.3 阴极保护范围与电流需要量 355

24.4.4 过保护情况下的电位分布 356

24.4.5 狭窄间隙里的阴极保护 357

24.4.6 在绝缘装置处管内电流与电位的分布 358

24.5 电流分布综述 358

24.6 参考文献 359

常用数量、常数、符号 361

常用指标 365

化学与热力学量值Y 365

电化学量值Y 365

电气量值Y 365

通用符号 365

中国、美国与欧洲电缆规格对照表 366

附录 367

附录一 NACE RP 0169—2002埋地或水下金属管道系统的外腐蚀控制 367

附录二 DIN 30676—1985外表面阴极保护的设计和应用 386

附录三 NACE TM 0497—2002埋地或水下金属管道系统阴极保护准则的测试方法标准 395

附录四 NACE RP 0177—2000减轻交流电和雷电对金属构筑物和腐蚀控制系统影响的措施 418

附录五 NACE TM 0102—2002地下管道覆盖层电导率的测量 431