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潮濕環(huán)境下機械裝備的陰極保護技術論文
摘要：本研究概括了機械裝備在潮濕環(huán)境下的腐蝕特征，闡述了犧牲陽極的陰極保護、外加電流的陰極保護等技術的應用與發(fā)展，重點分析了潮濕環(huán)境下機械裝備的陰極保護技術的發(fā)展趨勢。
關鍵詞：機械裝備;潮濕;陰極保護技術
機械裝備的陰極保護技術已有上百年的歷史，很多機械裝置，特別是埋地管線都采用了陰極保護技術，而且與有機涂層相結合使此項技術的功效發(fā)揮得更加突出。大慶油田絕大多數石油、石化裝備和輸送管道，都不同程度地與液相環(huán)境有關聯(lián)，如何更好地抑制潮濕氣體、液體對金屬的腐蝕，對提高裝備使用壽命具有重要意義。
1 潮濕環(huán)境下腐蝕特征
第一，隨機性。由于濕度、溫度、降水等天氣變化而出現表面附著的液膜厚度改變，表現為不確定性增減，何時出現哪種情況是沒有明確規(guī)律的。第二，不均勻性。機械裝備金屬表面的粗糙、組織缺陷、附著的微小固體顆粒等都能夠造成潮濕環(huán)境中的水蒸氣擇優(yōu)吸附凝結，使金屬構件表面液膜不均勻。此外，機械裝備構件上的有機涂層不可避免地會存在微孔或微裂紋，這些點也能夠造成水蒸氣的不均勻凝結。對于埋地式裝備的金屬構件，局部金屬表面接觸的混凝土或泥土密度差異是產生不均勻性的直接原因。第三，高抗陰性。潮濕環(huán)境中形成的薄液膜，由于電阻率高而使體系呈現高阻抗特征。浸濕的混凝土，其電阻率為2.5～4.5kQ.cm，中等腐蝕性土壤的電阻率約為其1門0[1¨]。第四，非連續(xù)性。由于液膜在表面張力和重力的作用下具有遷移流動性，導致其厚度不均勻，而液膜的薄厚又影響鹽分和氧在其中的溶解，金屬表面腐蝕介質表現出非連續(xù)性，使陰極保護要達到對被保護構件整體的保護十分困難[2]。
2 犧牲陽極的陰極保護
犧牲陽極的陰極保護應用較早，因其安裝方便和無控制運行而獲得廣泛應用。最常用的犧牲陽極材料有鋅合金、鋁合金和鎂合金。因驅動電壓小、陽極消耗大，限用于阻抗較小、介質腐蝕性不強的環(huán)境中，且基本都與非金屬涂層進行聯(lián)合保護。采用超細鋅粉制成的鍍鋅涂料中鋅粉含量通常占干膜重量的70%以上，能夠在金屬表面形成一層導電薄膜，鋅粒與鋼鐵基體之間存在電偶作用，在腐蝕環(huán)境中會腐蝕犧牲，而對涂層缺陷中暴露在電解質溶液下的金屬構件起陰極保護作用。同時，鋅粉上腐蝕產物填塞涂層中的微}L，能夠一定程度地阻滯腐蝕介質通過而達到金屬表面。富鋅涂料對鋅粉的粒徑有嚴格的要求，應介于2~lOUm。粒度小于2um，鋅粉活性降低，其電位甚至高于鋼鐵的電位，因而失去陰極保護作用。粒度大干10um，會降低涂層的遮蓋力，不利于形成均勻涂膜。富鋅涂層中鋅粉的陰極保護作用存在作用期限，該期限的長短取決于成膜物質、鋅粉含量、涂層厚度等因素[3J。此外，鋅是一種對溫度敏感的材料，當溫度超過～定值時，鋅在水溶液中的電位將高于鋼鐵的電位而使富鋅涂層轉變成陰極性涂層，反而會加速腐蝕，所以應用受到一定的限制，特別是難以滿足石油開采和石油化工生產中的復雜而苛刻的腐蝕環(huán)境條件。
3外加電流的陰極保護
外加電流陰極保護技術的保護電流由外電源提供，所以可控性強，適用范圍更廣。初期的設計思想是把被保護區(qū)域劃分為尺寸相近、彼此獨立的單元，不存在電連接的區(qū)域必須分配給不同的陰極保護電路，確保所有區(qū)域都能得到保護，否則將產生嚴重的雜散電流干擾腐蝕。潮濕環(huán)境下金屬表面的腐蝕介質是高阻抗且呈分散狀態(tài)的液膜，傳統(tǒng)方式的外加電流不能達到所有的腐蝕介質接觸的金屬表面，也就無法構成完整的陰極保護回路，曾有許多學者認為該領域是陰極保護的禁區(qū)[4]。在大型儲罐內壁液位線以上部位、潮濕保溫層下的管道等結構中鋼鐵材料腐蝕均非常嚴重，即使采用高效有機涂層保護，效果也不理想，急需開創(chuàng)一種全新的防護理念，人們嘗試過多種研究和探索。美國學者發(fā)明了能夠吸收海水的結構，用以提供陰極保護電流的通路。蘇聯(lián)發(fā)明了浮動式陽極保護裝置[5]。這些發(fā)明的核心思想都是設法在非連續(xù)液面中保持局部有連續(xù)相的電解質，本質上仍屬于傳統(tǒng)陰極保護技術。非連續(xù)液相下外加電流陰極保護的主要障礙是固體電解質材料研究進展遲緩。我國發(fā)明的Si02構成的三維空間網絡結構物，成為陰陽離子遷移的快速通道。此外，還采用B”- Al：03快離子導體配置成固體電解質涂料，在金屬表面成膜，再涂覆電子導電的陽極涂層，構造了陰極保護系統(tǒng)電解池，該技術曾用于儲罐底板和架空線的外防腐[6]。美國還開展汽車采用外加電流法實施陰極保護的研究，陸續(xù)出現了各種電子防銹器產品，都是對這一領域的有益探索。
4 陰極保護的發(fā)展趨勢
犧牲陽極的陰極保護由于驅動電壓小、消耗大量的陽極合金、可控性低等原因，正越來越多地被外加電流陰極保護所取代[7]。外加電流的陰極保護研究主要集中在尋求更優(yōu)良的新型電介質材料、低消耗的輔助陽極材料、適應高阻抗體系的電源、自動控制系統(tǒng)等方面，正朝著方案設計模塊化、參數控制自動化、區(qū)域保護聯(lián)合化方向發(fā)展。潮濕環(huán)境下的金屬表面處于不均勻分散、高抗阻的腐蝕介質中，陰極保護受到一定制約，雖已取得一些成果，但陰極保護方案優(yōu)化、保護參數的精細控制以及保護效果的實時評價仍將是今后的研究重點。
參考文獻：
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