金属管的阴极保护效果研究

薛 瑶

（中国有色金属工业技术开发交流中心，北京，100814）

本文研究的金属管主要材质是不锈钢SUS304，卡套和接管材质可为不锈钢或镀铝钢。铁素体不锈钢成为工业用金属管的首选材料的原因为：铁素体额不锈钢不含或少量含有贵金属Ni,原料成本低廉；铁素体不锈钢热膨胀系数小，热导率高，在反复加热或冷却条件下耐高温氧化性能好，而且具有良好的抗点腐蚀性；与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢具有良好的耐氯化物，应力腐蚀和晶间腐蚀性能。

1 金属管防腐蚀研究

根据大量文献显示，目前的防腐蚀研究都是以提高金属管材料性能为主，比如有的通过掺杂其他元素来提高铁素体不锈钢性能，降低腐蚀的影响。不同的铁素体不锈钢对冷凝液的耐腐蚀性能是不同的, 一般说来, 随着钢中Cr含量的增加,铁素体不锈钢耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能提高[1]。有关研究对新开发的439M型铁素体不锈钢和409L型铁素体不锈钢进一步开展5、1 0、20 周期的冷凝液腐蚀试验, 并使用极值分析方法对三种周期冷凝液腐蚀试验后样品的最大点蚀深度进行统计分析,结果表明, 新开发的439M型铁素体不锈钢的预测寿命是409L的1.6 倍。

850℃-1150℃的敏化温度范围内,430铁素体不锈钢随着敏化温度的升高，晶粒度持续增加，将待测金属管置于冷却液中，金属管电阻率与电流电位持续降低，耐腐蚀性能变弱；430铁素体不锈钢Cl-分别与SO32-与SO42-同时存在的状态下，比在CO32-与Cl-共存条件下，受腐蚀程度更加严重，加剧金属管的腐蚀速度，Cl-存在的溶液中SO32-具有催化腐蚀的作用，液体浓度增加与电流上升呈正比例关系，金属管的腐蚀程度有加剧的趋势。

2 金属管阴极保护方法

2.1 牺牲阳极法

采用外加阴极的极化完成金属管的阴极保护，金属结构件上连接一个负电位的金属作为阳极，依托其不断溶解将产出的阴极电流对金属管实行极化作用，牺牲阳极法从理论上来讲是一种传统的保护法，它的优点为能将电流快速分散，节省人力同时省去了外加电源，未对周围的设备造成干扰，此方法操作简单，在金属管的阴极保护中使用频率较高。

2.2 外加电流法

外加电流法又可称强制电流法。受保护的金属管施加阴极电流，持续施加直流电源使金属构件阴极极化发生改变[2]。外加电流实施主要由连接电缆、辅助电极、直流电源以及参比电极构成，这种方法可以将输出电流进行有效调节，对金属构件的保护范围不断扩大，避免电阻率的影响，延长金属构件的使用寿命，实现经济效益。

2.3 两种方法的比较

牺牲阳极法语外加电流法在各自领域都具有其突出优势，在一些特定条件下，牺牲阳极法优势较大，而在通常状态下，使用外加电流法更加便捷。金属构件的表面覆盖情况、实施保护的条件、是否存在电源、施工范围、经济因素等等都是选择阴极保护所要考虑的条件。

3 牺牲阳极材料的选择

铝、镁、锌基合金这三大类金属是牺牲阳极所使用的材料，材料选择的首要考虑因素就是是否能带来经济效益，以上这三大类材料中镁阳极材料需要费用最高，原因是镁材料可以将高强度电流输出出来，迅速消耗阳极[3]。在同一电阻环境下，采用镁材料牺牲阳极保护比锌基合金材料电极消耗快近3倍，采用镁作为牺牲阳极材料所耗用的经费是锌材料的5倍，导致直流电源消耗较快，金属构件得到超出负荷的保护，受激励电势和电流输出的制约，镁材料作为牺牲阳极材料在通常情况下是不予采用。

锌阳极材料使用可节省费用，它适用于10 Q·m以下电阻率环境，但在电阻率值较高的情况下，可使用镁阳极材料，此种类型材料能够有效保护金属管，但镁阳极在含盐量3%,--4%、材料电阻率小于l Q·m下使用，高的输出电流将伴随着严重的自腐蚀。铝阳极则不宜在材料中使用，因为铝阳极腐蚀后生成AI(OH)3会形成坚硬的外壳；而当材料电阻率小于5 Q·m，或氯离子浓度很高情况下，其使用效果较好。

锌合金阳极材料在温度持续升高环境下极化率易出现不同程度腐蚀情况，对晶间腐蚀影响有所加重，同时晶间腐蚀与温度升高呈正比例，温度达到49℃铝阳极材料未出现被腐蚀情况。

使用锌合金阳极容易出现电位极性逆转，此种类型材料禁止应用在金属管内部，温度升高到60℃以上时，锌合金阳极表面持续产生电位，电位极性变正，而电位维持不变的是阳极铁，导致电位出现反转性的变化，转换为阴极的锌材料金属管得到有效保护，铁材料转换成为阳极，金属管腐蚀情况严重。锌阳极材料在温度较高的环境中，锌阳极出现钝化情况，极性逆转，需要我们予以关注，而其他材料如铝阳极、镁阳极可适应温度较高的环境，但其电流效率会有所降低。

4 金属管腐蚀区域

检验金属管的腐蚀情况得出结论，三个区域发生腐蚀情况较严重：金属管顶部、管壁内侧、管体底部。以上三个区域中管体底部的耐腐蚀性较弱，出现了大面积坑点状的腐蚀情况，集中在管底凹陷处、金属管焊接热影响区域；金属管的顶部被腐蚀情况相对较弱，管壁内侧被腐蚀最若，只有少量斑点腐蚀。

金属管体的内侧与底部通常采用阴极保护技术，在欧美等发达国家应用比价广泛，我国使用此项技术处于初级阶段。金属管的阴极保护可以有效弥补金属管内侧防腐蚀涂层失效性，存在缺陷处得到阴极电流的极化保护，腐蚀速度有所下降。

4.1 阳极的布置

外加电流系统中阳极布置要以金属管各部位电流分布平均为基础，有三种埋设方式即：卧式埋设、斜井式埋设和立式埋设。使用深井阳极床目的是为了有效保护金属管，降低管底被腐蚀的概率，金属管的半径要大于管顶到管底距离，恒电位仪距管体距离大于30m，阳极布置现场情况如图1所示。

图1阳极的布置

4.2 参比电极

参比电极可以当做外加电流系统的控制电极与保护电位的电极。刚投入使用的金属管可以将参比电极埋设于金属管的边缘或管底，而对于使用时间较长的金属管，参比电极应埋设管边，现阶段常用的参比电极包括锌合金、CIl／CuS04电极。

4.3 保护效果检查

保护电位测量是一种方便、快捷的检查方式，通常要求金属管底中心的保护电位达到负0.85V。另外保护检查还包括腐蚀简薄率的测试，该步骤可以与金属管底检查同时进行，使用厚度仪测试金属管底部厚度。

5 金属管外腐蚀检测技术

检测金属管的阳极保护系统发现，可推断出金属管内防腐层的状态，取得金属管内壁被腐蚀程度，在基于检测原理基础上，检测内容为地电位测量、金属管内部电流测量以及管体参数。直流电压梯度法、Person检测法、组合电位测试法、短间歇电位检查法共同构成了地电位检测技术，以上这些方法可实现在不破坏金属管壁情况下，金属管可进行正常工作，对其进行腐蚀检测，但以上几种检测方法均归类为间接检测方法，需要进行检测技术人员详细测量，得出准确数据。

6 结语

金属管阴极保护，采用牺牲铝阳极的方法。使用阳极的规格为50cmX10cmX 5cm的铝片。阳极用量为N=(50×81／10)=400块。金属管阴极保护，采用外加电流保护法。保护电压在1．2—1．3V之间，保护电流在5-10A之间。管线的腐蚀检测，根据实际情况来看，超声波检测效果较好。其数据简单准确，无需校验。