电化学腐蚀防护技术

【摘 要】本文通过对电化学腐蚀的机理和防护措施进行分析,总结出一套电化学腐蚀切实有效的防护手段.

【关 键 词】腐蚀；电化学；防护

前言

据统计,我国每年因为腐蚀而直接损耗的金属材料,约占金属年产量的10%左右,约占GDP的3%～5%,直接经济损失超过5000亿元人民币.目前石油行业使用最多的埋地管线是钢管,如没有好的防腐措施,大约2～3年就有可能腐蚀穿孔、发生漏气,因此,埋地钢管的防腐是油田地面建设施工中的一个重要部分.在各种腐蚀类型中,电化学腐蚀最为常见,危害也最大,探究行之有效的电化学防腐措施,已成为金属管道防腐的重要课题.

1.电化学腐蚀机理和防腐分析

1.1金属的腐蚀类型

金属的腐蚀主要分为两类,即化学腐蚀和电化学腐蚀.金属化学腐蚀的实质是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程.金属的电化学腐蚀则是由于金属表面与介质如潮湿空气或电解质溶液等,因形成微电池,金属作为阳极发生氧化而使金属发生腐蚀.

1.2电化学腐蚀原理

金属管道的防腐层遭到腐蚀和破损后,裸露的金属管道外表面被潮湿的土壤或雨水浸润,与土壤中氢离子和氧气组成自发电池,铁作为阳极发生氧化反应,所以铁很快腐蚀形成铁锈[1].

电化学腐蚀可以看作由下列三个环节组成：

（1）在阴极,金属溶解,变成金属离子进入溶液中；

（2）电子由阳极流向阴极；

（3）在阴极,电子被溶液中能够吸收电子的物质所接受；

1.3防护方法分析

根据对于金属腐蚀的原因分析以及其电化学机理的研究,针对电化学腐蚀的三个环节,制定相应的防护措施,可以从以下三个思路出发.

（1）防止或减缓金属的溶解.方法一,选择合适的金属或研制某种金属,它几乎不溶解；方法二,把金属与腐蚀的介质隔离开；方法三,改变金属的性能,如PH值.

（2）阻止电子向阴极流动.方法一,改变金属的电势；方法二,改变电子的流向.

（3）清除阴极上能够吸收电子的物质.由于氧会源源不断的从空气中,渗入土壤,因此,目前尚无清除阴极上能够吸收电子的物质的方法.

2、电化学腐蚀的具体防护措施

2.1具体防护措施

从电化学腐蚀的三个环节出发总结出的五种方法,可以通过以下几种措施,达到防腐的目的.

（1）选择合适的金属或研制某种金属.制成耐蚀金属,在炼制金属时加入其它组分,提高耐蚀能力.如在炼钢时加入等元素制成不锈钢.

（2）把金属与腐蚀的介质隔离开.金属与腐蚀的介质的隔离,可以采用涂抹漆膜的方法,即在金属表面涂上油漆、搪瓷、塑料、沥青等,也可以采用镀层的方式,在需保护的金属表面用电镀或化学镀的方法镀上等金属,保护内层不被腐蚀.

（3）改变金属的性能.加缓蚀剂,在可能组成原电池的系统中加缓蚀剂,改变介质的性质,降低腐蚀速度.

（4）改变金属的电势.阴极保护法,外加电源组成一个电解池,将被保护金属作阴极,以废金属为牺牲型阳极,而以被保护金属为阴极的保护法.

（5）改变电子的流向.阳极保护法,外加电源使被保护的金属为阳极,进行阳极化,当正向极化超过一定数值后,由于表面某种吸附层或新的成相层的出现而使金属钝化[2].

2.2防护措施的选择

制成耐蚀金属和添加镀层的方法成本较高,不适合大规模工业化生产；缓蚀剂多为半衰期长、不易降解的物质,对环境破坏较大,也不宜大范围使用.阳极保护法具有保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点,适用于长输管线或市郊管线的防腐,但应用于市区范围内时,则由于其会产生干扰电流而影响其他管线及建筑物,且需要征地或占用建筑物,因此在实施时会带来较大的困难.阴极保护法无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其他建构筑物且保护电流利用率高,因此特别适合于城市范围内的埋地钢管防腐.漆膜保护法成本低,防腐效果好,且适用范围广,但防腐层在生产、运输、与施工中无法保证不受到任何损坏,且用于防腐绝缘层的各种材料,都不同程度的具备水渗透性和氧渗透性,埋地后,在土壤溶液作用下会逐步吸水老化,防腐层不可能完全将管道与腐蚀环境、介质相隔离,要维持有效的防腐,就必需同时采取漆膜防腐与阴极保护的联合保护法.因此,管道防腐涂层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防蚀措施[3].

3.新方法的探究

从本人多年承担各采油厂的生产维修和老区改造施工经验来看,在施工过程中,大部分腐蚀老化管线都是从内部洞穿,这是由于管线运输的介质具有一定的酸、碱性,化学腐蚀性较高,另一方面,运输的介质中氢离子和氧气含量远高于其在土壤中的比例,电化学腐蚀更为严重.基于对腐蚀成因的分析和腐蚀防护措施的研究,经过大量的资料收集和理论考证,在这里,提出一种新的防腐方法──磁场保护法,与大家共同交流学习.这种方法的提出,源于腐蚀三个环节中的第三点,旨在消耗阴极上能够吸收电子的物质.磁场保护法的具体做法,是在受保护管线上缠绕一圈磁铁,当液体介质流经管线时,由于其沿与磁力线垂直的方向运动,而使介质中的水被磁化,如图2所示,图中红色箭头代表磁感线方向,绿色箭头代表流体的流动方向,蓝色箭头代表产生的电流方向；水经磁化后,水性质发生一系列物理和化学变化,氢键角由105°变成103°,水由原来的13～18个大分子团变成5～6个小分子团,水的渗透力、溶解度、表面张力增强,偶极距增大,因此水溶解氧和对正负离子的吸引力增大,使阴极上能够吸收电子的氧和氢离子得到一定的消耗,起到防腐蚀的作用.另一方面,磁流体发电机的诞生,用事实证明了液体切割磁感线一样可以产生电流,即便它不存在于闭合电路中.这些产生的电流,也会在一定程度上消耗阴极上能够吸收电子的物质,从而缓解金属的腐蚀.

4.结论

通过对比分析,阴极保护对腐蚀反应进行积极的干预,采用阴极极化的电化学手段,保证了被保护金属体的电化学均匀性,抑制了腐蚀电池的产生.结合漆膜防腐的阴极保护措施,是对于电化学腐蚀切实有效的防护手段.磁场保护法也是一种值得探究的新方法.