電化學(xué)腐蝕防護技術(shù)分析

【摘要】本文通過對電化學(xué)腐蝕的機理和防護措施進行分析，總結(jié)出一套電化學(xué)腐蝕切實有效的防護手段。

【關(guān)鍵詞】腐蝕；電化學(xué)；防護

前言

據(jù)統(tǒng)計，我國每年因為腐蝕而直接損耗的金屬材料，約占金屬年產(chǎn)量的10%左右，約占GDP的3%～5%，直接經(jīng)濟損失超過5000億元人民幣。目前石油行業(yè)使用最多的埋地管線是鋼管，如沒有好的防腐措施，大約2～3年就有可能腐蝕穿孔、發(fā)生漏氣，因此，埋地鋼管的防腐是油田地面建設(shè)施工中的一個重要部分。在各種腐蝕類型中，電化學(xué)腐蝕最為常見，危害也最大，探究行之有效的電化學(xué)防腐措施，已成為金屬管道防腐的重要課題。

1、電化學(xué)腐蝕機理和防腐分析

1.1金屬的腐蝕類型

金屬的腐蝕主要分為兩類，即化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。金屬化學(xué)腐蝕的實質(zhì)是金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被氧化損耗的過程。金屬的電化學(xué)腐蝕則是由于金屬表面與介質(zhì)如潮濕空氣或電解質(zhì)溶液等，因形成微電池，金屬作為陽極發(fā)生氧化而使金屬發(fā)生腐蝕。

1.2電化學(xué)腐蝕原理

金屬管道的防腐層遭到腐蝕和破損后，裸露的金屬管道外表面被潮濕的土壤或雨水浸潤，與土壤中氫離子和氧氣組成自發(fā)電池，鐵作為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鐵很快腐蝕形成鐵銹[1]。

電化學(xué)腐蝕可以看作由下列三個環(huán)節(jié)組成：

（1）在陰極，金屬溶解，變成金屬離子進入溶液中；

（2）電子由陽極流向陰極；

（3）在陰極，電子被溶液中能夠吸收電子的物質(zhì) 所接受；

1.3防護方法分析

根據(jù)對于金屬腐蝕的原因分析以及其電化學(xué)機理的研究，針對電化學(xué)腐蝕的三個環(huán)節(jié)，制定相應(yīng)的防護措施，可以從以下三個思路出發(fā)。

（1）防止或減緩金屬的溶解。方法一，選擇合適的金屬或研制某種金屬，它幾乎不溶解；方法二，把金屬與腐蝕的介質(zhì)隔離開；方法三，改變金屬的性能，如PH值。

（2）阻止電子向陰極流動。方法一，改變金屬的電勢；方法二，改變電子的流向。

（3）清除陰極上能夠吸收電子的物質(zhì)。由于氧會源源不斷的從空氣中，滲入土壤，因此，目前尚無清除陰極上能夠吸收電子的物質(zhì)的方法。

2、電化學(xué)腐蝕的具體防護措施

2.1具體防護措施

從電化學(xué)腐蝕的三個環(huán)節(jié)出發(fā)總結(jié)出的五種方法，可以通過以下幾種措施，達到防腐的目的。

（1）選擇合適的金屬或研制某種金屬。制成耐蝕金屬，在煉制金屬時加入其它組分，提高耐蝕能力。如在煉鋼時加入等元素制成不銹鋼。

（2）把金屬與腐蝕的介質(zhì)隔離開。金屬與腐蝕的介質(zhì)的隔離，可以采用涂抹漆膜的方法，即在金屬表面涂上油漆、搪瓷、塑料、瀝青等，也可以采用鍍層的方式，在需保護的金屬表面用電鍍或化學(xué)鍍的方法鍍上 等金屬，保護內(nèi)層不被腐蝕。

（3）改變金屬的性能。加緩蝕劑，在可能組成原電池的系統(tǒng)中加緩蝕劑，改變介質(zhì)的性質(zhì)，降低腐蝕速度。

（4）改變金屬的電勢。陰極保護法，外加電源組成一個電解池，將被保護金屬作陰極，以廢金屬為犧牲型陽極，而以被保護金屬為陰極的保護法。

（5）改變電子的流向。陽極保護法，外加電源使被保護的金屬為陽極，進行陽極化，當(dāng)正向極化超過一定數(shù)值后，由于表面某種吸附層或新的成相層的出現(xiàn)而使金屬鈍化[2]。

2.2防護措施的選擇

制成耐蝕金屬和添加鍍層的方法成本較高，不適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；緩蝕劑多為半衰期長、不易降解的物質(zhì)，對環(huán)境破壞較大，也不宜大范圍使用。陽極保護法具有保護范圍大、適合范圍廣、激勵電勢及輸出電流高、綜合費用低等優(yōu)點，適用于長輸管線或市郊管線的防腐，但應(yīng)用于市區(qū)范圍內(nèi)時，則由于其會產(chǎn)生干擾電流而影響其他管線及建筑物，且需要征地或占用建筑物，因此在實施時會帶來較大的困難。陰極保護法無需外部電源、對外界干擾少、安裝維護費用低、無需征地或占用其他建構(gòu)筑物且保護電流利用率高，因此特別適合于城市范圍內(nèi)的埋地鋼管防腐。漆膜保護法成本低，防腐效果好，且適用范圍廣，但防腐層在生產(chǎn)、運輸、與施工中無法保證不受到任何損壞，且用于防腐絕緣層的各種材料，都不同程度的具備水滲透性和氧滲透性，埋地后，在土壤溶液作用下會逐步吸水老化，防腐層不可能完全將管道與腐蝕環(huán)境、介質(zhì)相隔離，要維持有效的防腐，就必需同時采取漆膜防腐與陰極保護的聯(lián)合保護法。因此，管道防腐涂層與陰極保護的聯(lián)合使用是最經(jīng)濟、最合理的防蝕措施[3]。

3、新方法的探究

從本人多年承擔(dān)各采油廠的生產(chǎn)維修和老區(qū)改造施工經(jīng)驗來看，在施工過程中，大部分腐蝕老化管線都是從內(nèi)部洞穿，這是由于管線運輸?shù)慕橘|(zhì)具有一定的酸、堿性，化學(xué)腐蝕性較高，另一方面，運輸?shù)慕橘|(zhì)中氫離子和氧氣含量遠高于其在土壤中的比例，電化學(xué)腐蝕更為嚴重?；趯Ωg成因的分析和腐蝕防護措施的研究，經(jīng)過大量的資料收集和理論考證，在這里，提出一種新的防腐方法──磁場保護法，與大家共同交流學(xué)習(xí)。這種方法的提出，源于腐蝕三個環(huán)節(jié)中的第三點，旨在消耗陰極上能夠吸收電子的物質(zhì)。磁場保護法的具體做法，是在受保護管線上纏繞一圈磁鐵，當(dāng)液體介質(zhì)流經(jīng)管線時，由于其沿與磁力線垂直的方向運動，而使介質(zhì)中的水被磁化，如圖2所示，圖中紅色箭頭代表磁感線方向，綠色箭頭代表流體的流動方向，藍色箭頭代表產(chǎn)生的電流方向；水經(jīng)磁化后，水性質(zhì)發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化，氫鍵角由105°變成103°，水由原來的13～18個大分子團變成5～6個小分子團，水的滲透力、溶解度、表面張力增強，偶極距增大，因此水溶解氧和對正負離子的吸引力增大，使陰極上能夠吸收電子的氧和氫離子得到一定的消耗，起到防腐蝕的作用。另一方面，磁流體發(fā)電機的誕生，用事實證明了液體切割磁感線一樣可以產(chǎn)生電流，即便它不存在于閉合電路中。這些產(chǎn)生的電流，也會在一定程度上消耗陰極上能夠吸收電子的物質(zhì)，從而緩解金屬的腐蝕。

4、結(jié)論

通過對比分析，陰極保護對腐蝕反應(yīng)進行積極的干預(yù)，采用陰極極化的電化學(xué)手段，保證了被保護金屬體的電化學(xué)均勻性，抑制了腐蝕電池的產(chǎn)生。結(jié)合漆膜防腐的陰極保護措施，是對于電化學(xué)腐蝕切實有效的防護手段。磁場保護法也是一種值得探究的新方法。

參考文獻

[1]傅獻彩，沈文霞，姚天揚等.物理化學(xué)（第四版）[M].高等教育出版社，1990.679～688.

[2]楊永波，石磊.防腐新技術(shù)在輸油管網(wǎng)上的應(yīng)用[J].石油天然氣學(xué)報，2009m30（5）：403～405.

[3]楊輝，盧文慶.應(yīng)用電化學(xué)[M].科學(xué)出版社，2001.259～270.