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(优选)管道阴极保护理论与实践自动保存的
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电化学理论
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一、电学术语
电子:电子是带有负电荷的离子。
电压:电压是推动电荷运动的能量,单位:伏特、毫伏和微伏。
电流:电流是沿导电路径的电荷流,单位:安、毫安、微安。
电阻:电荷在材料中运动时遇到的阻力,单位:欧姆。
电阻率:定义为一个边长1cm立方体的两个平面之间的电阻,电解质电阻率的常用单位为欧姆—厘米。腐蚀和阴极保护中涉及到的电解质包括土壤和液体(水)。
电解质的电阻率变化非常大,低至30Ω▪cm,高达500000Ω▪cm。当进行环境腐蚀性的评定及阴极保护系统的设计时,电解质的电阻率是个重要因素。
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二、电学定律
欧姆定律:电路中电压和电流的比率与电阻的关系。
功率:功率是电装置消耗的能量。
基尔霍夫定律
电压定律:任何闭合回路的电源电压之和等于该回路中每个电阻两端电压降之和(串联电路)。
电流定律:一点上流出的电流和流入的电流是相等的(并联电路)。
三、基础化学
原子:一个原子有一个原子核和轨道电子组成。原子核是由带正电荷的粒子(质子)和中子组成。
对于给定的原子,质子数等于带负电的电子数,一个原子不带静电荷。
离子:带电粒子称为粒子。
阴离子:得电子而形成的离子称为阴离子。
阳离子:失去电子而带正电荷的离子,称为阳离子。
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四、基础电化学
氧化:原子或者分子失去电子,从而形成一个带正电的离子的过程。
发生氧化的电极或者金属部位称为阳极。
还原:原子或者分子得到电子,从而形成一个阴离子或者中性元素。
当原子或者分子得到电子,发生还原反应。
发生还原的电极或者金属的部位称为阴极。
电解质:电解质是具有导电性离子的溶液。
腐蚀电池:腐蚀是电子和离子流动的电化学过程。金属的损失(腐蚀)发生在阳极。阴极没有金属的损失(阴极被保护)。
电化学腐蚀伴随有电子通过金属/电解质界面转移过程。
腐蚀电池的四个部分:阳极、阴极、电解质、金属通路。
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第一章埋地管道腐蚀机理
腐蚀的定义:金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。
金属电动势排序(cse)
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由于管道是埋地的,土壤中含有水分、空气、酸、碱和水溶性矿物盐及微生物,这些因素都会使金属管道发生腐蚀。腐蚀会导致设备破坏而引发事故,如火灾、爆炸、有毒气体泄漏等,除了造成经济损失以及环境破坏外,还会伤及生命,必须对腐蚀给予高度重视。
一、腐蚀发生的过程
当金属浸入电解液后,金属里的电子吸引着溶液中的阳离子,使之尽可能靠近金属表面,在金属/溶液界面上形成双电层。双电层的建立使得金属与溶液之间产生电位差,这个电位差叫做该金属在这种溶液中的电极电位(腐蚀电位),简称电位。
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在金属表面,不同的部位,电极电位不一样。电位较低的为阳极、电位较高的为阴极。
电子离开阳极沿金属向阴极移动,而位于阳极区的金属原子由于失去电子而成为带正电的离子、进入电解质,与电解质中的负离子发生反应而形成腐蚀产物,金属发生腐蚀。
在阴极区,由于存在多余的电子,金属不会发生腐蚀,化学反应在电解质中发生,如:析氢。
我们把电解液中正离子移动的方向定义为电流方向,所以,在电解质中,电流由阳极流向阴极。
二、腐蚀电极反应
任何一种电化学腐蚀反应至少包括一个阳极反应和一个阴极反应,并伴随有金属内部的电子流动和介质中离子的定向迁移。
阳极:在电化学反应中发生氧化反应的电极。
阴极:在电化学反应中发生还原反应的电极。
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电解液:含有离子的溶液,一般指土壤、水、潮气等。
导体:电子迁移的途径(金属导体)。
上述四部分组成一个腐蚀电池。电位差是腐蚀发生的内在动力,电气通路是发生腐蚀的充分条件,缺少任何一项腐蚀就停止。
三、活性极化及浓度极化
极化:电流的流动而引起结构表面电位的偏移。
活性极化:有充分的反应物,控制反应速度的主要因素是电子的供给速度。
浓度极化:有充分的电子供应,控制反应速度的是反应物供给速度。
四、腐蚀的形式
均匀腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、点蚀、选择性腐蚀、冲蚀、环境开裂(腐蚀疲劳、氢脆、应力腐蚀开裂)。
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