Fe2+
1s22s22p63s23p63d64s0
O2-
1s22s22p6
Ne
1s22s22p6
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1、金属电化学腐蚀基础知识
阳极反应： Fe
Fe2+ + + 4e
2e 4OH-
（氧化反应）（失电子） （还原反应）（得电子）
阴极反应： O2 + 2H2O
总反应：
2Fe + O2 + 2H2O
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2、阴极保护技术原理及发展简史
1833年提出了法拉第电解定律，1834年发现了腐蚀损耗与电流之间 的定量关系。在题为《关于电的实验研究》的论文中首先提出了“电 解质”、“电极”、“阳极”、“阳离子”和“阴离子”等概念，这 奠定了阴极保护的理论基础。
米歇尔 . 法拉第 (1791-1867) 最重要的科学成就在于苯的发现、法拉第电解定律和电磁感应
四者缺一，腐蚀不会发生与发展
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1、金属电化学腐蚀基础知识
油田中各种局部腐蚀 <1> O2存在时：
阳极反应：Fe
Fe2+ + 2e 4OH2Fe(OH)2
阴极反应：O2+2H2O+4e 总反应：2Fe+O2+2H2O
多发生在油田埋地集输管道的外壁、储罐底板外壁，含O2集输管道内壁（外部引入O2 时，如回注污水含氧不合格、缓蚀剂加注不当时引入）、储罐内壁、穿越套管内管段的外壁、
埋地管道水泥固定墩附近土壤侧管道的外壁、各种地下/地上管线地面交界处附近地下一侧
的管道外壁等；常见，多发。
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1、金属电化学腐蚀基础知识
油田中各种局部腐蚀 <2> CO2存在时：
CO2+H2O
H2CO3
H2CO3
2H+ + CO32-
阴极反应 阴极反应 总 反 应
Fe
Fe2+ + 2e H2 FeCO3+H2
）；此时还原反应所需电子从牺牲阳极或外电源获得。由此实现了阴极保护，抑制或停止了
金属的腐蚀过程。
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2、阴极保护技术原理及发展简史
引起金属管线腐蚀的
因素很多，但无论什么
原因，管线表面都会出 现阳极区和阴极区，在 阳极区电流由金属管线 表面流出，进入周围环 境电解质 ( 土壤和水 ) ， 管线在该区域将会发生 腐蚀。 材料表面有电 流流出到环境 介质的地方才 发生腐蚀 在阴极区，电流由电
②同时发生在空间上彼此独立的两个区域（阳极区、阴极区）； ③两个独立的腐蚀反应有一个相同的腐蚀速度； ④阴/阳极面积比对腐蚀穿孔速率影响巨大。
必 要 条 件： ①金属材料本身形成阳极区/阴极区；
②被腐蚀的金属材料一定与电解质水溶液相接触；
③电解质水溶液中必须含有腐蚀介质（O2、CO2、H2S、SRB）； ④必须具有电子通路和离子通道（金属材料/腐蚀电解质）。
阳极反应：Fe
阴极反应
Fe2+ + 2e
Had+Had H2 钢铁中扩散，
2H+ + 2e
总 反 应
Fe+ H2S
FeS+H2
形成H2
体积腐蚀
这种腐蚀破坏通常有两种类型
氢渗透
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1、金属电化学腐蚀基础知识
油田中各种局部腐蚀 <4>硫酸盐还原菌（SRB）存在时：
注水开发的油田集输系统中都存在SRB。SRB的繁殖可使系统中的H2S含量增加，腐蚀 性增强；水质明显恶化，变黑、发臭。同时，Fe2+、S2-、OH 等腐蚀产物还会与水中成垢 的离子共同沉淀成污垢，造成垢下腐蚀及管道堵塞。另外，堵塞部分地层，注水压力上升，
中性介质（水溶液、土壤） OHFe(OH)2 Fe2+ Fe2+ 4OH2e 2e 4e+ 2H2O + O2 金属管壁 金属管壁 阴极区 O2 O2
O2
O2
阳极区（腐蚀部位）
阳极反应： Fe
Fe2+ +
2e 4OH-
（氧化反应）（失电子） （还原反应）（得电子）
阴极反应： O2 + 2H2O 总反应：
加设阴极保护装置”。
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讲座内容
1、金属电化学腐蚀基础知识
2、阴极保护技术原理及发展简史 3、阴极保护技术的分类 4、阴极保护系统的基本构成 5、阴极保护准则 6、涂层与阴极保护的相互关系 7、阴极保护系统施工与验收 8、阴极保护运行维护与管理
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2、阴极保护技术原理及发展简史
但是要求保护电流密度比较小， 在经济上才合算。

地下管线和储罐 地下电缆 船舶 海上采油平台 水闸和码头 钢筋混凝土建筑物
金属结构进行阴极保护时需要考虑的因素
可行性
经济性
金属材料在所处的介 质中要容易进行阴极 极化，否则耗电量大 ，不宜于进行阴极保 护。
适用性 被保护设备的形状、 结构不要太复杂。否 则可能产生“遮蔽现 象”，使金属表面电 流分布不均匀。
回路中电 流的方向
解质流到管线表面上，
该区域的腐蚀速率将进 一步减小。
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2、阴极保护技术原理及发展简史
材料表面的电流 流出点发生腐蚀
例1
氧浓差腐蚀电
例2 杂散电流方向： 土壤环境 管道 （流入点，不腐蚀） 管道（流出点 ，优先腐蚀）
池的电流方向：
管道的缺氧区（腐蚀
点） 土壤环境 管道的富氧区 （腐蚀较轻） 管道的缺氧区。
率减小 10 倍。这种减小的幅度，对于大部分
被保护的结构来讲是足够的。
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2、阴极保护技术原理及发展简史
电位-pH图
电位 -pH 图是从热力学
说明阴极保护的理论基
础。可以看出，在 pH=6~7 的中性水中， 铁呈活化腐蚀状态；通 过外加负电流的阴极极 化，可使铁的电极电位 从腐蚀区进入免蚀区。 对铁，这是一个热力学 稳定区，金属腐蚀停止
腐蚀介质必须是能导 电的，并且要有足够 的量以便能建立连续 的电路。
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2、阴极保护技术原理及发展简史
1812
提出阴极保护假说
1824 (阴极保护元年)
“三宝垄”号帆船阴极保护实验成功
1826
明确提出“阴极保护效应” 汉弗莱.戴维爵士 Sir Humphrey Davy (1778-1829)
讲座内容
1、金属电化学腐蚀基础知识
2、阴极保护技术原理及发展简史 3、阴极保护技术的分类 4、阴极保护系统的基本构成 5、阴极保护准则 6、涂层与阴极保护的相互关系 7、阴极保护系统施工与验收 8、阴极保护运行维护与管理
1、金属电化学腐蚀基础知识
金属电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的电解质溶液 (土壤或水溶液等)发生电化 学作用而产生的破坏。
对被保护金属施加负电流，通过阴极极化使其电极电位负移至金属氧化还原平衡电位， 或金属表面最活泼的电极电位，消除金属表面的电化学不均匀性，从而抑阻金属腐蚀的保护 方法称为阴极保护。
锌
铁
效益 氧化反应：FeFe2++2e铁表面
还原反应： 2H++ 2e- H2
盐酸溶液
锌表面 氧化反应：ZnZn2++2e还原反应： 2H++ 2e- H2
2H+ + 2e Fe+H2CO3
CO2水溶液对钢铁材料的腐蚀，影响因素有两个：一是受H+去极化影响，二是与产物 能否成膜，膜的结构和稳定性有重要关系。
腐蚀形貌：产物膜局部破损处的点蚀，引发环状或台面状的蚀坑、蚀沟。
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1、金属电化学腐蚀基础知识
油田中各种局部腐蚀 <3> H2S存在时：
锌为电化学电池的阳极，锌的腐蚀加速，其表面 盐酸 集中进行氧化反应： ZnZn2++2e-
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2、阴极保护技术原理及发展简史
对于新建的管道，阴极保护的投资一般不超过总投资的4%，管道的寿命则可以延
长20-30年，甚至更长时间。
根据对管道提供电流的方式不同，阴极保护技术分为牺牲阳极法和外加电流法两 种。两种方式的基本原理是相同的，主要是电源提供方式不同。可从动力学（电 极反应、 Evans图）\热力学（电位-pH图）以及金属界面反应等诸方面理解阴极 保护原理。 阴极保护是最有效的金属腐蚀控制措施之一，但对不完全熟悉它的人来说，感觉 阴极保护是一种复杂的防腐方法。实际上，阴极保护的基本原理和概念很简单，
-
注水量减小，直接影响产量。
高温型：55~60℃，中温型：30~35℃； PH 值：一般在5.5~9.0，最适宜：7.0~7.5
阳极反应：
阴极反应：
去极化剂：
Page 合金
防腐涂层
阴极保护
缓蚀剂
非金属管
表面技术
工艺结构
评价监测
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1、金属电化学腐蚀基础知识
，即此时铁获得了阴极
保护。 根据热力学计算获得的Fe-H2O系电位-pH图
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2、阴极保护技术原理及发展简史
金属界面反应
电化学腐蚀界面反应和阴极保护图解
由于阴极保护系统通过牺牲阳极或外电源，能对金属提供足够量的电子（施加所需的负 电流），使金属界面呈负电性和达到足够负的电极电位，从而抑阻氧化反应（Fe→Fe2++2e
的阴极保护电流就越大。阳极电流和阴极电流
的差即是维持该电位所需的电流量，等于施加 到管道上的阴极保护电流。 必须注意，除非金属的电位被极化到其平 衡电位 Eequil ，否则，就不能实现完全的保护 。在平衡电位下，金属的净腐蚀速率为零。一 般地，由于需要很高的电流，要达到完全的保 护是不现实的。施加的电流随着电位的负移而 呈指数增加。电位负移 100mV 就可使腐蚀速