外加电源阴极保护原理

某轮，第二个特检周期修船时，发现舵叶烂穿，船体钢板水下部分表面凹坑状腐蚀，；舵叶底部烂损和舵球腐蚀 究其原因，是船体外加电流阴极保护装置使用不当和维护不良，左右两侧的辅助阳极损坏就是明证。调查发现，该装置的工作原理、操作方法、参数调节、日常维护等，船员知之甚少，因而也不重视，甚至船到了淡水水域也未及时停止该装置的工作。为此，本文介绍其工作原理和维护要点。

1船体外加电流阴极保护装置的原理 1.1电化学腐蚀

船体是钢结构。钢是铁与碳和其他元素组成的合金。其中，铁比其它元素更易失去电子，电位较高。

船体常年浸泡在海水中，而海水是强电解质。铁元素失去电子成为正极；铁元素失去的电子，经过海水这个电解质到达其他元素；其他元素获得电子成为负极。这样就形成了一个个微电池，但并不腐蚀钢铁。

关键在于海水中存在溶解氧。这些溶解氧在海水中呈负离子状态，必然与失去电子成为正极的铁结合生成氧化铁，这就是电化学腐蚀。

在船体与海水接触部位表面的化学腐蚀、海生物腐蚀、运动磨损腐蚀、杂散电流腐蚀等各种腐蚀中，电化学腐蚀最严重。

电化学腐最大特点是，仅腐蚀阳极区域，不腐蚀阴极区域。 1.2船体外加电流阴极保护装置工作原理

船体外加电流阴极保护装置，就是根据这一特点，在船体上

外加电流阴极保护的组成结构

外加电流阴极保护的组成结构

高硅铸铁阳极阳极的原理是当电流经过阳极流动时，阳极表面物质会发生氧化，形成一种保护膜，这种保护膜因其优异的耐酸性能可以降低阳极本身的腐蚀速度。但是这种氧化膜不耐碱所以当这种阳极处在在干燥并且含有高硫酸盐的环境中使用时，阳极表面的阳极膜形成困难，而且很容易被周围物质破坏。柔性阳极是由铜芯和能够导电的聚合物组成，聚合物中一般是添加碳粉。

在这个组合中，显而易见的是起导电作用的是中间的铜芯，而包覆在周围的聚合物主要是电化学反应。阳极在土壤中使用时，需要用焦炭粉来作为回填料一起组成阳极地床。虽然柔性阳极的电流密度与其他阳极相比较并不高，但是它可以在需要阴极保护的设备周围做连续的地床，这样就可以给设备提供更均匀更有利的保护工作。在真正施工过程中，管道防腐层自身的差异，或者在施工设备周围有其他不同的作业设施都会影响到柔性阳极的使用，更有可能导致柔性阳极输出电流的不一致，当柔性阳极输出的电流过于大的时候，电缆中间的铜芯就会加快腐蚀速度，聚合物中的碳粉也会在很短的时间内被消耗殆尽，最终造成柔性阳极的损坏。

所有能发出直流电的电源，都是可以作为外加电流阴极保护系统的电源。在外加电流阴极保护系统中使用的电源的类型有

船体外部外加电流阴极保护

水运是五大运输体系之一，船舶是水上运输的主要工具。近几年来，海上运输货物以8%的增长率逐年增加。但是，由于船舶长期航行于海洋中，不同程度地受到各种腐蚀介质的侵蚀而发生腐蚀。目前，船舶的防腐措施主要是油漆涂层和阴极保护相结合。由于涂层在涂装和使用过程中不可避免地会存在漏涂、孔隙等缺陷，腐蚀将首先在这些地方产生，加速而造成孔蚀，施加阴极保护可有效抑制涂层缺陷处孔蚀，而又可降低阴极保护电流密度，使阴极保护更经济，保护电流分布更均匀，保护效果更好。 1. 保护电位范围 根据GB/T 3108-1999规定，船体钢板保护电位范围通常应达到-0.80～-1.00V（Ag/AgCl电极，下同）。特殊情况下，当阳极布置位置受到限制时，保护电位范围可为-0.75～-1.00V。下表是一些国家采用的船体保护范围。

表1 一些国家采用的船体保护范围

项目 保护电位范围/V 参比电极 Ag/AgCl Ag/AgCl Ag/AgCl Ag/AgCl SCE SCE SCE SCE （美）洛克希德公司 -0.75～-0.85 （日）中川公司 -0.75～-0.95 前联邦德国AEG公司 -0.80～-0.90 （英）休斯公司

外加电流阴极保护的组成结构

外加电流阴极保护的组成结构

高硅铸铁阳极阳极的原理是当电流经过阳极流动时，阳极表面物质会发生氧化，形成一种保护膜，这种保护膜因其优异的耐酸性能可以降低阳极本身的腐蚀速度。但是这种氧化膜不耐碱所以当这种阳极处在在干燥并且含有高硫酸盐的环境中使用时，阳极表面的阳极膜形成困难，而且很容易被周围物质破坏。柔性阳极是由铜芯和能够导电的聚合物组成，聚合物中一般是添加碳粉。

在这个组合中，显而易见的是起导电作用的是中间的铜芯，而包覆在周围的聚合物主要是电化学反应。阳极在土壤中使用时，需要用焦炭粉来作为回填料一起组成阳极地床。虽然柔性阳极的电流密度与其他阳极相比较并不高，但是它可以在需要阴极保护的设备周围做连续的地床，这样就可以给设备提供更均匀更有利的保护工作。在真正施工过程中，管道防腐层自身的差异，或者在施工设备周围有其他不同的作业设施都会影响到柔性阳极的使用，更有可能导致柔性阳极输出电流的不一致，当柔性阳极输出的电流过于大的时候，电缆中间的铜芯就会加快腐蚀速度，聚合物中的碳粉也会在很短的时间内被消耗殆尽，最终造成柔性阳极的损坏。

所有能发出直流电的电源，都是可以作为外加电流阴极保护系统的电源。在外加电流阴极保护系统中使用的电源的类型有

标题：阴极保护基本原理 [精华]

内容：

一、腐蚀电位或自然电位

每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位，称之为该金属的腐蚀电位（自然电位）。腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子，我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如，铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀而阴极区得到电子受到保护。

相对于饱和硫酸铜参比电极(CSE)，不同金属的在土壤中的腐蚀电位（V） 金 属 电位（CSE） 高纯镁 -1.75

镁合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 锌 -1.10

铝合金(5%Zn) -1.05 纯铝 -0.80

低碳钢(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳钢(表面锈蚀) -0.20to-0.50 铸铁 -0.50

混凝土中的低碳钢 -0.20 铜 -0.20

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在同一电解质中，不同的金属具有不同的腐蚀电位，如轮船船体是钢，推进器是青铜制成的，铜的电位比钢高，所以电子从船体流向青铜推进器，船体受到腐蚀，青铜器得到保护。钢管的本体金属和焊缝金属由于成分不一样，两者的腐蚀电位差有时可达0.275V，埋入地下后，电位低的部位遭受腐蚀。新旧管道连接后，由于新管

　　人、材、机的完备，这些是阴极保护成功的前提，但最终的实现则通过施工来完成。外加电流阴极保护施工应注意以下问题：

　　(1)施工前对所有电极进行严格检查，主要是外观检查，表面不得沾有油污等其它杂物，电极体表面是否破损等;另外对连接及绝缘电阻进行检查，以保证连接或绝缘良好。

　　(2)施工时严格按照设计图进行施工，辅助阳极及参比电极均要求连接良好，且对相应的电缆均要做好标记，以备将来检修使用。

　　(3)在有条件的情况下，所有阳极周围均应做阳极屏，以使电流分布尽可能均匀。在管道内壁有涂层保护的情况下，可以防腐涂层为阳极屏，对于无涂层保护的情况，阳极周围应做阳极屏，阳极屏材料可选用重防腐涂料、环氧树脂等材料。

　　(4)阴极保护安装完成后，系统在通电之前应仔细检查，检查连线是否正确，看是否有短路现象，以确保一次性调试成功。

　　(5)阴极保护系统运行后，应根据各参比电极的反馈数值，对系统进行调整，以使整个系统达到最佳保护状态。

　　阴极保护施工中应注意的问题还有不少，在此不一一罗列。总之，只有严格按照设计，科学施工，才能保证外加电流阴极保护系统有效地进行工作。

　　一、自然电位

　　自然电位是金属埋入土壤后，在无外部电流影响时的结构对地电位。自然电位随着金属结构的材质、表面状况和土质状况，含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然电位在-0.40~0.70V CSE之间，在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，一般取平均值-0.55V CSE。

　　二、最小保护电位

　　金属达到完全保护所需要的最低电位值。一般认为金属在电解质溶液中，极化电位达到阳极区的开路电位时，就达到了完全保护。

　　三、最大保护电位

　　保护电位不是越低越好，它是有一个限度的。过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气，造成涂层与管道脱离，即阴极剥离。它不仅使防腐层失效，而且电能大量消耗，碱性环境会加速防腐层的老化。氢原子的析出还可导致金属管道发生氢鼓包进而引发氢脆断裂，所以必须将电位控制在比析氢电位稍正的电位值，此点位称为最大保护电位，超过最大保护电位时称为“过保护”。

　　四、最小保护电流密度

　　使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度，称作最小保护电流密度，其常用单位为mA/㎡。处于土壤中的裸露金属，最小保护电流密度一般取10mA~30mA/㎡。

　　五、瞬间断电电位

　　在断掉被保护结构的外加电

区域性阴极保护的综合技术研究

参考文献

1.李继述，刘海俊，吴宗武，岔河集油田区域阴极保护技术简述，油气田地面工程，1999,18（6）:42. 2.张俊义，刘志刚，张勇盛，区域性阴极保护实施过程中的几个问题，油气储运，2000,19（2）:51～52.

3.刘玲莉，刘严强，李红旗，输油站区阴极保护设计中应注意的几个问题，油气田地面工程，1999,18（4）:48～50.

4.VS.Environmental Protection Agency,Title40,Code of Federal Regulation, 1988.

5.Department of Transportation,Title 49, Code of Federal Regulations, 1971.

6.American Petroleum Institute Recommended Practice 651,Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks, 1stEdition, April 1991. 7.NACE Standard Recommended Practice 0575, Int

区域性阴极保护的综合技术研究

参考文献

1.李继述，刘海俊，吴宗武，岔河集油田区域阴极保护技术简述，油气田地面工程，1999,18（6）:42. 2.张俊义，刘志刚，张勇盛，区域性阴极保护实施过程中的几个问题，油气储运，2000,19（2）:51～52.

3.刘玲莉，刘严强，李红旗，输油站区阴极保护设计中应注意的几个问题，油气田地面工程，1999,18（4）:48～50.

4.VS.Environmental Protection Agency,Title40,Code of Federal Regulation, 1988.

5.Department of Transportation,Title 49, Code of Federal Regulations, 1971.

6.American Petroleum Institute Recommended Practice 651,Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks, 1stEdition, April 1991. 7.NACE Standard Recommended Practice 0575, Int

　　在钢筋与混凝土电解质连续接触，以及在混凝土本身是连续的地方，阴极保护可以应用于任一构筑物或构筑物的任一部分;阴极保护不能用在爆裂或剥离的段落，也不能用于作为导线的钢筋。如果断裂处小到能够通过水连接上，或者导管中有水泥浆，这是可应用的。防水层、沥青路及磨损的过程都可能导致电解质不连续或屏敝，这种可能性对每种情况都要进行评价。

　　在实际工程中，已经利用阴极保护来防止氯化物已渗透或已进入到混凝土中的钢筋的进一步腐蚀。然而，到目前为止，这一应用范围还比较有限，这方面的经验仍在积累中。

　　针对预计的暴露环境、维护可能性、所要求的寿命及整体更换的费用和方便程度等具体情况，在设计阶段如果另外有一种比较经济的方式可以预防氯化物的浸入，对于新的构筑物来讲，很少发现使用阴极保护的例证。然而，如果在设计阶段做出对新的构筑物应用阴极保护的决定，那么在制造阶段就要考虑一些措施，以方便后面阴极保护的应用，这将大大地降低费用,改善和简化有效电流的分布、监控。在安装阴极保护前进行维修是很有必要的，修复剥离的护层的材料。

　　由于可利用的驱动电位低，除了浸没在海水中的混凝土中的钢筋外，牺牲阳极保护通常不适用。

　　适于阴极保护的是那些已经或认为将要被氯化物侵蚀的构筑物的单体，