牺牲阳极的阴极保护和外加电流原理

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

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

牺牲阳极法阴极保护的设计计算

实施阴极保护的金属集购物上的点位和电流分布函数是复杂的，它不仅与被保护金属结构物材料、牺牲阳极材料、环境介质条件直接相关，而且还与结构物的几何构型密切有关。从原理上考虑，牺牲样激发和外加电流阴极保护的点位、电流分布的计算式基本相同的，它们都是保护电流在复杂电阻体系上产生的电压降结果。绵延分布的管线是几何构型最简单的一种结构物，它是一维延伸的，在数学上容易处理。许多复杂几何构型物往往可以看作为若干一维节段的组合和叠加。所以，阴极保护的设计计算常以埋地管线作为计算对象。 牺牲阳极法阴极保护的设计计算一般包括以下几个步骤。 ⑴确定最小保护电流密度i

对被保护结构物的最小保护电流密度确定，首选亏电实验值。可在现场安装一临时店员和接地极进行馈电试验，再根据达到保护电位时所对应的极化电流强度，推算出最小保护电流密度的取值范围。若无馈电实验值，一般可根据文献资料和经验选取。也可采用下式进行理论计算： I=△EO/RU

式中i—保护电流密度，mA/m2

△E—最小保护电位对结构物自腐蚀电位的负偏移值（极化电位，mV），△EO通常取300mV，它是最小保护电位-850mV（SCE）与钢铁在普通土壤中自腐蚀电位【一般为-550 mV

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

牺牲阳极法阴极保护的设计计算

实施阴极保护的金属集购物上的点位和电流分布函数是复杂的，它不仅与被保护金属结构物材料、牺牲阳极材料、环境介质条件直接相关，而且还与结构物的几何构型密切有关。从原理上考虑，牺牲样激发和外加电流阴极保护的点位、电流分布的计算式基本相同的，它们都是保护电流在复杂电阻体系上产生的电压降结果。绵延分布的管线是几何构型最简单的一种结构物，它是一维延伸的，在数学上容易处理。许多复杂几何构型物往往可以看作为若干一维节段的组合和叠加。所以，阴极保护的设计计算常以埋地管线作为计算对象。 牺牲阳极法阴极保护的设计计算一般包括以下几个步骤。 ⑴确定最小保护电流密度i

对被保护结构物的最小保护电流密度确定，首选亏电实验值。可在现场安装一临时店员和接地极进行馈电试验，再根据达到保护电位时所对应的极化电流强度，推算出最小保护电流密度的取值范围。若无馈电实验值，一般可根据文献资料和经验选取。也可采用下式进行理论计算： I=△EO/RU

式中i—保护电流密度，mA/m2

△E—最小保护电位对结构物自腐蚀电位的负偏移值（极化电位，mV），△EO通常取300mV，它是最小保护电位-850mV（SCE）与钢铁在普通土壤中自腐蚀电位【一般为-550 mV

　　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。

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河南汇龙合金材料有限公司

1.牺牲阳极保护设计

首先在离心球墨铸铁管中进行模拟实验。在直径为3mm、长为5m的钢丝上，每隔10cm浇铸一块圆柱形阳极（长为200mm，直径为22mm。设计寿命4年。每串阳极总重量为8600g，管内海水电阻率为50~100Ω·cm，海水流速为4m/s，水温为28~32℃，海水流动静止交替进行，在管子底部装有锌参比电极，用以测量管子的保护电位。

2.保护效果

实验共进行12个月，结果表明其保护效果很好，与设计寿命相一致。实验结束后，在T/T Sta Scont油轮的部分管路中装上了寿命为4年的串阳极。使用两年后进行检查，在装有阳极的管子中未发现任何腐蚀现象，在未装有阳极的管子中有不同深度的孔蚀。证明保护效果是相当好的。阳极材料消耗50%左右，证明原设计4年寿命与实际消耗也是相符的。随后将船上的所有管道都装上了串阳极，用于保护水管内壁的腐蚀。

管道的阴极保护与杂散电流保护

1．阴极保护的基本原理

金属管道的周围环境包括土壤、水和含有水蒸气的气体，均含有一定的电解质，尤其是埋设的金属管道和水下特别是海水中的金属管道，周围环境的电解质含量更多，因此金属管道几乎都存在电化学腐蚀。除采用外防腐涂料防腐外，还要采用阴极保护措施抑制电化学腐蚀。另外当外界有杂散电流时，例如电气化铁路、电车、以接地为回路的输电系统等直流电力系统，会使处在电解质溶液中的金属管道产生电解而腐蚀，应采取排流保护措施。

电化学腐蚀分为原电池腐蚀和电解腐蚀。原电池腐蚀系指金属在电解质溶液中形成原电池而产生的腐蚀；电解腐蚀系指外界杂散电流使电解溶液中的金属进行电解而产生的腐蚀。

阴极保护的原理如图所示：

被保护的金属管道电位较低，称为阳极，辅助阳极或牺牲阳极电位更低，两者之间在电解质溶液中产生电流，使被保护的金属管道得以保护。阴极保护有两种方法，其原理相同。

外加电流阴极保护：利用直流电源，通过辅助阳极对被保护的金属管道通以恒定电流，使阴极变化，以防止腐蚀，此法为外加电流保护法，如图所示。

两种阴极保护方法的优缺点比较如表所示。

两种阴极保护方法的优缺点比较

常用阳极材料性能如表所示。

常用阳极材料性能

的保护。

牺牲阳极材料需要满足下述要求：

辅助

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

1

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