第6章 電化學(xué)保護

1、 電化學(xué)腐蝕的必要條件是：陽極、陰極、電化學(xué)腐蝕的必要條件是：陽極、陰極、電介質(zhì)、電流回路。除去或改變其中任何電介質(zhì)、電流回路。除去或改變其中任何一個條件即可阻止或減緩腐蝕的進行。涂一個條件即可阻止或減緩腐蝕的進行。涂層能將金屬周圍的電介質(zhì)隔離開，實際上層能將金屬周圍的電介質(zhì)隔離開，實際上也有電化學(xué)防腐的作用。也有電化學(xué)防腐的作用。 （目前常用的海水腐蝕防護措施主要分（目前常用的海水腐蝕防護措施主要分為以下三種：選用耐蝕材料，施加保護性為以下三種：選用耐蝕材料，施加保護性涂層和電化學(xué)保護。）涂層和電化學(xué)保護。）6.1 陽極保護 對腐蝕介質(zhì)中的金屬結(jié)構(gòu)物進行陽極極化，使其表面形成鈍化膜，對腐蝕介

2、質(zhì)中的金屬結(jié)構(gòu)物進行陽極極化，使其表面形成鈍化膜，并通電維持其鈍化狀態(tài)，從而顯著降低腐蝕速度的保護措施稱為并通電維持其鈍化狀態(tài)，從而顯著降低腐蝕速度的保護措施稱為陽極陽極保護保護。 1958年首次在工業(yè)上應(yīng)用。年首次在工業(yè)上應(yīng)用。主要用于有氧化性且無主要用于有氧化性且無Cl-的酸、堿、鹽溶液中，要求材料必須具的酸、堿、鹽溶液中，要求材料必須具有鈍化性，因此有鈍化性，因此在海洋環(huán)境中忌用陽極保護，因為海水中含有大量在海洋環(huán)境中忌用陽極保護，因為海水中含有大量Cl-。 包括恒電位儀、輔助陰極、參比電極和被保護結(jié)構(gòu)物，以及附設(shè)電路和儀表等。1陰極材料 要求耐蝕，機械強度好，不發(fā)生氫脆。 濃硫酸中可使

3、用鉑、金、鑄鐵等； 稀硫酸中可使用銀、鋁青銅、石墨； 鹽水中可使用高鎳或高鉻合金、碳鋼； 堿液中可使用碳鋼。 陰極設(shè)置力求最佳電流分布，使被保護的結(jié)構(gòu)物整體均處于鈍化穩(wěn)定區(qū)。陰極安裝應(yīng)當(dāng)絕緣、牢固、方便維修。陰極引出線與被保護體之間絕緣良好，并進行絕緣密封。 2參比電極參比電極 有甘汞電極、氯化銀電極、硫酸亞汞電極或氧化亞汞電極，有甘汞電極、氯化銀電極、硫酸亞汞電極或氧化亞汞電極，根據(jù)介根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)和使用要求選定質(zhì)性質(zhì)和使用要求選定。 鉑在硫酸中，銀在鹽酸中或食鹽水中，鋅在堿性溶液中具有穩(wěn)定電鉑在硫酸中，銀在鹽酸中或食鹽水中，鋅在堿性溶液中具有穩(wěn)定電位，也可作參比電極使用。位，也可作參比電極使

4、用。 參比電極應(yīng)分別設(shè)置在距離陰極近、中、遠三處，平時以中間為監(jiān)參比電極應(yīng)分別設(shè)置在距離陰極近、中、遠三處，平時以中間為監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，近、遠處的參比電極可用來觀察電位分布或臨時使用?？貥?biāo)準(zhǔn)，近、遠處的參比電極可用來觀察電位分布或臨時使用。3電器設(shè)備電器設(shè)備 恒電位儀，工業(yè)用一般要求為恒電位儀，工業(yè)用一般要求為624V，50500A。根據(jù)陽極保護。根據(jù)陽極保護三參數(shù)和被保護體的面積估算。配電與走線要求安全合理，注意接地，三參數(shù)和被保護體的面積估算。配電與走線要求安全合理，注意接地，防止雜散電流腐蝕。防止雜散電流腐蝕。四、陽極保護方式四、陽極保護方式1單純陽極保護單純陽極保護 用同一套電器設(shè)備同時滿足

5、用同一套電器設(shè)備同時滿足icp和和ip的要求，往往遇到實際困難。因為二者數(shù)的要求，往往遇到實際困難。因為二者數(shù)值往往相差幾個數(shù)量級，如：在值往往相差幾個數(shù)量級，如：在100H2SO4中，對于碳鋼中，對于碳鋼icp100Am-2，ip0.5Am-2；在；在30%HNO3中，對于碳鋼中，對于碳鋼icp10000 Am-2，ip0.2Am-2，為解決這為解決這一矛盾，可以采取逐漸加液連續(xù)通電式或連續(xù)鈍化式一矛盾，可以采取逐漸加液連續(xù)通電式或連續(xù)鈍化式。 逐漸加液連續(xù)通電式是采取逐步加液，逐步鈍化，直至容器中盛滿液體和完逐漸加液連續(xù)通電式是采取逐步加液，逐步鈍化，直至容器中盛滿液體和完全鈍化，在此過程

6、中，所需電流一直維持較小數(shù)量級全鈍化，在此過程中，所需電流一直維持較小數(shù)量級。 連續(xù)鈍化式是預(yù)先涂覆臨時性涂層連續(xù)鈍化式是預(yù)先涂覆臨時性涂層，由于涂層有針孔，露出的面積很小，鈍，由于涂層有針孔，露出的面積很小，鈍化電流也較小，實際使用過程中涂層逐漸破損，破損處很快鈍化，直至涂層完全化電流也較小，實際使用過程中涂層逐漸破損，破損處很快鈍化，直至涂層完全剝落，容器完全鈍化，但其致鈍電流卻始終較小。剝落，容器完全鈍化，但其致鈍電流卻始終較小。 陽極鈍化法與其他防腐方法相結(jié)合的聯(lián)合保護技術(shù)往往具有更好陽極鈍化法與其他防腐方法相結(jié)合的聯(lián)合保護技術(shù)往往具有更好的防腐效果，的防腐效果，經(jīng)常采用的聯(lián)合保護是陽

7、極鈍化法經(jīng)常采用的聯(lián)合保護是陽極鈍化法。 主要有下列三種方式，即主要有下列三種方式，即。 例如：由于硫酸中的鈦與碳或鉑（電偶）相連接、熱硫酸中的鉻例如：由于硫酸中的鈦與碳或鉑（電偶）相連接、熱硫酸中的鉻鋼與鋼與Fe3O4 + MnO2相連接時可處于鈍化穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)初期使設(shè)備強制鈍相連接時可處于鈍化穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)初期使設(shè)備強制鈍化后，就可以用電偶方式保持其鈍化狀態(tài)?；螅涂梢杂秒娕挤绞奖３制溻g化狀態(tài)。五、應(yīng)用舉例（表6-2）設(shè)備名稱設(shè)備材料介 質(zhì)保護措施保護效果有機磺酸中和罐不銹鋼20%NaOH中加RSO3H中和鉑陰極，鈍化區(qū)電位范圍250mV孔蝕明顯減少，產(chǎn)品含鐵由（250300）10-6減少至（

8、620）10-6紙漿蒸煮鍋碳鋼（2.5m，H 12m）NaOH100gL-1，Na2S 35 gL-1，180致鈍電流4000A，維鈍電流600A腐蝕速度由1.9mma-1降至0.26mma-1硫酸儲槽碳鋼H2SO4I Ic c，即保護電流要比腐蝕電流大得多，即保護電流要比腐蝕電流大得多。圖6-3 陰極極化率較大時的極化曲線圖 圖6-4 陰、陽極極化曲線 相等或陽極極化率較大時 極化曲線圖四、陰極保護的影響因素腐蝕電池的極化 （3）周圍介質(zhì)腐蝕性的增大，會使保護電流相應(yīng)加大周圍介質(zhì)腐蝕性的增大，會使保護電流相應(yīng)加大。介質(zhì)中氯離子。介質(zhì)中氯離子濃度的增加、含氧量的增大、介質(zhì)攪動速度加快（如增加海

9、水流速）均使?jié)舛鹊脑黾?、含氧量的增大、介質(zhì)攪動速度加快（如增加海水流速）均使陰極極化減弱，從而使極化所需的電流增加，即保護電流增大。陰極極化減弱，從而使極化所需的電流增加，即保護電流增大。 介質(zhì)中化學(xué)成分的變化、含氧量的多少、介質(zhì)中化學(xué)成分的變化、含氧量的多少、pH值大小及離子種類、懸浮值大小及離子種類、懸浮物的多少對陰極保護都有影響物的多少對陰極保護都有影響。含氧量、。含氧量、pH值及介質(zhì)電導(dǎo)率都會影響陰極值及介質(zhì)電導(dǎo)率都會影響陰極極化速度，使得所需的陰極保護電流發(fā)生變化。極化速度，使得所需的陰極保護電流發(fā)生變化。 懸浮物的增多會使陰極表面發(fā)生磨損，導(dǎo)致陰極極化減弱，腐蝕電流懸浮物的增多會使

10、陰極表面發(fā)生磨損，導(dǎo)致陰極極化減弱，腐蝕電流增加，保護電流相應(yīng)增大增加，保護電流相應(yīng)增大。 溫度也會影響極化率溫度也會影響極化率。溫度升高使氧的溶解度降低，但同時擴散速度。溫度升高使氧的溶解度降低，但同時擴散速度加快，電極反應(yīng)速度加快，最終往往使得保護電流密度有所變化。加快，電極反應(yīng)速度加快，最終往往使得保護電流密度有所變化。四、陰極保護的影響因素 金屬表面的油漆涂層可以使金屬與周圍介質(zhì)隔離，但由于金屬表面的油漆涂層可以使金屬與周圍介質(zhì)隔離，但由于涂層并不是完全致密的，往往具有微小的孔隙和缺陷，在此局涂層并不是完全致密的，往往具有微小的孔隙和缺陷，在此局部會發(fā)生腐蝕。部會發(fā)生腐蝕。若陰極保護與

11、油漆聯(lián)合保護，則使得這些局部若陰極保護與油漆聯(lián)合保護，則使得這些局部得到保護，而且所需保護電流密度比裸露金屬要小得多得到保護，而且所需保護電流密度比裸露金屬要小得多。 在陰極保護時，接觸海水的陽極表面由于在陰極保護時，接觸海水的陽極表面由于pH值升高而形成值升高而形成石灰質(zhì)垢層，即電解被覆層。由于金屬表面被覆蓋，增加了表石灰質(zhì)垢層，即電解被覆層。由于金屬表面被覆蓋，增加了表面電阻，降低了防蝕電流密度，面電阻，降低了防蝕電流密度，提高了防腐效果提高了防腐效果。 由于形成石灰質(zhì)垢層后保護電流密度會大幅度降低，電位由于形成石灰質(zhì)垢層后保護電流密度會大幅度降低，電位分布更趨均勻分布更趨均勻，因而在陰極

12、保護過程中，常常最初控制較大電，因而在陰極保護過程中，常常最初控制較大電流密度，使表面盡快形成致密的石灰質(zhì)垢層，然后采用較小的流密度，使表面盡快形成致密的石灰質(zhì)垢層，然后采用較小的電流密度來維持。電流密度來維持。涂覆層6.3 犧牲陽極陰極保護法一、犧牲陽極的性能及種類一、犧牲陽極的性能及種類1犧牲陽極的性能要求犧牲陽極的性能要求 （1）陽極電位。）陽極電位。犧牲陽極要有足夠負的電位，不僅要有足夠負的開路犧牲陽極要有足夠負的電位，不僅要有足夠負的開路電位，而且要有足夠負的工作電位，并能與被保護金屬之間產(chǎn)生較大的驅(qū)電位，而且要有足夠負的工作電位，并能與被保護金屬之間產(chǎn)生較大的驅(qū)動電壓，另外要求陽極

13、本身極化小，電位穩(wěn)定。動電壓，另外要求陽極本身極化小，電位穩(wěn)定。 （2）電流效率。）電流效率。犧牲陽極的電流效率是指實際電容量與理論電容量的犧牲陽極的電流效率是指實際電容量與理論電容量的百分比，用百分比，用%表示。工程要求犧牲陽極具有較高的電流效率和較小的自腐表示。工程要求犧牲陽極具有較高的電流效率和較小的自腐蝕速度。蝕速度。 6.3 犧牲陽極陰極保護法一、犧牲陽極的性能及種類一、犧牲陽極的性能及種類 （3）陽極消耗率。）陽極消耗率。犧牲陽極的消耗率是單位電量所消耗的陽犧牲陽極的消耗率是單位電量所消耗的陽極質(zhì)量，單位是極質(zhì)量，單位是kgA-1h-1或者或者kgA-1a-1。對于犧牲陽極來說，實

14、際測得的。對于犧牲陽極來說，實際測得的消耗單位質(zhì)量犧牲陽極所產(chǎn)生的電量越大（消耗單位質(zhì)量犧牲陽極所產(chǎn)生的電量越大（Ahkg-1），則陽極消耗率越小。），則陽極消耗率越小。 （4）腐蝕特征。）腐蝕特征。犧牲陽極的表面腐蝕特征是評定陽極性能的指標(biāo)之一。犧牲陽極的表面腐蝕特征是評定陽極性能的指標(biāo)之一。對于性能良好的陽極，要求表面腐蝕均勻，無難溶的沉積物。陽極使用壽對于性能良好的陽極，要求表面腐蝕均勻，無難溶的沉積物。陽極使用壽命長，不產(chǎn)生局部腐蝕脫落。犧牲陽極本身的合金組織成分及熔煉鑄造工命長，不產(chǎn)生局部腐蝕脫落。犧牲陽極本身的合金組織成分及熔煉鑄造工藝條件是決定陽極腐蝕特征的重要因素。藝條件是決定

15、陽極腐蝕特征的重要因素。2犧牲陽極種類犧牲陽極種類 目前常用犧牲陽極的種類有目前常用犧牲陽極的種類有鋅合金陽極、鋁合金陽極和鎂合金陽極鋅合金陽極、鋁合金陽極和鎂合金陽極，另外還有另外還有錳合金陽極和鐵合金陽極錳合金陽極和鐵合金陽極。在海水中常用的犧牲陽極為。在海水中常用的犧牲陽極為鋅合金陽鋅合金陽極和鋁合金陽極極和鋁合金陽極。1）鋅合金陽極）鋅合金陽極 鋅合金陽極是使用較早且較普遍的一種陽極。鋅陽極的種類很多，有鋅合金陽極是使用較早且較普遍的一種陽極。鋅陽極的種類很多，有純鋅體系，純鋅體系，Zn-Al系，系，Zn-Sn系，系，Zn-Hg系等等，但常用的鋅陽極主要是純系等等，但常用的鋅陽極主要是

16、純鋅系和鋅系和Zn-Al-Cd系，這兩種陽極的性能見系，這兩種陽極的性能見表表6-7。性性 能能純鋅，鋅合金純鋅，鋅合金相對密度相對密度7.14開路電位開路電位/V（vs.SCE）-1.03對鐵的驅(qū)動電壓對鐵的驅(qū)動電壓/V0.20理論發(fā)生電量理論發(fā)生電量/ Ahg-10.82海水中海水中電流效率電流效率/%953mAcm-2發(fā)生電量發(fā)生電量/Ahg-10.78消耗量消耗量/kgA-1a-111.8土壤中土壤中電流效率電流效率/%650.03mAcm-2發(fā)生電量發(fā)生電量/Ahg-10.53表6-7 鋅陽極的性能 由于鋅陽極本身含鐵量高，會造成陽極表面溶解狀態(tài)不好，使得電流由于鋅陽極本身含鐵量高，

17、會造成陽極表面溶解狀態(tài)不好，使得電流效率降低。效率降低。20世紀(jì)世紀(jì)60年代后，我國研制出三元鋅合金陽極，并制定出國家年代后，我國研制出三元鋅合金陽極，并制定出國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)GB4950-85。其化學(xué)成分和電化學(xué)性能見。其化學(xué)成分和電化學(xué)性能見表表78。 由于由于三元鋅陽極的電化學(xué)性能優(yōu)越，具有性能穩(wěn)定、電流效率高、溶三元鋅陽極的電化學(xué)性能優(yōu)越，具有性能穩(wěn)定、電流效率高、溶解性能好、有自動調(diào)節(jié)陽極電流的能力，因而被廣泛用于船舶、海底管線、解性能好、有自動調(diào)節(jié)陽極電流的能力，因而被廣泛用于船舶、海底管線、油艙、海水冷凝器及其它海上構(gòu)筑物油艙、海水冷凝器及其它海上構(gòu)筑物。其缺點是對雜質(zhì)（銅和鐵）較敏

18、感，。其缺點是對雜質(zhì)（銅和鐵）較敏感，有效電量小，實際消耗率大，使被保護體負荷較重，保護壽命短。有效電量小，實際消耗率大，使被保護體負荷較重，保護壽命短。化學(xué)元素化學(xué)元素AlCd雜質(zhì)最大含量雜質(zhì)最大含量FeCuPbSiZn含量含量/% 0.30.50.050.120.0050.0050.0060.125余余量量項目項目開路開路電位電位/V（vs.SCE）工作工作電位電位/V（vs.SCE）理論發(fā)生理論發(fā)生電量電量/Ahg-1實際發(fā)生電量實際發(fā)生電量/ Ahg-1電流電流效率效率/%溶解溶解狀況狀況性能性能-1.05-1.09-1.00-1.050.820.7895腐蝕腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)物容易容易脫落。

19、脫落。表面表面溶解溶解均勻均勻表68 Zn-A1-Cd系合金的化學(xué)成分及鋅犧牲陽極的電化學(xué)性能2）鋁合金陽極）鋁合金陽極 鋁合金陽極是在鋅陽極的基礎(chǔ)上，為了開發(fā)優(yōu)質(zhì)長壽命陽極而研制的。鋁合金陽極是在鋅陽極的基礎(chǔ)上，為了開發(fā)優(yōu)質(zhì)長壽命陽極而研制的。自自20世紀(jì)世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展。我國也形成三大系列，較常用的為年代開始迅速發(fā)展。我國也形成三大系列，較常用的為Al-Zn-In系，其化學(xué)成分、電化學(xué)性能見系，其化學(xué)成分、電化學(xué)性能見表表79。 鋁合金陽極的特點是鋁合金陽極的特點是：理論發(fā)電量大，密度小，可以設(shè)計成長壽命陽理論發(fā)電量大，密度小，可以設(shè)計成長壽命陽極，重量輕，制造工藝簡便，材料來源充

20、足，電化學(xué)性能優(yōu)良，有自動調(diào)極，重量輕，制造工藝簡便，材料來源充足，電化學(xué)性能優(yōu)良，有自動調(diào)節(jié)電流和電位的作用，被廣泛應(yīng)用于海上采油設(shè)備、海底管線、船舶、海節(jié)電流和電位的作用，被廣泛應(yīng)用于海上采油設(shè)備、海底管線、船舶、海上構(gòu)筑物、濱海電廠的海水系統(tǒng)上構(gòu)筑物、濱海電廠的海水系統(tǒng)。鋁陽極的電流效率一般比鋅陽極低，活。鋁陽極的電流效率一般比鋅陽極低，活化起動性能和溶解性能比鋅陽極差，而且不適于高電阻率介質(zhì)?；饎有阅芎腿芙庑阅鼙蠕\陽極差，而且不適于高電阻率介質(zhì)。 目前，鋁合金陽極的發(fā)展向著提高電流效率，改善溶解性能，目前，鋁合金陽極的發(fā)展向著提高電流效率，改善溶解性能，適于高適于高電阻率介質(zhì)及高、低

21、溫海水環(huán)境方向發(fā)展電阻率介質(zhì)及高、低溫海水環(huán)境方向發(fā)展。例如，開發(fā)研制出熱海水陽極，。例如，開發(fā)研制出熱海水陽極，半咸水陽極及海泥中鋁陽極。為了使海上輸油管得到有效的保護，還開發(fā)半咸水陽極及海泥中鋁陽極。為了使海上輸油管得到有效的保護，還開發(fā)出手鐲式犧牲陽極，使得鋁犧牲陽極安裝更合理，發(fā)生電流盡可能滿足管出手鐲式犧牲陽極，使得鋁犧牲陽極安裝更合理，發(fā)生電流盡可能滿足管道要求，以滿足所需要的保護壽命。道要求，以滿足所需要的保護壽命。合金種類合金種類化 學(xué) 成 分/%AlInCdSnMgSiFeCuAlAl-Zn-In-Cd 2.54.50.0180.0500.0500.0200.80.16V0.

22、02余量余量Al-Zn-In-Sn2.25.20.0200.0450.0180.0350.80.160.02余量余量Al-Zn-Ir-Si5.57.50.025-0.0350.100.150.160.2余量余量Al-Zn-In-Sn-Mg2.54.00.0200.0500.0250.0750.501.000.130.160.02余量余量項目項目開路電位開路電位/V（vs.SCE）工作電位工作電位/V（vs.SCE）實際發(fā)生電實際發(fā)生電量量/ Ahg-1電流效率電流效率/%溶解狀況溶解狀況性能性能-1.05-1.09-1.00-1.050.7895腐蝕產(chǎn)物容易脫腐蝕產(chǎn)物容易脫落，表面溶解均落，表

23、面溶解均勻勻表6-9 Al-Zn-In系合金的化學(xué)成分Al-Zn-In電化學(xué)性能二、犧牲陽極保護設(shè)計 犧牲陽極保護的效果主要取決于犧牲陽極材料及合理的保護設(shè)計，其基本步驟如下：1）收集設(shè)計參數(shù) 收集材質(zhì)、表面狀況、幾何形狀及有關(guān)環(huán)境資料；設(shè)定保護電流密度；了解保護面積及結(jié)構(gòu)特點；根據(jù)保護年限和所需保護電流計算犧牲陽極的重量。2）選擇犧牲陽極材料及規(guī)格 根據(jù)保護年限及要求，選擇犧牲陽極材料（如鋅陽極或鋁陽極），根據(jù)安裝要求、結(jié)構(gòu)條件和保護電流，選擇犧牲陽極的布設(shè)位置和間距，并確定陽極的尺寸及規(guī)格。3）計算陽極數(shù)量的驗算 根據(jù)總的防蝕面積和防蝕電流，計算得陽極重量和數(shù)量，并需再行驗算。 犧牲陽極陰

24、極保護設(shè)計施工工藝流程： 首先要基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)整體設(shè)計壽命要求確定犧牲陽極保護壽命tf (years)；結(jié)合實際情況及業(yè)主要求確定保護類型犧牲陽極或外加電流；根據(jù)已有現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)或前期試驗確定設(shè)計保護電流密度ic和設(shè)計保護電位Ec；結(jié)合結(jié)構(gòu)圖紙計算被保護結(jié)構(gòu)及其附屬結(jié)構(gòu)的陰極保護面積Ac；計算所需保護電量Ma、陽極選型及設(shè)計、用量確定、數(shù)量和使用壽命校核、陽極生產(chǎn)、陽極分布圖繪制、安裝及位置調(diào)整。2. 陽極類型：2.1 Stand off 式：TYPE 1:597.4kg,2222pc;TYPE 2:601.9kg,425pc;陽極監(jiān)測2.2 Flush mounted 嵌入式：2.3 B

25、racelet 鐲型：三、應(yīng)用舉例1海水管道 隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展及淡水資源的缺乏，利用海水作為冷卻水的發(fā)電廠已成為能源部門的發(fā)展方向。目前，我國已相繼建設(shè)了幾十座濱海電廠，因此，海水對輸水管道的腐蝕成為濱海電廠急需解決的問題。由于海水的強腐蝕性和具體情況的不同，對于海水管道的防腐蝕需要進行現(xiàn)場調(diào)查及相應(yīng)設(shè)計。1）犧牲陽極保護設(shè)計的準(zhǔn)備工作 在對電廠海水冷卻管道進行陰極保護設(shè)計以前，需收集以下資料和數(shù)據(jù)。 （1）海水水溫、鹽度及其變化，以及含氧量與電阻率等。 （2）海水流速及海生物附著情況。 （3）管道材質(zhì)、表面狀況、幾何形狀、面積及結(jié)構(gòu)。 （4）涂層種類和狀況。 （5）設(shè)備的維修周期。2）

26、陰極保護設(shè)計 例如某濱海電廠處于亞熱帶，裝機容量為6600MW，冷卻水為一次性海水，管道由直徑3040mm，每節(jié)長度6m的A3鋼管焊接而成。（1）設(shè)計參數(shù)（以每節(jié)長度6m計） 海水管道內(nèi)徑：3000mm； 每節(jié)管道長度：6m； 海水電阻率：30cm； 設(shè)計溫度：1032； 設(shè)計壽命：15a； 陽極類型：長條型支架陽極； 陽極化學(xué)成分：Al-Zn（2.5%4.5%）-In（0.03%0.04%）-Cd（0.0l%0.02%）； 陽極在海水中的開路電位：1.101.18V（VsAgAgCl）； 陽極在海水中的工作電位：1.05V（vsAgAgCl）； 陽極在海水中的電流效率：85%； 陽極在海水中

27、的消耗率：3.8kgA-1a-1； 實際發(fā)電量：0.263Aakg-1； 陽極在涂漆管道上的保護電流密度：30mAm-2； 保護電位變化范圍：0.850.95V（vsSCE）。（2）陽極設(shè)計 a保護面積：S3 m6 m56.52 m2； b總保護電流：IiS 30mA56.521695.6 mA； c根據(jù)保護年限15a，可計算所需陽極總重量為： W= aI0.263113.8kg（0.85） d選用長條狀陽極（115+85）mm800mm80mm，則陽極發(fā)生電流為IaE/R，這里鋁陽極的E0.30V，依據(jù)公式，其中rC25.78，則R為0.180，計算Ia0.300.1801.67（A）。因為

28、IaI，則選用每塊18kg的陽極，需要NGGl113.8186.36塊。（3）陽極安裝 為了使電流分布均勻，采用對稱安裝方式，因每段管道長6m，焊接處需適當(dāng)加強保護，故選定在每段管道水平中線兩側(cè)的中部和距兩管端1m處各放置一塊陽極，整個管道內(nèi)的陽極對稱排列。三、應(yīng)用舉例2船舶 某艦艇船體為碳鋼CT4焊接而成，涂六道瀝青系油漆，有推進器3只，材料為錳青銅，舵板1只，進塢周期為1.5a。1）浸水面積 艇殼水下面積：Sn341 m2； 推進器表面積：Sd4.2 m2； 舵板表面積： Sp4.5 m2。2）保護參數(shù)選擇 艇殼保護電流密度：in4 mAm-2； 推進器保護電流密度：id150 mAm-2

29、； 舵板保護電流密度：ip25 mAm-2。3）犧牲陽極數(shù)量計算 船體水下各部位所需的保護電流值分別為： InSnin13864 mA； IdIdid630 mA； IpSpip112.5 mA。 采用鋅-鋁-鎘合金犧牲陽極（250mm100mm35mm），每塊陽極發(fā)生電流量為I發(fā)170 mA，則該艇各部位所需陽極塊數(shù)分別為： 艇殼： InI發(fā)8.02，取8塊； 推進器：IdI發(fā)3.71，取4塊； 舵： IpI發(fā)0.66，取l塊。6.4 外加電流陰極保護法一、外加電流陰極保護系統(tǒng)特點 外加電流陰極保護系統(tǒng)是將外設(shè)直流電源的負極接被保護金屬結(jié)構(gòu)，正極接安裝在金屬結(jié)構(gòu)防腐一側(cè)的外部并與其絕緣的輔助

30、陽極。電路接通后，電流從輔助陽極經(jīng)海水至金屬結(jié)構(gòu)形成回路，金屬結(jié)構(gòu)陰極極化得到保護。其特點為： （1）可隨外界條件（如海區(qū)、流速、溫度等）引起的變化自動調(diào)節(jié)電流，使被保護部分的電位控制在預(yù)置最佳保護電位范圍內(nèi)。 （2）保護周期長，采用不溶性高效輔助陽極，使用壽命可達1020a。 （3）輔助陽極排流量大，作用半徑大，可以保護結(jié)構(gòu)復(fù)雜、面積較大的設(shè)備及港工建筑與地下管道等。二、外加電流保護系統(tǒng)的組成 外加電流陰極保護系統(tǒng)由輔助陽極、參比電極、陽極屏蔽層和直流電由輔助陽極、參比電極、陽極屏蔽層和直流電源等四部分組成源等四部分組成。1輔助陽極材料輔助陽極材料 在外加電流保護系統(tǒng)中與直流電源正極連接的外

31、設(shè)電極稱之為輔助陽極，其作用是使電流從電極經(jīng)介質(zhì)到被保護體表面。輔助陽極材料的電化學(xué)性能、機械性能、工藝性能及結(jié)構(gòu)形狀、大小、分布與安裝等對其壽命和保護效果都有影響。理想的陽極材料應(yīng)具有下列性能： （1）導(dǎo)電性能好，陽極極化小，表面電阻?。?（2）排流量大； （3）耐腐蝕，消耗量小，壽命長； （4）材料應(yīng)具有一定的機械強度，耐磨損，并耐沖擊和振動； （5）機械加工性能好，易于加工成各種形狀； （6）材料易獲得，價格相對便宜。材料材料成分成分工作電流密工作電流密度度/Am-2損耗率損耗率/kgA-1a-1壽命壽命/a種類種類使用范圍使用范圍高硅鑄鐵高硅鑄鐵14.517%Si0.3%0.8%Mn0

32、.5%0.8%C551000.31.0性能硬，機性能硬，機械加工困難械加工困難海洋設(shè)施、海洋設(shè)施、淡水、地淡水、地下下石墨石墨10300.040.8性脆，強度性脆，強度低低海水、地海水、地下下鉛銀合金鉛銀合金2%3%Ag502500.16性能良好，性能良好，價格便宜價格便宜海水海水鉛銀微鉑鉛銀微鉑1%2%Ag鉛銀表面嵌鉑絲鉛銀表面嵌鉑絲60010000.01010性能良好，性能良好，輸出電流大，輸出電流大，價格便宜價格便宜海水海水鍍鉑鈦鍍鉑鈦鉑層度鉑層度2.510m50012500.00610-3610性能良好，性能良好，體積小，較體積小，較昂貴昂貴海水、淡海水、淡水、地下水、地下涂釕鈦涂釕鈦

33、鈦表面涂鈦表面涂二氧化釕二氧化釕10000.47610-34.5海水及其海水及其他介質(zhì)他介質(zhì)鉑鈮絲鉑鈮絲鉑鈮復(fù)合材料鉑鈮復(fù)合材料1000610-610性能較好，性能較好，價格高價格高海水海水鈦基鈦基/混合混合金屬氧化物金屬氧化物6003.610-68性能較好性能較好海水海水鉑銥合金鉑銥合金10%20%銥銥1800可忽略可忽略性能良好，性能良好，較昂貴較昂貴海水海水表610 輔助陽極性能常用輔助陽極材料的性 能示于表610。2參比電極 在外加電流陰極保護系統(tǒng)中，參比電極被用來測量被保護體的電位，并向控制系統(tǒng)傳遞信號，以便調(diào)節(jié)保護電流的大小，使結(jié)構(gòu)的電位處于給定范圍。 參比電極應(yīng)具有下列性能： （

34、1）在長期使用過程中，參比電極應(yīng)保持電位穩(wěn)定，重現(xiàn)性好； （2）參比電極應(yīng)允許通過微量電流，且不產(chǎn)生嚴(yán)重極化； （3）參比電極的使用壽命要長； （4）受外界溫度及環(huán)境條件影響要小，溫度系數(shù)要?。?（5）有一定的機械強度，耐海水沖刷，耐磨損，便于安裝。常用參比電極性能見表611。種種 類類電極電位電極電位/V（vs.SCE）鋼保護電鋼保護電位位/V（vs.SCE）生產(chǎn)生產(chǎn)工藝工藝穩(wěn)定性穩(wěn)定性極化性能極化性能壽命壽命a用途用途銀銀/氯化銀氯化銀0.00-0.80復(fù)雜復(fù)雜穩(wěn)定穩(wěn)定不易極化不易極化510用于海水中用于海水中外加電流設(shè)外加電流設(shè)備備銅銅/硫酸銅硫酸銅0.05-0.85簡單簡單較穩(wěn)定較穩(wěn)定

35、不易極化不易極化23手提式，用手提式，用于現(xiàn)場觀測于現(xiàn)場觀測鋅電極（純鋅電極（純鋅）鋅）-1.03+0.23簡單簡單穩(wěn)定穩(wěn)定不易極化不易極化610用于海水中用于海水中外加電流系外加電流系統(tǒng)統(tǒng)表611 25海水中常用參比電極性能 參比電極電位與鋼的保護電位的關(guān)系是，無論采用何種參比電圾，對于鋼來說，只要使鋼的自然腐蝕電位向負方向移動200300mV，便為保護電位范圍。在表64中，已列出不同參比電極對鋼的保護電位值。 通過大量的試驗得出下列結(jié)論，即在陰極保護系統(tǒng)中，將鋼的保護電位規(guī)定在以下的范圍內(nèi)保護效果為最佳，相對銀/氯化銀電極，鋼的保護范圍是0.801.00V；相對銅飽和硫酸銅電極，鋼的保護范

36、圍是0.851.05V；相對鋅參比電極，鋼的保護電位是+0.23+0.03V。如果鋼的保護電位不在以上范圍，則會發(fā)生欠保護或過保護現(xiàn)象。3陽極屏蔽層陽極屏蔽層 在外加電流系統(tǒng)工作時，從陽極排出較大的電流，陽極周圍被保護結(jié)構(gòu)的電位會很負，以致產(chǎn)生析氫現(xiàn)象，使附近的涂層破壞，降低保護效果。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，并擴大電流的分布范圍，以確保陰極保護效果，需在輔助陽極周圍涂裝絕緣屏蔽層。 一般對陽極屏蔽材料的性能要求如下： （1）有較高的粘附性和韌性，能耐海水沖擊； （2）耐海水、耐堿、特別是耐氯氣性能好； （3）絕緣性能好； （4）使用壽命長； （5）工藝性能好，施工簡單，原料易得。 常用的陽極屏蔽材

37、料有三類： （1）涂層：環(huán)氧瀝青系涂料、氯丁橡膠和玻璃鋼涂料； （2）薄板：聚四氟乙烯、聚氯乙烯和聚乙烯等薄板； （3）覆蓋絕緣層的金屬板。4供電電源供電電源 在外加電流陰極保護系統(tǒng)中所使用的供電電源有恒電位儀、整流器、直流發(fā)電在外加電流陰極保護系統(tǒng)中所使用的供電電源有恒電位儀、整流器、直流發(fā)電機、太陽能電池等，比較常用的為恒電位儀。防腐工程中對于恒電位儀性能要求如機、太陽能電池等，比較常用的為恒電位儀。防腐工程中對于恒電位儀性能要求如下：下： （1）根據(jù)參比電極提供的信號，能自動調(diào)節(jié)保護電流，使被保護體始終處于預(yù)）根據(jù)參比電極提供的信號，能自動調(diào)節(jié)保護電流，使被保護體始終處于預(yù)定保護電位范圍

38、內(nèi)；定保護電位范圍內(nèi)； （2）電位控制誤差）電位控制誤差0.01V； （3）給定電位范圍）給定電位范圍1.50V，0+1.5V，連續(xù)可調(diào)；，連續(xù)可調(diào)； （4）輸入阻抗）輸入阻抗1M； （5）紋波電壓不大于自定義輸出直流電壓的）紋波電壓不大于自定義輸出直流電壓的5%； （6）具有限流或過流保護裝置，過欠保護電位的顯示報警及斷電報警裝置；）具有限流或過流保護裝置，過欠保護電位的顯示報警及斷電報警裝置； （7）絕緣電阻（冷態(tài)），對標(biāo)稱電壓至）絕緣電阻（冷態(tài)），對標(biāo)稱電壓至60V的儀器，對地絕緣電阻不小于的儀器，對地絕緣電阻不小于10M，對標(biāo)稱電源電壓大于對標(biāo)稱電源電壓大于60V的儀器，對地絕緣電阻不

39、小于的儀器，對地絕緣電阻不小于100M； （8）穩(wěn)態(tài)時參數(shù)正常工作，瞬態(tài)時能可靠工作。）穩(wěn)態(tài)時參數(shù)正常工作，瞬態(tài)時能可靠工作。整流方式整流方式特點特點適用范圍適用范圍穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性缺缺 點點可控硅可控硅體積小，重量輕，體積小，重量輕，輸出功率大，可靠輸出功率大，可靠性強性強船舶、管線及船舶、管線及平臺的保護平臺的保護穩(wěn)定性強，使穩(wěn)定性強，使用壽命長用壽命長過載能力不強，過載能力不強，調(diào)試較麻煩，調(diào)試較麻煩，需加過流保護需加過流保護裝置裝置磁飽和磁飽和線路簡單，過載能線路簡單，過載能力強，便于維護力強，便于維護適用于各類陰適用于各類陰極保護系統(tǒng)極保護系統(tǒng)穩(wěn)定性強，使穩(wěn)定性強，使用壽命長用壽命長

40、裝置笨重，工裝置笨重，工藝復(fù)雜藝復(fù)雜晶體管晶體管體積小，精度高，體積小，精度高，工作可靠，操作簡工作可靠，操作簡單單適用于小型船適用于小型船舶及較小規(guī)模舶及較小規(guī)模外加電流保護外加電流保護系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性強，使穩(wěn)定性強，使用壽命較長用壽命較長輸出功率低，輸出功率低，使用范圍受限使用范圍受限制制表表6-12 恒電位儀的種類及特點恒電位儀的種類及特點恒電位儀的種類及特點見表612。三、外加電流陰極保護系統(tǒng)設(shè)計1. 保護參數(shù)的選擇保護參數(shù)的選擇 各種不同的金屬材料在海水中、有不同的腐蝕電位和保護電流密度，各種不同的金屬材料在海水中、有不同的腐蝕電位和保護電流密度，在陰極保護設(shè)計中必須正確選擇這些參數(shù)。

41、不同的金屬或合金都有一定的在陰極保護設(shè)計中必須正確選擇這些參數(shù)。不同的金屬或合金都有一定的保護電位范圍，對于港工設(shè)施和近海平臺、船舶等，其主要結(jié)構(gòu)材料是鋼，保護電位范圍，對于港工設(shè)施和近海平臺、船舶等，其主要結(jié)構(gòu)材料是鋼，在海水中的最佳保護范圍應(yīng)控制在在海水中的最佳保護范圍應(yīng)控制在0.801.00V（vsAgAgCl）。）。 保護電流密度的確定與鋼材本身的性質(zhì)及其他因素均有關(guān)系，如海水保護電流密度的確定與鋼材本身的性質(zhì)及其他因素均有關(guān)系，如海水狀況，地理條件和涂層情況等，因此應(yīng)根據(jù)實際情況確定。狀況，地理條件和涂層情況等，因此應(yīng)根據(jù)實際情況確定。2設(shè)計步驟設(shè)計步驟 （1）了解被陽極保護部分的基

42、本設(shè)施參數(shù)和有關(guān)圖紙資料，如材質(zhì)、表）了解被陽極保護部分的基本設(shè)施參數(shù)和有關(guān)圖紙資料，如材質(zhì)、表面狀況（涂層）、尺寸、水下面積、結(jié)構(gòu)電連接等。面狀況（涂層）、尺寸、水下面積、結(jié)構(gòu)電連接等。 （2）了解所在海區(qū)的環(huán)境條件及海水狀況、含氧量、濕度、鹽度、潮汐、）了解所在海區(qū)的環(huán)境條件及海水狀況、含氧量、濕度、鹽度、潮汐、電阻率和流速等，以便選擇合適電流密度。電阻率和流速等，以便選擇合適電流密度。 （3）根據(jù)各部分（或不同材質(zhì)）所要保護的面積和保護電流密度，計算）根據(jù)各部分（或不同材質(zhì)）所要保護的面積和保護電流密度，計算總的保護電流量。總的保護電流量。 （4）根據(jù)被保護物的結(jié)構(gòu)尺寸、保護年限和所需總

43、保護電流，選用適當(dāng)）根據(jù)被保護物的結(jié)構(gòu)尺寸、保護年限和所需總保護電流，選用適當(dāng)?shù)碾娫丛O(shè)備、輔助陽極材料、結(jié)構(gòu)、尺寸和數(shù)量，以及參比電極的類型、的電源設(shè)備、輔助陽極材料、結(jié)構(gòu)、尺寸和數(shù)量，以及參比電極的類型、結(jié)構(gòu)和數(shù)量。結(jié)構(gòu)和數(shù)量。 （5）根據(jù)被保護物的結(jié)構(gòu)情況和輔助陽極的保護范圍，確定輔助陽極和）根據(jù)被保護物的結(jié)構(gòu)情況和輔助陽極的保護范圍，確定輔助陽極和參比電極的布置。參比電極的布置。 （6）如果要涂刷陽極屏蔽層，可根據(jù)海水電阻率與輔助陽極最大排流量，）如果要涂刷陽極屏蔽層，可根據(jù)海水電阻率與輔助陽極最大排流量，結(jié)合實用要求，選用一定的屏蔽層材料并計算出陽極屏尺寸。結(jié)合實用要求，選用一定的屏蔽

44、層材料并計算出陽極屏尺寸。四、應(yīng)用舉例 1）保護面積 泵殼內(nèi)表面面積：40 m2； 葉輪表面積：15 m2； 泵軸保護面積：8m2。 2）保護參數(shù)選擇 葉輪的保護電流密度：0.6Am-2； 泵軸及泵殼的保護電流密度：0.2Am-2； 總電流為：18.6A。1. 循環(huán)水泵 某濱海電廠循環(huán)水泵為某濱海電廠循環(huán)水泵為4臺臺72LKXA-17.5型的立式混流泵，內(nèi)腔采用外型的立式混流泵，內(nèi)腔采用外加電流陰極保護方法，保護年限為加電流陰極保護方法，保護年限為10a。按照每臺水泵計算如下：。按照每臺水泵計算如下： 3）設(shè)計 輔助陽極選用鍍鉑鈦圓盤狀陽極5只，適用的工作電流密度為2.507.50Adm-2。

45、每個輔助陽極表面積為100cm2，使用電流為3.72Adm-2，鉑層厚度為10m。 參比電極采用AgAgCl電極，每臺泵內(nèi)設(shè)置兩只。 恒電位儀采用24V36A可控硅型，每臺泵設(shè)置1臺。四、應(yīng)用舉例1. 循環(huán)水泵 某濱海電廠循環(huán)水泵為4臺72LKXA-17.5型的立式混流泵，內(nèi)腔采用外加電流陰極保護方法，保護年限為10a。按照每臺水泵計算如下：2海水熱交換器設(shè)備 沿海電廠、石化廠等海水冷卻系統(tǒng)的腐蝕比較嚴(yán)重，各種類型的海水熱交換器都采用陰極保護和涂層聯(lián)合保護的方法。 1）鋼冷卻器被保護面積 水室2個，面積為20m2；管線68mm，長7.3m，共384根，因受保護面積限于管端長度為14，則S142

46、0.203m2，則總面積約為78 m2。 2）保護電流密度 水室100 mAm-2；管內(nèi)50 mAm-2。 3）所需保護電流：5.9A 設(shè)計選用14V12A恒電位儀一臺，鉛銀合金輔助陽極2只，鋅參比電極1只。四、應(yīng)用舉例6.5 陰極保護新進展一、犧牲陽極的發(fā)展 隨著陰極保護技術(shù)的普及，對于犧牲陽極來說，人們對此有了更加深刻的認識。目前，犧牲陽極的實用配方已經(jīng)基本定型和標(biāo)準(zhǔn)化，但開發(fā)高效、耐用、經(jīng)濟的犧牲陽極則成為犧牲陽極材料的發(fā)展方向，其中又以鋁合金陽極的性能研究及開發(fā)最為突出。 此外與熱油輸送管道保護有關(guān)的高溫陽極也成為發(fā)展方向。在犧牲陽極機理研究方面，對于鋁合金陽極中銦、汞等元素的活化作用

47、機理，鋁基犧牲陽極的溶解過程和負差異效應(yīng)，鋅陽極晶間腐蝕的原因和對策以及探索用工業(yè)純原料代替高純原料制造犧牲陽極等方面都有不同的進展。 在生產(chǎn)工藝及成型方面，通過對鑄造過程中的熱處理及改變陽極的常規(guī)形狀，以提高電化學(xué)效率及改變原來單調(diào)的外形，滿足陰極保護多樣化的發(fā)展，如用于管線的手鐲式陽極、用于保護管線的帶狀陽極及小尺寸的棒狀陽極等。二、外加電流陰極保護的發(fā)展 外加電流中使用的輔助陽極材料，由最普遍的石墨外加電流中使用的輔助陽極材料，由最普遍的石墨和高硅鑄鐵發(fā)展到鍍鉑鈦、鍍鉑鉭和鉛銀陽極和高硅鑄鐵發(fā)展到鍍鉑鈦、鍍鉑鉭和鉛銀陽極。最近。最近國內(nèi)外使用貴金屬包覆陽極的趨勢在增大，如鉑鈮絲、國內(nèi)外使

48、用貴金屬包覆陽極的趨勢在增大，如鉑鈮絲、鉑鉭絲等。鉑鉭絲等。此外，陽極形式也發(fā)生了變化此外，陽極形式也發(fā)生了變化，如，如LIDA陽極，它們單個陽極用導(dǎo)線連成一串，在析氯環(huán)境陽極，它們單個陽極用導(dǎo)線連成一串，在析氯環(huán)境（海水）或析氧（土壤或淡水）環(huán)境中使用。（海水）或析氧（土壤或淡水）環(huán)境中使用。 參比電極的精度及使用壽命關(guān)系到參比電參比電極的精度及使用壽命關(guān)系到參比電極的好壞，目前極的好壞，目前長效參比電極（壽命長效參比電極（壽命510年）的發(fā)展及高純鎂電極和鉬年）的發(fā)展及高純鎂電極和鉬氧化鉬電氧化鉬電極都得到了應(yīng)用極都得到了應(yīng)用。 在對混凝土鋼筋實施陰極保護時，可采用以下陽極在對混凝土鋼筋實

49、施陰極保護時，可采用以下陽極，其一是網(wǎng)狀輔助陽極，其一是網(wǎng)狀輔助陽極，即在金屬鈦網(wǎng)上涂以混合金屬氧化物。其二是導(dǎo)電混凝土，即用導(dǎo)電材料全即在金屬鈦網(wǎng)上涂以混合金屬氧化物。其二是導(dǎo)電混凝土，即用導(dǎo)電材料全部或部分代替混凝土中的骨料，依靠這些導(dǎo)電組分間緊密接觸而導(dǎo)電。其三部或部分代替混凝土中的骨料，依靠這些導(dǎo)電組分間緊密接觸而導(dǎo)電。其三是柔性陽極，它可以改變普通輔助陽極導(dǎo)電均勻性差，易受介質(zhì)電阻率影響是柔性陽極，它可以改變普通輔助陽極導(dǎo)電均勻性差，易受介質(zhì)電阻率影響的缺點，可在更復(fù)雜的場合下使用的缺點，可在更復(fù)雜的場合下使用。 三、陰極保護的發(fā)展方向 電化學(xué)陰極保護在海水及土壤環(huán)境中，如艦艇、鋼結(jié)

50、構(gòu)物、油氣輸送管道等方面基本上還采用經(jīng)典或半經(jīng)驗性的設(shè)計方法，今后在計算機輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和監(jiān)測技術(shù)等方面會有較大的發(fā)展。 1陰極保護工程計算機輔助設(shè)計專家?guī)煜到y(tǒng) 采用計算機技術(shù)專門進行陰極保護設(shè)計，分為常規(guī)法和現(xiàn)代法。 常規(guī)法是采用演習(xí)已久的陽極計劃設(shè)計思想、歐姆定律和法拉第定律對陰極保護系統(tǒng)進行設(shè)計，其優(yōu)點是有著近半個世紀(jì)的設(shè)計實驗和實際應(yīng)用經(jīng)驗，仍是現(xiàn)階段通用的國際陰極保護系統(tǒng)設(shè)計的主要手段。缺點是設(shè)計思想單一，對陰極保護系統(tǒng)實際運行的發(fā)展態(tài)式無能為力。不能動態(tài)地對系統(tǒng)進行有效設(shè)計。 現(xiàn)代法是現(xiàn)代法是采用有限差分法、有效元法和邊界元法等數(shù)值分析方法對陰采用有限差分法、有效元法和邊界元法

51、等數(shù)值分析方法對陰極保護系統(tǒng)進行設(shè)計，特別是計算機計算：有著良好的應(yīng)用前景，缺點是極保護系統(tǒng)進行設(shè)計，特別是計算機計算：有著良好的應(yīng)用前景，缺點是對邊界條件要求苛刻，邊界條件試驗準(zhǔn)確性直接影響到設(shè)計準(zhǔn)確性，否則對邊界條件要求苛刻，邊界條件試驗準(zhǔn)確性直接影響到設(shè)計準(zhǔn)確性，否則結(jié)果將具有很大的偏差。結(jié)果將具有很大的偏差。 無論是常規(guī)設(shè)計法還是現(xiàn)代設(shè)計法并不是矛盾對立的，而是相輔相成無論是常規(guī)設(shè)計法還是現(xiàn)代設(shè)計法并不是矛盾對立的，而是相輔相成的。的。只有將兩種方法有效的結(jié)合起來，發(fā)揮各自的長處，才能對陰極保護只有將兩種方法有效的結(jié)合起來，發(fā)揮各自的長處，才能對陰極保護系統(tǒng)進行最優(yōu)化設(shè)計，這也是今后的

52、發(fā)展方向系統(tǒng)進行最優(yōu)化設(shè)計，這也是今后的發(fā)展方向。 陰極保護專家?guī)煜到y(tǒng)是陰極保護系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)管理的一個應(yīng)用方面陰極保護專家?guī)煜到y(tǒng)是陰極保護系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)管理的一個應(yīng)用方面，它是基于知識庫和專家推理機制而發(fā)展的一個計算機應(yīng)用系統(tǒng)，對于不熟它是基于知識庫和專家推理機制而發(fā)展的一個計算機應(yīng)用系統(tǒng)，對于不熟悉陰極保護的人來說非常有用，也是屬于腐蝕保護領(lǐng)域計算機進行管理的悉陰極保護的人來說非常有用，也是屬于腐蝕保護領(lǐng)域計算機進行管理的應(yīng)用方面之一。應(yīng)用方面之一。 數(shù)據(jù)庫是腐蝕與防護學(xué)科的一個重要組成部分?jǐn)?shù)據(jù)庫是腐蝕與防護學(xué)科的一個重要組成部分，是幾年、幾十年的數(shù)，是幾年、幾十年的數(shù)據(jù)積累，在陰極保護設(shè)

53、計中占有重要的地位，隨著關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，據(jù)積累，在陰極保護設(shè)計中占有重要的地位，隨著關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計已脫離了冗余計算等繁瑣的過程，多媒體數(shù)據(jù)庫的編制已成數(shù)據(jù)庫的設(shè)計已脫離了冗余計算等繁瑣的過程，多媒體數(shù)據(jù)庫的編制已成為當(dāng)今的時尚。為當(dāng)今的時尚。2. 陰極保護設(shè)計中的數(shù)值計算方法陰極保護設(shè)計中的數(shù)值計算方法1）傳統(tǒng)陰極保護設(shè)計的缺點與數(shù)值技術(shù)的發(fā)展）傳統(tǒng)陰極保護設(shè)計的缺點與數(shù)值技術(shù)的發(fā)展 在傳統(tǒng)的陰極保護設(shè)計中，犧牲陽極或外加電流系統(tǒng)的輔助陽極在保護系在傳統(tǒng)的陰極保護設(shè)計中，犧牲陽極或外加電流系統(tǒng)的輔助陽極在保護系統(tǒng)中的位置主要是根據(jù)工程設(shè)計的經(jīng)驗，以直觀的方式確定的。統(tǒng)中的

54、位置主要是根據(jù)工程設(shè)計的經(jīng)驗，以直觀的方式確定的。 對于簡單的海洋結(jié)構(gòu)，直觀的設(shè)計是可以滿足設(shè)計要求的，但對于復(fù)雜的對于簡單的海洋結(jié)構(gòu)，直觀的設(shè)計是可以滿足設(shè)計要求的，但對于復(fù)雜的深水平臺，經(jīng)驗設(shè)計方法經(jīng)常會導(dǎo)致構(gòu)件上保護電位的分布不均勻，有些構(gòu)件深水平臺，經(jīng)驗設(shè)計方法經(jīng)常會導(dǎo)致構(gòu)件上保護電位的分布不均勻，有些構(gòu)件可能形成過保護，析氫并破壞構(gòu)件表面涂層，對于高強度材料甚至造成氫脆?？赡苄纬蛇^保護，析氫并破壞構(gòu)件表面涂層，對于高強度材料甚至造成氫脆。同時，另一些構(gòu)件則可能由于保護不足而發(fā)生各種腐蝕。對于結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的深同時，另一些構(gòu)件則可能由于保護不足而發(fā)生各種腐蝕。對于結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的深水導(dǎo)管架，構(gòu)

55、件間的相互屏蔽作用比較嚴(yán)重，采用經(jīng)驗方法更難使保護電流達水導(dǎo)管架，構(gòu)件間的相互屏蔽作用比較嚴(yán)重，采用經(jīng)驗方法更難使保護電流達到均勻分布，特別是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的節(jié)點處。到均勻分布，特別是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的節(jié)點處。 在傳統(tǒng)陰極保護設(shè)計中，各種環(huán)境數(shù)據(jù)，如海水流速、水溫、溶解氧含量等參數(shù)，在設(shè)計中只能定性參考，不能實際應(yīng)用于陰極保護的設(shè)計計算中去，這是造成傳統(tǒng)陰極保護設(shè)計過于保守的重要因素。陰極保護設(shè)計中系統(tǒng)的電阻為RRa+ Rc + Rm，其中Ra是陽極與海水間的電阻，可采用Dwight和Sunde方程計算；Rc是陰極與海水間的電阻；Rm為陰極與陽極間的金屬電阻。傳統(tǒng)陰極保護設(shè)計中同時忽略了Rc和Rm，但有

56、明顯的跡象表明，海洋結(jié)構(gòu)中的Rc是應(yīng)該加以考慮的，在某些復(fù)雜節(jié)點處如導(dǎo)管、樁袖處Rc的值可能相當(dāng)高。 在環(huán)境惡劣的海域，傳統(tǒng)陰極保護設(shè)計的海洋結(jié)構(gòu)保護明顯不足，例如在英國的北海油田進行的一次海地管線調(diào)查表明，傳統(tǒng)的陰極保護設(shè)計不能使海地管線計劃到滿意的保護電位，與新的設(shè)計結(jié)果相差很大。新的設(shè)計使手鐲式犧牲陽極的間隔從傳統(tǒng)設(shè)計的500m減至120m，而把原來的陽極與陰極的面積比由1:632降至1:222，可見傳統(tǒng)設(shè)計在惡劣海域的局限性。 由于開發(fā)海域的逐漸加深及平臺結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，特別是深水張力腿式平臺，深達幾千英尺，使得深水平臺的造價大幅度增加，高達幾千萬美元。對于一個使用壽命為2040a的平

57、臺，如果采用新的設(shè)計方法可節(jié)省39%的犧牲陽極重量，對于一個大型深水平臺，如果采用傳統(tǒng)設(shè)計方法，就意味著將有幾百噸鋁合金被白白浪費了，并且由于過多使用犧牲陽極而造成的平臺載荷增加會影響平臺穩(wěn)定性，從而使導(dǎo)管架設(shè)計強度增加，由此造成的浪費也是很大的。 在過去十幾年中，隨著計算機的普及，應(yīng)用計算機對海洋結(jié)構(gòu)采用數(shù)值技術(shù)設(shè)計陰極保護系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，這種趨勢和世界范圍內(nèi)在更深海域的石油鉆探和生產(chǎn)活動有關(guān)，一些大型海洋結(jié)構(gòu)的尺寸和復(fù)雜性都達到了空前的程度，因此，就要求有一種更完美、更可靠的方法來設(shè)計海洋結(jié)構(gòu)的陰極保護系統(tǒng)。第六章 電化學(xué)保護 20世紀(jì)80年代初，美國首先將數(shù)值技術(shù)用于海洋采油平臺的電

58、位分布預(yù)測和陰極保護設(shè)計中，并取得了很大成功。這充分顯示了數(shù)值技術(shù)在海洋平臺陰極保護電位分布場研究中的優(yōu)越性。 陰極保護設(shè)計的計算機數(shù)值計算其基本原理就是利用計算機技術(shù)，預(yù)先確定各種陰極保護設(shè)計方案，然后進行陰極保護電位分布場的數(shù)值計算，求出在這個方案中的保護電位場，利用計算機的輔助設(shè)計功能進行修改、調(diào)整及優(yōu)化。與傳統(tǒng)陰極保護設(shè)計相比，數(shù)值技術(shù)的主要優(yōu)點是：第六章 電化學(xué)保護 （1）平臺陰極保護設(shè)計中利用數(shù)值方法，可以同時進行多種設(shè)計方案及其電位分布的預(yù)測，從而優(yōu)化設(shè)計，避免保護不足和過保護現(xiàn)象，如果給定迭代精度，也可以確定陽極的合理布置方案，以確保電位場的均勻性；（2）根據(jù)電位分布及等位線圖

59、，可以預(yù)測腐蝕情況和進行實時腐蝕速度檢測，從而改善對平臺保護系統(tǒng)的管理；（3）對各種環(huán)境參數(shù)及保護參數(shù)進行綜合考慮，使設(shè)計方案最佳化，大幅度降低工程造價和減少犧牲陽極用量；（4）由于采用了計算機輔助設(shè)計，節(jié)省了設(shè)計時間，使原來需要幾個星期的設(shè)計工作在很短時間內(nèi)完成，大大提高了工作效率。第六章 電化學(xué)保護 2）數(shù)值技術(shù)在海洋結(jié)構(gòu)陰極保護設(shè)計中的應(yīng)用）數(shù)值技術(shù)在海洋結(jié)構(gòu)陰極保護設(shè)計中的應(yīng)用 一個復(fù)雜的海洋平臺陰極保護所形成的電位場是與許多空間不對稱的一個復(fù)雜的海洋平臺陰極保護所形成的電位場是與許多空間不對稱的陽極陽極-陰極位置有關(guān)的，他們互相干擾，互相評比，陰極的極化行為受到海陰極位置有關(guān)的，他們

60、互相干擾，互相評比，陰極的極化行為受到海水電阻率、流速、溶解氧含量、表面狀態(tài)及陰極極化史的影響，這么多影水電阻率、流速、溶解氧含量、表面狀態(tài)及陰極極化史的影響，這么多影響因素的綜合作用，只有采用數(shù)值技術(shù)才能較好地加以考慮。響因素的綜合作用，只有采用數(shù)值技術(shù)才能較好地加以考慮。數(shù)值技術(shù)根據(jù)能量守恒原理來確定電位場中電位的強度及分布，采用適當(dāng)數(shù)值技術(shù)根據(jù)能量守恒原理來確定電位場中電位的強度及分布，采用適當(dāng)?shù)哪芰科胶饽Ｐ秃瓦吔鐥l件，計算整個數(shù)值模型中能量最小條件下的電位的能量平衡模型和邊界條件，計算整個數(shù)值模型中能量最小條件下的電位梯度和每個元素中維持這個最小能量平衡所需要的電流，這就是數(shù)值技術(shù)梯度