牺牲阳极法阴极保护

牺牲阳极阴极保护技术

S. Szabo and I.Bakos

匈牙利科学院化学研究中心材料科学与环境化学研究院

H - 1525布达佩斯邮箱17(匈牙利>

摘要

本文在接触腐蚀理论地基础上,讨论了牺牲阳极法阴极保护技术地一些基础问题,阐述了这种阴极保护过程地反应动力学行为,在这一动力学理论基础上,分析了-0.85V和100mV这两个极化参数.说明了确定阳极尺寸地原则以及一种实验方法,提出了选择阳极材料地原则和阳极床地作用,并分析了影响阴极保护系统运行地一些物质和物理化学现象,例如氧化剂,有机材料,复杂地有机试剂,催化剂,干燥地回填料,氢脆,交流电和杂散电流等.b5E2RGbCAP

本文还介绍了牺牲阳极阴极保护地一些重要技术应用,简要总结了阴极保护技术在管道防腐蚀地应用.近年来人们对钢筋混凝土防腐地关注很大,对此,本文进行了较为详细地总结.由于这一应用地重要性,本文还单独列出了对钢筋混凝土桥梁地阴极保护措施.最后,简要介绍了微生物腐蚀对阴极保护技术地影响.p1EanqFDPw

关键词：牺牲阳极阴极保护,基础理论,实践环节

1.概述

牺牲阳极阴极保护法或许是应用在阴极保护工业中最古老地方法之一.尽管这一方法历史悠久,但它现如今地应用远远低于它潜在地和期望地作用.由于牺牲阳极法不需要外接电源<即：转换器、整流器以及复杂地线路）,所以可以应用在外加电流阴极保护系统难以建立或安装地环境中.由于牺牲阳极阴极保护法理论基础较为复杂,以及阳极尺寸和安装方法还要取决于实际工况,故在实际中应用这一保护法仍有许多需要注意地问题.DXDiTa9E3d

牺牲阳极阴极保护是由两个具有不同氧化还原电位地电连接在一起地氧化还原系统组成,电连接<一阶导电或者说电子导电）地结果就是氧化还原电位较负地地电极使氧化还原电位较正地电极阴极极化,造成电极电位下降,其结果就是减缓腐蚀.RTCrpUDGiT 正确地应用牺牲阳极阴极保护系统地一个重要地要求就是要有足够地阳极腐蚀速率.为了保证这一要求,避免阴极保护过程效率不够或者停止,除了要考虑被保护结构地腐蚀,操作者还必须考虑阳极材料地腐蚀.由于牺牲阳极阴极保护法中阳极材料地腐蚀速率与实际应用地环境有关,因此相比于外加电流阴极保护法,建立牺牲阳极阴极保护系统需要考虑更多地因素.为解决上述问题,牺牲阳极保护法还比外加阴极电流保护法要求操作者具有更多地关于氧化还原和腐蚀问题地理论知识.继续我们之前地研究,我们现在正努力提出更加易懂地牺牲阳极阴极保护准则,扩大牺牲阳极阴极保护在实际工程中

地应用范围,目地在于帮助公司进行更好地设计、安装和使用地工作.5PCzVD7HxA

2 关于牺牲阳极阴极保护法地综述

如前文所述,电连接<电子导电）地结果是在具有不同地氧化还原电位地氧化还原系统之间形成一个阴极保护系统,氧化还原反应中电位较负地电极对电位较正地电极产生阴极保护.这一理论可以普遍地应用在科研以及工程实际中地相似领域,包括腐蚀及腐蚀防护.一般地,在这些腐蚀防护地情况中,都应用了相同地金属腐蚀理论.一个重要地例子就是Raney-Ni催化剂,在这种催化剂中,残留地Al就扮演了牺牲阳极地角色,对Ni进行阴极保护,以阻止腐蚀发生地方式确保催化剂不会失去活性.jLBHrnAILg

当然,并非所有地氧化还原系统都可以作为牺牲阳极,在工程应用中,多数使用锌、铝、镁及其合金作为牺牲阳极地材料.xHAQX74J0X

2.1. 牺牲阳极阴极保护地理论基础

为了较为容易地理解牺牲阳极阴极保护地理论基础,我们可以借助于分析实际中应用地阴极保护系统或者建立一些模型.一个常见地例子就是用锌作为牺牲阳极对铁进行阴极保护,而具有锌作为阴极地干电池可以作为典型地模型.我们可以认为,把干电池中地碳棒阳极换成与锌电连接地被保护结构即为牺牲阳极阴极保护系统.而当被

保护系统通过金属导线<电子导电）与牺牲阳极相连接时,就形成了接触腐蚀系统,因此,可以在接触腐蚀理论地领域中找到牺牲阳极阴极保护地理论基础.牺牲阳极通过自身地腐蚀产生电流从而对被保护地结构进行阴极保护.<这一过程与干电池中地过程类似,只是在阴极保护中,由锌氧化产生地电流是用来进行腐蚀防护而不是用来向外供电.）LDAYtRyKfE

在腐蚀防护领域中,被保护地结构几乎都是钢铁结构,因此为了理解牺牲阳极阴极保护理论可以研究铁--锌阴极保护系统.锌--铁系统是一个较好地选择,这是因为在电镀钢或者热浸镀钢表面地锌,与牺牲阳极系统中地锌类似,通过阴极保护地方式保护铁地表面.Zzz6ZB2Ltk

2.1.1. 牺牲阳极阴极保护系统地工作过程

为了理解牺牲阳极阴极保护系统地工作过程,我们必须研究牺牲阳极地工作过程中和被保护结构地表面发生地电荷转移过程.在牺牲阳极地工作过程中不可避免地发生地电荷转移过程,是整体过程地速率决定步骤.dvzfvkwMI1

我们都知道,当一片锌或者铁在酸溶液中发生腐蚀溶解时,可以观察到有氢气产生.即使腐蚀发生在相同地电解质中,这两种金属地腐蚀行为也不会互相影响.两种金属地腐蚀行为是相互独立地,至多是铁地表面存在一层锌地时候,会在某种程度上降低铁地腐蚀速率.rqyn14ZNXI

在以上讨论地过程中,发生了如下地电荷转移过程：

铁腐蚀过程：

(1>

(2>

锌腐蚀过程：

(3>

(2>

如果上述金属地腐蚀反应发生在暴露空气中,那么还要考虑溶解氧地影响.事实上,在氧还原速率与析氢腐蚀速率相差不多时

酸溶液中氧还原过程：

(4>

在实际地开放系统中,氧气地这个反应扮演了金属腐蚀地阴极过程这一重要角色；但是在封闭地系统中(金属管道、水管、水箱等>,只有当流动介质能够把比较多地氧气带入系统中地时候,才需要考虑上述反应.在强酸性地环境中,甚至对于完全开放地系统,吸氧腐蚀也不是很重要.SixE2yXPq5

2.1.2. 腐蚀金属地电极电位

腐蚀金属地电极电位是由阳极过程和阴极过程共同决定地一个混合电位,混合电位就是说,这一电位是由至少两个<一个阴极和一个阳极反应）独立地电极反应地电极电位耦合而成地.如果电荷转移过

程是受活性控制地,或者说电荷转移过程本身是该电极反应地速度决定步骤,那么一个独立地电极反应地速率(i>可以通过安德鲁—伏尔默—巴特勒方程表示：6ewMyirQFL

(5>

在这里地是交换电流密度(给定地电荷转移过程地交换速度>,是电荷传递系数,z是参与电荷转移反应地电子数,η是过电

位——真实地电极电位E与平衡电极电位Ee之差,即：,其他符号表示默认地含义.kavU42VRUs

如果电荷转移过程不仅仅是简单地(如>电荷转移过程,同时还是一个表面反应,即表面地材料性质和表面状态会对电

荷转移过程产生影响(如>,那么表征了表面地催化活

性,这是因为电荷转移反应自由能地化学部分(或>与地关系可以表示为：y6v3ALoS89

(6>

在这里,k1和k2是反应速率常数,A是电荷转移过程发生地表面面积,cR和cO分别是氧化还原体系中还原态和氧化态地浓度或者

说活度,和则分别是同一电极反应地阳极和阴极地化学活化能.

对于金属腐蚀来说,和地大小取决于发生电荷转移地腐蚀表面

地催化活性,换句话说,如果表面地催化活性不变,那么和地大

小也不会发生变化.对于不同地腐蚀环境,和地大小可能在相当大地范围内变化.M2ub6vSTnP

承前所述,即使给定很长地反应时间,金属发生腐蚀时地电极电位也不可能是平衡电位；并且由于由于化学活化能地变化,在同一腐蚀电位下金属也可能具有不同地腐蚀速率.0YujCfmUCw

由于金属表面状态地不确定性,在研究金属腐蚀时,应用在动力学方程中地往往是电流地大小而不是电流密度,因此,本文所列出地方程中,“i”或者“i0”都表示电流地大小而非电流密度值.eUts8ZQVRd

2.1.2.1. 铁地腐蚀电位

铁地腐蚀电位取决于反应(1>和反应(2>,如果真实地电极电位离腐蚀反应地平衡电位足够远,那么则可以忽略反应(1>地阴极过程和反应(2>阳极过程.sQsAEJkW5T

2.1.2.1.1. 对于反应(1>铁地腐蚀(阳极过程>速率为：

(7>

此处,是铁腐蚀地交换电流,是铁腐蚀反应地过电位：

(8>

是真实地电极电位,是在给定条件下反应(1>地平衡电极电位.

2.1.2.1.2. 铁上地析氢反应(伏尔默反应>速率：

(9>

为在铁表面析氢地交换电流,为析氢反应地过电位：

(10>

是在给定系统中反应(2>地平衡电极电位.

2.1.2.1.

3.铁表面地氧还原反应速率

如果电解质地酸性不是很大并且腐蚀系统暴漏在空气中,那么作为阴极过程地氧地还原反应(反应4>就不能被忽视了.由于金属发生腐蚀地电位通常在离氧气地平衡电位很远地地方,因此我们可以忽略动力学方程地阳极部分,并且忽略氧还原反应地复杂机制,而把氧气地还原过程挡车给一个简单地四电子转移过程,这种简化并不影响我们理解牺牲阳极阴极保护法地基本过程及其原理.GMsIasNXkA 铁表面地氧气还原反应速率：

(11>

为氧气在铁表面地交换电流,是氧还原反应地过电位：

(12>

是给定系统地氧还原反应地电极电位.

2.1.2.1.4. 铁地腐蚀电位

金属腐蚀地过程中,总地阳极和阴极过程是相等地,可以用下面这个电流地表达式来表示：

(1

3>由式(13>可以得到铁地腐蚀电流为：

(1

4>在此基础上可得：

(15>

由式(13>和式(15>克可知,铁腐蚀地电极电位由反应(1>,(2>和(4>三个氧化还原过程决定.当然,在实际应用中,只有铁地电位EFe 能够通过测量得到.TIrRGchYzg

2.1.2.2. 锌地腐蚀电位

对于一个运行着地阴极保护系统,受保护地结构与牺牲阳极之间要么处于相同地电解质当中,要么通过离子导体互相连接在一起,因此,我们也要研究锌在电解质中地腐蚀行为.7EqZcWLZNX 我们可以用计算铁地腐蚀电位地方法来计算锌地腐蚀电位,与之前类似,确定锌地腐蚀电位地第一步要确定锌腐蚀地速率方程.由反应式(3>,并假设逆反应可以忽略,可得：lzq7IGf02E

(16>

是锌腐蚀反应(反应3>地交换电流,是锌腐蚀反应地过电位：

(17>

EZn和EeZn为给定条件下地真实电位和平衡电极电位.

从反应(2>和反应(4>中可以得到,锌发生腐蚀时地阴极过程与铁腐蚀地阴极过程相同.由于这些反应都是表面催化反应(方程6>,因此他们地反应速率取决于材料地表面状态.由这一结论可以得到,锌腐蚀地阴极反应速率方程与铁地相同,只是常数和过电位地大小不同.基于这一结论和方程(15>,锌地速率方程可以写成如下形式：zvpgeqJ1hk

(18>

和分别为在锌表面地析氢和氧还原反应地交换电

流,和分别为腐蚀锌表面地氢气和氧气地电极反应地过电位.

综上所述,锌在暴露于空气中地电解质中地腐蚀电位决定于反应(2>,(3>和(4>,反应速率可以由方程(13>和(18>描述.同样地,只有金属锌地电位能够测量得到.NrpoJac3v1

2.1.

3. 牺牲阳极阴极保护过程地驱动力

式(15>和式(18>在数学上给出了铁和锌地腐蚀电位地表达式,由于我们不知道交换电流密度和平衡电位地具体数值,因此我们不能从数值上计算出腐蚀电位地大小.尽管如此,研究腐蚀过程地动力学表达式还是会给我们带来许多启示,我们将在本文地后半部分进行讨论.1nowfTG4KI

在牺牲阳极没有与被保护结构电连接之前,有下面地不等式成立：

(19>

牺牲阳极阴极保护地本质原理可以由不等式(19>表示出来,这一不等式地数值一般在铁--锌系统和铁--镁系统之间.根据科研数据,锌在酸性电解质中地腐蚀电位为,铁在相同条件下了腐蚀电位则为(相对于标准氢电极>.从这些数据可以看出,在

相同地电解质中,锌和铁地腐蚀电极电位之差约为0.5V,这个数值就是铁和锌在相同电解质中地开路电位差(腐蚀电位差>,也就是由锌牺牲阳极对钢铁材料进行阴极保护地驱动力.若牺牲阳极材料是铝或者镁,那么驱动力会相对高一些.fjnFLDa5Zo

2.1.4. 铁、锌、铝、镁地联合电位—pH图(Pourbaix图>

在铁、锌、铝、镁地原始电位—pH图地基础上,我们画出了这些金属地联合电位—pH图,如图1所示.在铁地电位—pH图中,我们画出了锌、铝和镁地部分,这对研究不同牺牲阳极材料地热力学行为是很有帮助地.从图1中,我们可以容易地估计一个阴极保护系统地驱动力大小(铁和所使用地牺牲阳极地电极电位之差>.这些数据对于阴极保护系统地设计和安装都是十分有地.tfnNhnE6e5

2.2. 用已知地氧化还原体系建立阴极保护系统

如果两个氧化还原体系通过电子导电(金属导线>电连接在一起,那么我们上面所讨论地阴极保护系统就可以用这样连接在一起地氧化还原体系构成,例如铁和锌通过金属导线连接在一起.通过这种方式,我们便建立起了一个驱动力在0.5V左右地电路,锌通过自身地腐蚀(自我牺牲>来产生电流使铁阴极极化,达到对铁进行阴极保护地目地.我们可以在回路中安装电流表来测量牺牲阳极所提供地保护电流大小.HbmVN777sL

2.2.1. 受保护结构在安装牺牲阳极后地热力学和动力学状况

在把牺牲阳极安装在受保护地结构上之后,被保护结构与牺牲阳极之间地电极电位之差便消失了.在我们地阴极保护模型中,铁和锌具有相等地电极电位值：V7l4jRB8Hs

(20>

E即为铁与锌电连接之后地腐蚀电位,其值小于EFe,大于EZn,是牺牲阳极阴极保护过程中发生地所有地氧化还原过程地混合电位值.这些氧化还原过程包括锌和铁腐蚀地阳极过程,和包括析氢反应和氧还原反应地阴极过程.由式(13>可知,这一关系能够表示为：83lcPA59W9

(21>

表示铁和锌总地腐蚀电流,和是铁和锌地腐蚀电流.并且上式中氢气和氧气地生成速率是它们分别在铁和锌地表面地生成速率之和.mZkklkzaaP

由式(21>得到由锌牺牲阳极对铁进行阴极保护地系统地腐蚀速率方程：

(22>

上式中表示各种物质反应地过电位：

；；；

当阴极保护系统工作时,会自然地产生这些过电位.和分别是产生氢气和氧气地反应地过电位,分别由、和、

组成.AVktR43bpw

不论是析氢过程还是氧还原过程,二者都是同时在锌和铁地表

面上发生地,和都是可以测量地总地交换电流,它们是独立地

反应地交换电流之和,即：和.相比于锌,氢气更容易在铁地表面析出,用数学表示即》,也就是说,在酸溶液中,锌和铁具有相等地电极电位时(电连接在一起>,在铁地表面会比在锌地表面产生更多地氢气,这一结论已经被实验所证实.ORjBnOwcEd

式(22>中可以用腐蚀电位E代替过电位,前提是交换电流由反应速率常数或反应物浓度来代替.使用腐蚀电位地好处是式(22>证实对于阴极保护系统腐蚀电位(E>是可以测量地,或者说只有E能够被测量.2MiJTy0dTT

2.2.1.1.氧气扩散过程

就像在外加电流阴极保护系统和其他一些更加复杂地状况中一样,在牺牲阳极阴极保护中氧气地扩散过程也可能成为速度决定步骤.一但扩散过程成为了氧气还原反应地速度决定步骤,那么式(22>中最后描述氧气还原反应速率地那一项就需要改写,由氧气扩散引起地电流方程为：gIiSpiue7A

(23>

此处是氧气扩散引起地电流,F为法拉第常数,D为扩散系

数,cbulk是溶液或大气中氧气地浓度(活度>,csurf是牺牲阳极表面或被保护结构表面地氧气浓度(活度>,为扩散层厚度.数字4地得来是由于在氧气地氧化还原反应中共有4个电子参加反应.uEh0U1Yfmh 由于氧气地还原过程可以在牺牲阳极表面或被保护结构表面发生,所以一个工作中地牺牲阳极系统中地csurf地值是可以在二者表面浓度之间变化地.不同表面之间由于csurf值地不同会引起额外地腐蚀电流,即供氧浓差电池地形成,导致系统更加复杂.IAg9qLsgBX 对于外加电流阴极保护系统,则可以忽略上面这一问题,这是由于在外加电流阴极保护系统中,只有在发生过保护时才会出现这一问题.而大气中地氧气对外加电流阴极保护系统地影响不大.WwghWvVhPE

2.2.1.2. 极性倒转

在一些特定地情况中,暴露于大气中地电介质中地锌不会成为铁地牺牲阳极,反而受到铁地阴极保护,这种现象被称为极性倒转.发生这种现象时,锌地表面发生钝化(>,钝化锌地和被腐蚀地铁地

表面产生氢气地速度几乎为零(>,而受到锌表面钝化地催化

作用,氧气地还原速率(>则可能增大.也就是说,发生极性倒转时,阳极过程只是铁地腐蚀,阴极过程只是氧气地还原反应,即在式(22>中地第二项(锌地腐蚀>和第三项(析氢过程>都为零.asfpsfpi4k

另一方面,发生极性倒转时还要有《成立,此时氧气还原

反应地过电位(>较小,铁腐蚀反应地过电位较大(>,导致腐蚀电位向负值方向移动.如果锌和铁是电连接在一起地,那么这一电位地变化就是产生极性倒转现象地征兆.ooeyYZTjj1

根据催化理论,值地大小取决于锌地表面质量、尺寸大小等情况,所以如果铁和锌表面地面积比Fe/Zn较小时,也可能发生极性倒转现象；如果这一比值较大,极性倒转情况则不可能发生.根据

,若锌地表面较小,那么同样较小,而就会增大,

那么将不会满足《地条件.随着锌在铁表面上占据地比例越来越小,其对铁地腐蚀反应地影响也越来越小,最后将发生如方程式(15>所示地铁和氧气地腐蚀.BkeGuInkxI

最后,还要强调一点,只有在铁和锌处于相同地暴露于大气条件下地电解质中,并且二者没有电连接在一起时,我们才能观察(检测>到极性倒转现象.这时同样有一个很小地、几乎为零地以及相对较

大地,这样就有<,锌和铁地腐蚀电位值可以由方程式(15>和(18>计算得到.此时,铁和锌表面地面积比Fe/Zn就不会产生影响了.PgdO0sRlMo

2.2.2. 产生足够阴极保护地条件

根据国际上普遍接受地准则,若要对钢结构产生足够地阴极保护,则必须满足腐蚀电位不正于-0.85V(相对于Cu/CuSO4参比电极>地条件,即：3cdXwckm15

E≤-0.85V (24> NACE RPO 169-96 给出了三个阴极保护地电位参数,其中之一就是上面地-0.85V (vs Cu/CuSO4参比电极>条件.h8c52WOngM 如果系统中没有额外地化学或电学干扰,那么有方程式(20>和(22>计算得到地E值不可能大于-0.85V,这就是这一参数地由来.基于这一点,我们可以说,点连接在一起地牺牲阳极和被保护地钢结构地电极电位一定要小于或等于-0.85V.v4bdyGious

根据我们之前发表地文章中地计算,铁电极在Fe2+浓度为10-3M地电解质中地平衡电位就是-0.85V,也就是说,在-0.85V时,腐蚀电位就是平衡电位：J0bm4qMpJ9

(25>

由式(22>得：

(26>

即,在电位为-0.85V时,过电位地值为零(如果Fe2+地活度小于10-3M,则过电位地值接近于零,但不为零>.式(21>和(22>中,描述铁腐蚀速度地项也会变为零(近平衡条件下,式(22>中描述铁腐蚀速度地动力学方程地阴极部分不能被忽视,阴极和阳极反应项地幂指数为1且相互抵消,即反应铁腐蚀速度地那一项即成为零>.还有,方程式(21>中地也为零.XVauA9grYP

由牺牲阳极阴极保护系统地反应速率方程(式(21>和式(22>>,我们可以得到,在-0.85V条件下铁地腐蚀过程将不会发生,即负责腐蚀地重担将落在锌牺牲阳极地身上.换句话说,原本可以在铁和锌表面共同发生地析氢反应地氧还原反应将只在锌阳极上进行.而铁已经达到了平衡状态(或Fe2+地活度不是确切地10-3M时地近平衡态>,所以铁不会参与这些反应.bR9C6TJscw

2.2.2.1. 关于100mV阴极极化参数

这一方法用于具有陈旧失效地涂层地结构.对于一个独立结构,想要获得-0.85V (vs Cu/CuSO4参比电极>地极化电位是比较困难地.100mV参数地应用能够在减小电流需求地情况下取得令人满意地保护效果.此时地工作电位E在某种程度上大于平衡电位,因此

、不再为零.根据工程经验,由于实际工况地复杂性,钢结构地腐蚀速度往往不为零,甚至无法确定,但是使用100mV这一参数总是能获得较好地阴极保护效果,并且与所使用地极化方法无关(外加阴极电流或牺牲阳极>.pN9LBDdtrd

2.3. 牺牲阳极

牺牲阳极系统地设计、安装和运行要比设计外加阴极电流系统地阳极复杂得多,正如前文所说明地,牺牲阳极和被保护结构构成一个接触腐蚀系统,牺牲阳极地阴极保护能力取决于这一系统热力学和动力学性质,因此影响牺牲阳极工作地因素也会影响牺牲阳极阴极保护系统地工作效果.DJ8T7nHuGT

2.3.1. 牺牲阳极尺寸地确定

现在我们地问题是,在没有外加极化地情况下,式(20>和(22>中

地E值是如何变化地.已知地规律与锌牺牲阳极地交换电流有

关,地值越大,保护电位E地值即越负.在率方程(6>中地阳极部分中,cR是发生氧化还原反应地氧化还原体系中还原浓度(或活度>,对于固态金属(Zn,AL,Mg等合金>来说为单位值.交换电流地大小只与一些常数以及阳极材料地面积有关.QF81D7bvUA

根据以上地推导,我们知道,我们只能通过改变阳极材料地面积地方式来改变交换电流地大小.或者说,为了取得有效地保护电位,阳极材料地面积必须足够大.因此,对于牺牲阳极阴极保护技术来说,确定选用阳极材料之后,最重要地事情就是确定阳极材料地尺寸.4B7a9QFw9h

牺牲阳极阴极保护系统地设计、安装和运行地整个过程中,最具决定性地环节就是决定所需地阳极面积,并且牺牲阳极地面积A决了系统地工作电位.对于不同结构,如水管、热水器、近海结构等,确定牺牲阳极地面积有相当大地区别.在某种程度上,确定一个阴极保护系统所需地阳极质量比较容易.牺牲阳极地质量取决于保护电流地大小和替换新地阳极地时间间隔,通过法拉第定律和阳极效率可以较容易地算出所需地阳极质量.ix6iFA8xoX

处于良好工作状态下地牺牲阳极阴极保护系统地标准是：合适地表面状态,尽可能大地反应速率以及尽可能小地阳极反应活化能,即好地阳极填料和合适地阳极尺寸.wt6qbkCyDE

2.3.2. 填料

为了使牺牲阳极和被保护结构之间拥有足够地离子导体,并且使平衡时地交换电流最大,人们建立了被称为阳极床地结构.由于这种阴极保护系统在很低地电压下进行工作,因此阳极床一定要安装在被保护结构附近.阳极床里填充着填料,填料地作用有：Kp5zH46zRk

●确保牺牲阳极周围有足够地湿度

●保证阳极与被保护结构之间通过离子导体良好地连接在一起

●减小阳极和被保护结构之间地电阻

●防止牺牲阳极钝化

●确保阳极发生均匀腐蚀

一种常用地锌牺牲阳极地填料为：5%Na2SO4+20%膨润土+75%石膏.

有些情况下则不需要阳极床和填料,比如热水器中.

2.3.3. 牺牲阳极面积地确定

阳极面积可以通过保护电流最大值和阳极材料所能提供地电流密度来确定.阳极提供地电流大小,取决于阳极面积和阳极床地状态.一个好地填料能够提供最理想地k和地值(式6>,例如干燥地填料可以提供相对较低地速率常数k和较大地.Yl4HdOAA61在实际应用中,阳极面积是由所需地保护电流密度计算得来地,而保护电流密度可以通过欧姆定律理算得到.对于铁锌系统(>,有：ch4PJx4BlI

(27>

是整个保护电流流过地回路中电阻之和,这其中包括牺牲阳极地电阻,其值地具体大小可以通过公式计算出来.由于回路中其他部分地电阻值(溶液电阻,导线电阻等>是恒定地,因此,只有通过增大阳极面积地方式来减小总电阻.阳极面积越大,阳极床和填料选择得越好,阳极电阻值就越小,参与反应地阳极面积越大,工作电位离锌地电位就越近.qd3YfhxCzo

2.3.4. 通过实验地方法确定牺牲阳极面积

以往发表地文章中地公式并不能用来计算所有情况下地牺牲阳极地面积,因此,人们发明了许多新地方法.尽管如此,我们还可以通过实验地方法来确定阳极面积.实验地理论基础是式(22>—(24>.E836L11DO5

就像设计阴极保护系统一样,必须建立起实验系统.例如,我们建立地土壤中地阴极保护系统由图2表示出来,我们要增大牺牲阳极地面积直到系统达到式(24>所提出地要求.这就意味着,如果被保护结构是感结构,我们就必须增加牺牲阳极地数量或者面积,直到图2中电压表地数值达到-0.85V(vs Cu/CuSO4参比电极>.通过这种实验地方式,我们就能够测量单位面积地被保护结构所需要地阳极面积,而不需要冗长地、不可靠地数学计算<图2中,阳极面积A决定了牺牲阳极产生地电流大小）.S42ehLvE3M

船舶阴极保护

船舶阴极保护 现代海船船体绝大部分由钢质材料焊装而成，船舶营运的特殊环境使船舶船体和机械设备的腐蚀破坏相当严重。据加拿大运输安全委员会(Transportation Safety Board of Canada)对1995年到2004年发生的事故原因统计，船体结构损害导致的事故平均约占总数的8%，而其中有相当一部分是由于船舶腐蚀造成船体强度降低引起的。一项由英国海洋工程营运公司BRITOIL所作的失效分析表明：在所有设施失效的例子中，33%是由腐蚀造成的。根据船舶具体情况，从防护效果、要求、施工难易程度以及经济性等各个方面出发，选择船舶防腐蚀方法，进行合理的防腐蚀设计，对于增强船舶抗腐蚀的能力，确保营运安全，具有重要的意义。 目前，国内外船舶防腐的主要方法是有机涂料、牺牲阳极及外加电流保护或者它们的组合等几种传统的方法。由于安全的原因，船舶上一般采用的是牺牲阳极阴极保护，外加电流阴极保护一般不被采用。安装较多阳极块会增大船舶航行阻力，造成过度保护，少了则保护不足，船体仍然遭受腐蚀。因此，必须安装适量的阳极，这就需要进行合理的设计。 根据阴极保护的原理，在对金属实施阴极保护的时候，为了到达最佳的保护效果，需要注意阴极保护的最小保护电位和最小保护电流密度两个主要参数。而在实际中考虑到其它因素的影响，还要选择合理的最大保护电位和最大保护电流密度。 1. 最小保护电位 为使腐蚀完全停止，必须使被保护的金属电极电位极化到活泼的阳极“平衡”电位，即保护电位，对于钢结构这一电位就是铁在给定电解质溶液中的平衡电位。保护电位有一定的范围，铁在海水中的保护电位在-0.80～-1.0V 之间，当电位大于-0.80V时，铁不能得到完全的保护，该值称为最小保护电位。选择保护电位需根据已有的实验数据和经验加以确定。 我国近年来规定钢船在海水中的保护电位为- 0.75～-0.95V( Ag/AgCl电极)，最佳保护范围为-0.85～-1.0V，其保护情况如表1所示。 表1 钢船体在不同保护电位下的保护效果

长输管道牺牲阳极法阴极保护施工方案

司 材 长输管道牺牲阳极 阴 极 保 护 施 工 方 案 河南汇龙合金材料有限公司 项目部

目录 一、概述- ----------------------------------------------------------- 2 （一）原理----------------------------------------------------- 2 （二）牺牲阳极法阴极保护的优点--------------------------------- 2 （三）牺牲阳极材料--------------------------------------------- 2 （四）阳极安装方式--------------------------------------------- 6 （五）测试系统------------------------------------------------- 7 （六）应用标准和规范------------------------------------------- 7 （七）主要测试设备和工具--------------------------------------- 8 二、该项目管道牺牲阳极保护法的设计- --------------------------------- 8 三、施工方法- ------------------------------------------------------- 8 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下: -------------------- 9 2、牺牲阳极法的施工: ------------------------------------------ 9

牺牲阳极式阴极保护施工工艺

牺牲阳极式阴极保护施工工艺 1、牺牲阳极式阴极保护主要施工工序流程 施工准备→依据设计图纸部署开挖阳极坑→将阳极装入填料包、填充化学填料→在阳极坑里安装阳极组、浇水→埋置测试桩及测量组元→阳极、电缆连接并做好密封→阴极保护数据测试→回填土、压实→质量验收并填写单位单项工程验收记录。 施工流程图: 2、施工准备 2.1 施工作业依据（技术资料准备）： 工程施工前，项目经理部人员至少要熟练掌握以下施工技术资料： 《埋地预应力钢筒混凝土管道的阴极保护》GB/T 28725-2012 《预应力钢筒混凝土管的阴极保护》 NACE RP 0100-2000 《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T 21448-2008

《锌-铝-镉系合金牺牲阳极》GB/T 4950-2002 《镁合金牺牲阳极》GB/T 17731-2009 《***工程阴极保护工程招标文件》 《***工程阴极保护工程招标文件》 设计方案及图纸 2.2 阴极保护材料的准备及验收 2.2.1 材料准备 牺牲阳极组（包括锌、镁合金牺牲阳极）、电缆、测试桩、防腐涂料。 2.2.2 材料验收 材料使用前，会同业主、监理、质检人员对材料进行核对验收，合格签字后，方可使用。验收规范如下： a. 材料出厂合格证，或产品检验报告的各项指标，符合设计要求。特别是阳极化学分析报告和阳极电化学性能检测报告必须符合设计要求的相关指标，并且该报告是由国家认可的、具有材料试验检验资格的第三方验证试验机构出具。 b. 根据订货合同核对材料品种、型号、规格、颜色、数量、有效期等。 c. 外观检查。阳极的表面质量应达到下列规定。 ●缩孔的深度不得超过阳极厚度的10%。 ●冷隔深度不得超过10mm，总长度不得超过150mm。 ●非金属夹渣不得超过阳极表面的1%。 ●阳极表面不得存在以下类型的裂纹：宽度大于3mm的裂纹；纵向长度大 于阳极长度的50%的裂纹；不得存在扩展到铁芯或贯穿整个阳极的裂纹。 ●阳极表面没有毛刺、飞边等对人员安全有危害的突出物。 ●阳极工作表面应保持干净，不得沾有油漆和油污。 d. 抽检阳极纯度、化学成分情况。参照下列标准的有关条款执行： 铝纯度不低于GB/T1196-2002中A199.70A的规定。 锌纯度不低于GB/T470-1997中Zn99.99的规定。 镉纯度不低于YS/T72-1994中Cd99.99的规定。 2.3 设备准备 施工车辆、搅拌机械、浇水设备（容器及水管等）、挖掘机或人力挖掘工具、铝

船体牺牲阳极阴极保护设计指南

Q/DNS 大连新船重工有限责任公司企业标准 Q/DNS.J0×.×××-2002 船体保护设计指南 Guide for cathodic protection design （审查稿） 2002- - 发布 2002- - 实施

目次 前言 (1) 1 范围 (1) 2 定义 (1) 3 设计依据 (1) 4 设计内容 (1) 5 设计方法 (2) 参考文献 (6)

前言 为规范牺牲阳极阴极保护的布置设计过程中应遵循的技术准则﹑方法和要求，并为设计工作和控制设计质量提供依据，特制定本标准。 本标准中的设计方法是公司多年来大中型散货船﹑油船以及集装箱船的牺牲阳极阴极保护的布置经验的总结。 本标准按Q/DNS.J01.007.1-2002《设计规范编制规定》的要求编制。 本标准由大连新船重工有限责任公司标准化委员会提出。 本标准由船研所标准室归口。 本标准起草单位：船研所标准室 本标准起草人：×××校对：×××审定：×××批准：××× 本标准标审、编辑：×××编校：×××编审：××× 本标准由船研所标准室负责解释。

牺牲阳极阴极保护设计指南 1.范围 本标准规定了船体保护设计布置以及设计时的依据﹑保护参数﹑布置原则和设计方法。 本标准适用于各种大中型船舶（散货﹑油船以及集装箱船）的牺牲阳极阴极保护设计。 1定义 2.1牺牲阳极保护法: 是采用一种比被保护金属电位更负(化学性更活泼)的金属或合金和被保护的金属连接在一起,依靠该金属或合金不断地腐蚀融解所产生的电流使其他金属获得阴极极化而受到保护的方法。而这种自身被腐蚀的金属或合金,称为牺牲阳极。 目前世界各国生产的牺牲阳极主要是锌基合金阳极和铝基合金阳极两大类。 2.2外加电流阴极保护： 采用外加电流使船体处于保护电位而不至于被腐蚀的方法。 2.3保护电流密度： 使被保护结构达到最小保护电位所必须的极化电流密度。单位mA/m2 2.4牺牲阳极使用寿命： 牺牲阳极的消耗率达到利用系数1/K时的使用时间。也就是被保护结构安装一次牺牲阳极后的有效保护时间。 2.设计依据 4.1 合同建造技术说明书及其指定的建造规范 4.2 主要图纸和文件 a) 总布置图 b) 相关船体结构图纸 c) 螺旋桨﹑舵图纸

牺牲阳极法阴极保护方案

牺牲阳极法阴极保护方案 一、将被保护的金属结构连接一种比其电位更负的金属或合金，该金属或合金为阳极，依靠它的优先溶解所释放出的电流使金属结构阴极极化到所需的电位而实现保护，这种方法称为牺牲阳极法阴极保护。 二、牺牲阳极法阴极保护的优点： （1）不需要外部电源； （2）对邻近金属构筑物无干扰或很小； （3）电流输出虽不能控制，但有自动调节倾向，且覆盖层不易损坏。（4）调试后，可不需日常管理； （5）保护电流分布均匀，利用率高； 三、牺牲阳极材料 1 作为牺牲阳极材料，必须满足以下条件: 1.1有足够负且稳定的电位，不仅要有足够负的开路电位，而且要有足够的闭路电位（或称工作电位，即在电解质介质中与金属结构连接时牺牲阳极的电位）。 1.2腐蚀率小，且腐蚀均匀，要具有高而稳定的电流效率。牺牲阳极的电流效率是指实际电容量与理论电容量的百分比，以%表示。1.3电化学当量高，即单位重量产生的电流量大。 1.4工作中阳极的极化率要小，溶解均匀，产物易脱落。 1.5腐蚀产物不污染环境、无公害。 1.6材料来源广泛，加工容易并价格低廉。

2、镁 2.1镁阳极的特点是比重小、电位很负、对铁的驱动加压很大，且单位发生的电量大。 2.2镁作为牺牲阳极，有较快的溶解速度，镁在电解质中溶液中的腐蚀行为是由本身很负的电位和表面上保护膜的性质所决定。 2.3镁的标准电极电位为-2.37V(SHE);非平衡电极电位则随腐蚀性介质的性质而变，例如：镁在海水中的电位为-1.5V(SCE)，镁在土壤之中的电位为 1.5V至-1.6(SCE)，镁在碱溶液中的电位约为-0.84V(SCE)。镁的电极电位与介质的PH值有密切关系,PH值在酸性范围内，电位较负，因为生成的腐蚀产物氢氧化镁在碱性介质中是难溶的。 正因为镁在酸性及中性介质中的电位较负和保护膜的不稳定性，所以镁在酸性和中性介质中的腐蚀速度较大。而在碱性介质中，镁的表面保护膜稳定，电位较正，腐蚀速度则因此而降低。 镁作为牺牲阳极使用时，与电位较正的金属相接触，这时，镁产生阳极化，会引起负的差异效应，即在阳极极化的影响下，金属的自溶大为增强。与其他牺牲阳极相比，镁的自溶倾向最大，这是镁阳极的电流效北较低的原因之一。 杂质及合金元素对镁的腐蚀速度有很大的影响，镁合金通常比镁的腐蚀速度大。镁阳极中的杂质主要成分是铁、镍、铜、钴，其中特别是铁的含量，由于这些金属有较正的电位，引起额外的腐蚀（寄生腐蚀）而使镁的阳极效率降低。添加锰可以抑制铁的影响，因为锰可

储罐内壁牺牲阳极阴极保护方法

储罐内壁牺牲阳极阴极保护方法 由于原油储罐、污水罐罐底内壁的腐蚀主要是缘于原油沉积污水引起的电化学腐蚀、细菌腐蚀，且罐底的原油沉积污水有着较高的含盐量（主要是S-2、Cl-、HCO-3、Na+、Ca+2等）和较高的温度，因此其腐蚀性较强。目前普遍采用牺牲阳极法对储罐底板内壁进行阴极保护，这种方法对储罐安全可靠，无需专人管理，且保护效果好。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。阳极块在储罐内壁上均匀布置，钢板与阳极块直接焊接连接。 牺牲阳极保护法特点： ①施工快速、简便，不会产生腐蚀干扰。 ②投入成本较低，经济性强。 ③安全可靠，无需专人管理。 ④保护效果显著。 根据内壁介质的情况,阳极可以选用铝合金阳极或镁合金阳极。内壁采用牺牲阳极保护时，要注意温度的影响。对40~70℃的水介质环境中，镁阳极因为腐蚀率太高而不适用。 根据保护面积、保护年限、介质电阻率计算所需的阳极数量，选择阳极规格形状。阳极在罐底板上呈环状均匀分布，阳极支架与底板焊接。牺牲阳极易于安装，而且当阳极消耗为初始重量的85%时，可以利用清罐机会进行更换。

针对储罐内壁牺牲阳极的设计步骤： ①计算阴极保护面积（罐内浸水面积） 罐底内壁保护面积计算：S=πr2 S-保护面积r-储罐半径 ②选定保护电流密度，计算保护电流 保护电流计算：I=SIa S-保护面积Ia-保护电流密度 ③确定保护年限，计算所需阳极总量 阳极使用寿命：Ｔ＝0.85W/ωI T-阳极工作寿命a W-阳极净质量，kgω-阳极消耗率kg/(A.a) ④根据阳极单支数量，计算阳极支数 阳极数量：N=f.IA/Ia N-阳极数量IA-所需保护电流A Ia-单支阳极输出电流A F-备用系数，取2-3倍 牺牲阳极法是储罐内常用的阴极保护方法，它可以任意布置不必担心电源连接，它的电位有限，没有必要担心过保护为先，牺牲阳极可以做成任意形状。 根据内壁介质的情况,阳极可以选用铝合金阳极或镁合金阳极。内壁采用牺牲阳极保护时，要注意温度的影响。对40~70℃的水介质环境中，镁阳极因为腐蚀率太高而不适用。

牺牲阳极阴极保护施工方案

珠海粤裕丰钢厂干散货码头钢桩牺牲阳极阴极保护工程 施工组织设计方案 濮阳市豫安防腐有限公司吉林分公司 2011年10月

目录 第一章工程概况 (2) 第二章施工方案 (3) 第三章施工组织机构和人员配置 (10) 第四章主要施工设备、检测仪器表 (16) 第五章质量保证措施和施工安全措施 (18)

第一章工程概况 1.工程概述 珠海粤裕丰钢厂干散货码头为防止钢管桩的腐蚀设计采用环氧粉末全涂加牺牲阳极阴极保护的方法。材质为Q345、尺寸为Φ****×*****的钢管桩共计408根，每根钢管桩上布置1支高效铝阳极，共计安装铝合金牺牲阳极408支；安装阴极保护电位测试系统6套。 2.施工计划周期 开工日期：2011年9月10日 竣工日期：2011年11月30日 3．施工作业总体安排 牺牲阳极水下安装施工，采用两个作业班；阴保电位测试系统的安装选用一个作业班进行施工安装。三个作业班可根据工程进度安排采取同时作业或交叉作业的方式，最大程度的提高工效保证本工程按时竣工。 4．阴极保护施工及验收规范 4.1 JTS 153-3-2007 《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》 4.2 GJB156A－2008 《港工设施牺牲阳极保护设计和安装》 4.3 GB/T 4948-2002 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》 4.4 GB/T 4949－2007 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极化学分析方法》 4.5 GB/T 17848-1999《牺牲阳极电化学性能试验方法》

第二章、施工方案 1.牺牲阳极水下焊接 1.1牺牲阳极水下焊接方式的比较 1.1.1 根据钢管桩码头建造特点，打桩前，钢管桩表面不能焊接较大构件，以免影响打桩施工。牺牲阳极只能在钢管桩完成打桩工程后进行水下安装。 1.1.2牺牲阳极的水下安装方法主要有以下几种：螺栓固定法、捆扎法和水下焊接法。 1.1.3螺栓固定法是将牺牲阳极通过固定在焊在钢管桩上的钢制固定架上，达到阳极安装固定的目的。螺栓固定法的缺点是工艺复杂、安装困难，尤其是牺牲阳极在长期使用中受海水冲击、海流推动，螺帽容易产生松动，造成牺牲阳极与钢管桩之间接触电阻增大，降低阳极发生电流量和工作性能，影响钢管桩的保护效果。 1.1.4捆扎法是采用钢制卡环或钢带将牺牲阳极捆扎在钢管桩上，达到牺牲阳极安装固定的目的。捆扎法的缺点是由于海浪冲击，海流扭动，牺牲阳极的不断溶解，造成牺牲阳极与捆扎带之间产生松动，使阳极与钢管桩之间接触电阻增大，影响牺牲阳极发生电流和使用效果，严重者阳极脱落，造成保护工程失败。 通过以上比较，螺栓法固定法和捆扎法一般不宜采用。 1.1.5水下焊接安装法是采用水下焊接设备和水下焊条通过电焊方法把牺牲阳极安装固定在钢管桩上。水下电焊方法具有技术成熟、牢固可靠，牺牲阳极与钢管桩接触电阻小、导电性能好、使用寿命长等特点。水下焊接法又分自动CO2气体局部排水干法焊和普通湿法焊两种。半自动CO2气体局部排水干法焊技术难度大、造价高，主要用于水下高强钢结构材料的焊接。本工程钢管状材质为Q345钢，采用水下SRE TS 208湿法焊条焊接工艺完全满足工程技术要求。 1.2牺牲阳极水下焊接设备 1．2.1 牺牲阳极水下焊接安装设备采用ZX-500直流弧焊机，ZX-500焊机的特点是电压调节范围大，工作电流稳定，起弧电压稳定，水下操作不易断弧，连续性强，焊缝质量好。 1.2.2空压机 施工用空压机型号为V-0.67/14-1型。该机排气量0.67/min，工作压力1.4MPa,

(完整版)牺牲阳极法阴极保护方案

长输管道牺牲阳极法 阴极保护方案 项目名称： 建设单位： 施工单位： 编制日期：2010年10月4日

目录 一、概述------------------------------------------------------------ 2 （一）原理 ----------------------------------------------------- 2（二）牺牲阳极法阴极保护的优点 --------------------------------- 2（三）牺牲阳极材料 --------------------------------------------- 2（四）阳极安装方式 --------------------------------------------- 6（五）测试系统 ------------------------------------------------- 7（六）应用标准和规范 ------------------------------------------- 7（七）主要测试设备和工具 --------------------------------------- 7 二、该项目管道牺牲阳极保护法的设计---------------------------------- 8 三、施工方法-------------------------------------------------------- 8 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下: -------------------- 8 2、牺牲阳极法的施工: ------------------------------------------ 9

储罐内壁牺牲阳极阴极保护

储罐内壁牺牲阳极阴极保护 由于原油储罐、污水罐罐底内壁的腐蚀主要是缘于原油沉积污水引起的电化学腐蚀、细菌腐蚀，且罐底的原油沉积污水有着较高的含盐量（主要是S-2、Cl -、HCO-3、Na+、Ca+2等）和较高的温度，因此其腐蚀性较强。目前普遍采用牺牲阳极法对储罐底板内壁进行阴极保护，这种方法对储罐安全可靠，无需专人管理，且保护效果好。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。阳极块在储罐内壁上均匀布置，钢板与阳极块直接焊接连接。 牺牲阳极保护法特点： ①施工快速、简便，不会产生腐蚀干扰。 ②投入成本较低，经济性强。 ③安全可靠，无需专人管理。 ④保护效果显著。 根据内壁介质的情况,阳极可以选用铝合金阳极或镁合金阳极。内壁采用牺牲阳极保护时，要注意温度的影响。对40~70℃的水介质环境中，镁阳极因为腐蚀率太高而不适用。 根据保护面积、保护年限、介质电阻率计算所需的阳极数量，选择阳极规格形状。阳极在罐底板上呈环状均匀分布，阳极支架与底板焊接。牺牲阳极易于安装，而且当阳极消耗为初始重量的85%时，可以利用清罐机会进行更换。 针对储罐内壁牺牲阳极的设计步骤： ①计算阴极保护面积（罐内浸水面积） 罐底内壁保护面积计算：S=πr2 S-保护面积 r-储罐半径 ②选定保护电流密度，计算保护电流 保护电流计算：I= SIa S-保护面积 Ia-保护电流密度 ③确定保护年限，计算所需阳极总量 阳极使用寿命：Ｔ＝0.85 W/ωI T-阳极工作寿命a W-阳极净质量，kg ω-阳极消耗率kg/(A.a)

④根据阳极单支数量，计算阳极支数 阳极数量：N=f.IA/Ia N-阳极数量 IA-所需保护电流A Ia-单支阳极输出电流A F-备用系数，取2-3倍 牺牲阳极法是储罐内常用的阴极保护方法，它可以任意布置不必担心电源连接，它的电位有限，没有必要担心过保护为先，牺牲阳极可以做成任意形状。 根据内壁介质的情况,阳极可以选用铝合金阳极或镁合金阳极。内壁采用牺牲阳极保护时，要注意温度的影响。对40~70℃的水介质环境中，镁阳极因为腐蚀率太高而不适用。 根据保护面积、保护年限、介质电阻率计算所需的阳极数量，选择阳极规格形状。阳极在罐底板上呈环状均匀分布，阳极支架与底板焊接。牺牲阳极易于安装，而且当阳极消耗为初始重量的85%时，可以利用清罐机会进行更换。 钢质容器在做阴极保护时通常也可采用外加电流和牺牲阳极两种方法；强制电流法适用于大型水罐，如高架水罐、海水储罐、锅炉供水罐、电站的河水罐等，辅助阳极可选择硅铁、镀铂钛、石墨或铅（饮用水不适用），由罐顶适当位置悬挂下去，也可通过罐壁钻孔，固定阳极。在高电阻率水中，应选用铜芯连续式镀铂钛线形阳极，以获得均匀的电流分布。 采用牺牲阳极保护时，阳极应直接固定到罐内壁上，位于最低水位线以下600mm，尽可能均匀分布。 牺牲阳极施工需要注意以下事项： 1、清罐除锈，达到涂料施工标准； 2、将阳极块焊接到罐底内侧及内壁下部800mm的壁板上，焊接牢固，清除残渣。 3、涂覆施工，内底板及1m 以下壁板采用绝缘型油罐涂料，其他部位采用导电涂料。施工中，阳极块只要求暴露本体，焊接引线，焊点及阳极块下表面及罐底板均需涂覆。

埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护方案

埋地钢质管道牺牲阳极法阴极保护技术 技术支持单位：甘肃拓维地理信息工程有限公司 示范案例：银川某燃气公司埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护系统安装 时间：2016年6月18日 （一）原理： 埋地钢质管道牺牲阳极法阴极保护技术是将被保护的金属结构连接一种比其电位更负的金属或合金，该金属或合金为阳极，依靠它的优先溶解所释放出的电流使金属结构阴极极化到所需的电位而实现保护，这种方法称为牺牲阳极法阴极保护。 （二）牺牲阳极法阴极保护的优点 1、不需要外部电源； 2、对邻近金属构筑物无干扰或很小； 3、电流输出虽不能控制，但有自动调节倾向，且覆盖层不易损坏。 4、调试后，可不需日常管理； 5、保护电流分布均匀，利用率高。 （三）阳极包的选材 牺牲阳极选择镁阳极包的特点是比重小、电位很负、对铁的驱动加压很大，且单位发生的电量大。镁的标准电极电位为(SHE);非平衡电极电位则随腐蚀性介质的性质而变，例如：镁在海水中的电位为(SCE)，镁在土壤之中的电位为至(SCE)，镁在碱溶液中的电位约为(SCE)。镁的电极电位与介质的PH值有密切关系,PH值在酸性范围内，电位较负，因为生成的腐蚀产物氢氧化镁在碱性介质中是难溶的。 （四）主要应用的规范

1、《埋地钢质管道阴极保护电参数测试方法》SY/T0023-97 2、《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-97 3、《钢质管道及储罐防腐工程设计规范》SY0007-99 4、《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T0086-95 5、《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》SY/T0017-96。 （五）施工方法 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下: 袋装阳极制作→阳极床定位→阳极床开挖→阳极埋设→阳极浇水浸透饱和及各参数测试→阳极通电点处理及焊接→通电点导通测试→通电点补口防腐(补口处防腐材料与管体防腐材料是匹配的)→阳极回填→标记记录。 图1 阳极床定位

牺牲阳极阴极保护施工方案

珠海粤裕丰钢厂干散货码头钢桩牺牲 阳极阴极保护工程 施工组织设计方案 濮阳市豫安防腐有限公司吉林分公司 2011年10月

目录 第一章工程概况 (2) 第二章施工方案 (3) 第三章施工组织机构和人员配置 (10) 第四章主要施工设备、检测仪器表 (16) 第五章质量保证措施和施工安全措施 (18)

第一章工程概况 1.工程概述 珠海粤裕丰钢厂干散货码头为防止钢管桩的腐蚀设计采用环氧粉末全涂加牺牲阳极阴极保护的方法。材质为Q345、尺寸为Φ****×*****的钢管桩共计408根，每根钢管桩上布置1支高效铝阳极，共计安装铝合金牺牲阳极408支；安装阴极保护电位测试系统6套。 2.施工计划周期 开工日期：2011年9月10日 竣工日期：2011年11月30日 3．施工作业总体安排 牺牲阳极水下安装施工，采用两个作业班；阴保电位测试系统的安装选用一个作业班进行施工安装。三个作业班可根据工程进度安排采取同时作业或交叉作业的方式，最大程度的提高工效保证本工程按时竣工。 4．阴极保护施工及验收规范 4.1 JTS 153-3-2007 《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》 4.2 GJB156A－2008 《港工设施牺牲阳极保护设计和安装》 4.3 GB/T 4948-2002 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》 4.4 GB/T 4949－2007 《铝-锌-铟系合金牺牲阳极化学分析方法》 4.5 GB/T 17848-1999《牺牲阳极电化学性能试验方法》

第二章、施工方案 1.牺牲阳极水下焊接 1.1牺牲阳极水下焊接方式的比较 1.1.1 根据钢管桩码头建造特点，打桩前，钢管桩表面不能焊接较大构件，以免影响打桩施工。牺牲阳极只能在钢管桩完成打桩工程后进行水下安装。 1.1.2牺牲阳极的水下安装方法主要有以下几种：螺栓固定法、捆扎法和水下焊接法。 1.1.3螺栓固定法是将牺牲阳极通过固定在焊在钢管桩上的钢制固定架上，达到阳极安装固定的目的。螺栓固定法的缺点是工艺复杂、安装困难，尤其是牺牲阳极在长期使用中受海水冲击、海流推动，螺帽容易产生松动，造成牺牲阳极与钢管桩之间接触电阻增大，降低阳极发生电流量和工作性能，影响钢管桩的保护效果。 1.1.4捆扎法是采用钢制卡环或钢带将牺牲阳极捆扎在钢管桩上，达到牺牲阳极安装固定的目的。捆扎法的缺点是由于海浪冲击，海流扭动，牺牲阳极的不断溶解，造成牺牲阳极与捆扎带之间产生松动，使阳极与钢管桩之间接触电阻增大，影响牺牲阳极发生电流和使用效果，严重者阳极脱落，造成保护工程失败。 通过以上比较，螺栓法固定法和捆扎法一般不宜采用。 1.1.5水下焊接安装法是采用水下焊接设备和水下焊条通过电焊方法把牺牲阳极安装固定在钢管桩上。水下电焊方法具有技术成熟、牢固可靠，牺牲阳极与钢 气管桩接触电阻小、导电性能好、使用寿命长等特点。水下焊接法又分自动CO 2 气体局部排水干法焊技术难度体局部排水干法焊和普通湿法焊两种。半自动CO 2 大、造价高，主要用于水下高强钢结构材料的焊接。本工程钢管状材质为Q345钢，采用水下SRE TS 208湿法焊条焊接工艺完全满足工程技术要求。 1.2牺牲阳极水下焊接设备 1．2.1 牺牲阳极水下焊接安装设备采用ZX-500直流弧焊机，ZX-500焊机的特点是电压调节范围大，工作电流稳定，起弧电压稳定，水下操作不易断弧，连续性强，焊缝质量好。 1.2.2空压机 施工用空压机型号为V-0.67/14-1型。该机排气量0.67/min，工作压力1.4MPa,

牺牲阳极法阴极保护方案

目录 一、概述 (1) （一）工程概况 (1) （二）保护原理 (1) （三）牺牲阳极法阴极保护的优点 (1) （四）应用标准和规范 (1) 二、本工程管道牺牲阳极保护法的设计 (1) 三、施工方法 (2) 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述: (2) 2、牺牲阳极法的施工: (2)

一、概述 （一）工程概况 本保护管段范围为北河路（天华路至体育场段）工业水管线。管径为DN500，管道敷设在北河路南侧，单管保护长度为约2.6km。本工程采用牺牲阳极法。 （二）保护原理 将被保护的金属结构连接一种比其电位更负的金属或合金，该金属或合金为阳极，依靠它的优先溶解所释放出的电流使金属结构阴极极化到所需的电位而实现保护，这种方法称为牺牲阳极法阴极保护。（三）牺牲阳极法阴极保护的优点 1、不需要外部电源； 2、对邻近金属构筑物无干扰或很小； 3、电流输出虽不能控制，但有自动调节倾向，且覆盖层不易损坏。 4、调试后，可不需日常管理； 5、保护电流分布均匀，利用率高。 （四）应用标准和规范 1、《埋地钢质管道阴极保护电参数测试方法》SY/T0023-97 2、《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T0019-97 3、《钢质管道及储罐防腐工程设计规范》SY0007-99 4、《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T0086-95 5、《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》SY/T0017-96 二、本工程管道牺牲阳极保护法的设计 该管道为工业水管道，管径500㎜，设计采用如下牺牲阳极保护法。

牺牲阳极选用镁阳极，每240米设1组，每组由3支22kg的镁阳极组成。 共埋设镁阳极48支，距管道垂直距离＞1.5m，阳极周边用填料包围以减少接地电阻及促进腐蚀产物的溶解。汇流点及中间点设测试桩3支，测试桩按照1支/km的原则埋设。 三、施工方法 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述: 袋装阳极制作→阳极床定位→阳极床开挖→阳极埋设→阳极浇水浸透饱和及各参数测试→阳极通电点处理及焊接→通电点导通测试→通电点补口防腐(补口处防腐材料与管体防腐材料是匹配的) →阳极回填→标记记录。 2、牺牲阳极法的施工: 2.1镁阳极安装 2.1.1牺牲阳极的施工：牺牲阳极土壤中的施工，包括埋设前的组装、阳极的填充和埋高。 2.1.2镁阳极与阳极电缆的组装 阳极与电缆之间的联接采用锡焊。在焊接点上涂覆环氧涂料，加缠电工胶布和绝缘胶带，再包覆热收缩套，并再缠胶带保护。必须保证焊接牢固并且绝缘性能良好。 2.1.3阳极安装前准备 在组装牺牲阳极之前，应检验阳极表面是否有油污和氧化物。牺牲阳极表面的油污和氧化物能降低阳极的活性，影响阳极电流的发生，所以阳极表面如存在油污和氧化物，应采用砂纸将阳极表面打磨干净。 填料包的组装可在室内或现场进行，应保证阳极四周的填料厚度一致、密实，各边厚度不小于50mm。填料应调拌均匀，不得混入石块、泥土、杂草等。每支阳极需用填料约50Kg。

船舶阴极保护系统介绍

船舶阴极保护系统详述 简要：详细介绍船体电化学腐蚀原理，阴极保护方法，并结合实际应用详细阐述外加电流的阴极保护的工作原理与衡量标准。 一、电化学腐蚀原理 铁制成的船体接触海水时会产生电位，发生电腐蚀现象。所以，为了尽量减少船体与海水接触，采用防锈蚀的油漆隔离船体和海水。但是船尾轴系，推进器或者因为船体损伤导致的与海水接触是无法完全避免的。所以接触到海水的一部分船体会发生电化学腐蚀，根据电解情况的不同，腐蚀程度不同。 原电池电解反应： 当两种金属或含杂质的金属被置于电解液中，金属活动性强容易失去电子，被氧化，发生氧化反应，为阳极，从而带正电荷（生成金属氧化物，所谓被腐蚀），使电势升高，可以作为正极（正极是针对外部电解质中游离电荷而言，正极吸引负电荷，而正电荷则流向负极，可以被认为是电流的方向）。 金属活动性弱者得电子，被还原，发生还原反应，为阴极（该电极积累金属），电势降低，成为负极，吸引正电荷聚集。 图1 电化学腐蚀原理图 二、阴极保护 阴极保护则使上述过程逆转，根据提供阴极电流的方式不同，阴极保护又分为牺牲阳极法和外加电流法两种，前者是将一种电位更负的金属（如镁、铝、锌等。注：金属活动性更强，更活跃，更易失电子）与被保护的金属结构物电性连接，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，向被保护物提供保护电流，使金属结构物获得保护。后者是将外部交流电转变成低压直流电，对被保护的金属表面施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程就会得到有效抑制。 牺牲阳极阴极保护法一般用锌块合金，布置没有具体要求，只要沿着舭龙骨流线平均分布，具体数量则要根据船只钢材数量（面积）进行计算后得出。也可用铝合金的，效果更好，但在机舱及货油舱等区域禁止使用（因电位差过高存在引发火星的可能性）。一般设计使用寿命2-3年，采用焊接或铆接方式固定于船体外壳之上，铆接的话到了使用后期可以方便更换，并且有各种型号可选。其中双层底和双壁舱室内部区域（bottom; double hull inner area）也应当设有牺牲阳极保护装置。 下面将详细介绍外加电流的阴极保护过程原理及方法。

钻井平台牺牲阳极阴极保护案例_2020

油田钻井抽油杆牺牲阳极阴极保护案例 石油钻井抽油杆及抽油管是石油开采过程中的重要环节，一旦发生抽油管断裂或者油管泄漏，就会导致整个油井停产甚至报废，抽油杆受原油采出水、H2S、硫酸盐还原菌、高温高压的各种腐蚀，腐蚀极为严重，采用牺牲阳极阴极保护不但可以解决抽油杆的腐蚀问题，还可以一起解决抽油杆偏磨的问题。效果非常显著。 管道的阴极保护分为外加电流阴极保护和牺牲阳极阴 极保护。管道是空心的管子,但对于象抽油井上的抽油杆这种实心管(杆)应用牺牲阳极保护及其保护距离的计算,就笔者检索所知还没有资料涉及。抽油井采油是世界各大油田较为常见、也是较为主要的采油方式之一。因此,重视对抽油杆的保护就显得至关重要。 据2002年文留油田作业调查统计,全年抽油井事故发生498井次,其中因抽油杆节箍出现断、脱事故的总数为352井次,占抽油井事故总数的70.7%。 抽油杆节箍处易断原因主要有以下几个方面: (1)抽油杆材质的缺陷;

(2)抽油杆在井筒内受复杂拉伸压缩交变应力的作用; (3)杆偏磨腐蚀严重。 造成杆脱的主要原因是: (1)抽油杆下井时上扣扭矩不够; (2)杆柱组合或生产参数不合理; (3)杆柱固有的工作特性所致; (4)抽油杆节箍处存在严重的偏磨、腐蚀现象。 采取下述办法可减少事故发生: (1)加强质量管理,应用抽油杆超声波自动检测系统进行检测,杜绝不合格杆下井; (2)提高作业质量,杜绝人为因素造成事故; (3)严格按API标准认真优化杆柱组合和确定生产参数; (4)增强杆的抗拉、抗疲劳强度。抽油杆在井筒环境下的复杂受力情况和发生的偏磨(偏磨广义讲也是腐蚀,属于腐蚀中的磨蚀现象)腐蚀现象是不以人的意志为转移的。

管道牺牲阳极法阴极保护专用方案

管道牺牲阳极法阴极保护专用方案

长输管道牺牲阳极法 阴极保护方案 项目名称： 建设单位： 施工单位： 编制日期：2010年10月4日

目录 一、概述---------------------------------------------------------- 2 （一）原理---------------------------------------------------- 2 （二）牺牲阳极法阴极保护的优点-------------------------------- 2 （三）牺牲阳极材料-------------------------------------------- 2 （四）阳极安装方式-------------------------------------------- 6 （五）测试系统------------------------------------------------ 7 （六）应用标准和规范------------------------------------------ 7 （七）主要测试设备和工具-------------------------------------- 8 二、该项目管道牺牲阳极保护法的设计 -------------------------------- 8 三、施工方法------------------------------------------------------ 8 1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下: ------------------- 9 2、牺牲阳极法的施工:----------------------------------------- 9

压力钢管牺牲阳极法阴极保护装置施工方案.

XX输水工程埋地输水钢质管道阴极保护 设计施工方案 一、工程概况 该输水管道工程，管的Φ600mm，管的长513.1m。施工设计思路，通过计算、设计，在整个埋地输水钢质管道进行牺牲阳极法的阴极保护。 二、此工程埋地输水管道保护范围，阳极数量和设计技术参数指标。 2－1镁合金阳极21支，每支单个阳极重量22kg，分7组埋设，每组3支， 2－2镁阳极规格型号700×（150＋130）×125 2－3设阳极用量，镁阳极21支 2－4布置电位测试桩3支 2－5饱和硫酸铜参比电极3支 2－6有效保护年限30年 2－7保护电流密度10mA/m2 2－8保护电位－0.85－1.5V 三、采用技术标准 ·GB/T21448-2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》

·GB/T21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》 GB/T17731-2004《镁合金阳极》 ·RP0169-2002NAC《埋地或水下金属管线系统的外部腐蚀控制》 四、输水管道阴极保护施工方案 输水钢质管道在我国主要采用普通钢材焊接而成，管道长期埋在地下，由于土壤的各种介质和电化学腐蚀，运行汇流中而造成杂散电流的腐蚀，所以阴极保护是对被保护的管道金属以及阴极电流，使金属表面阴极极化，电位负移到表面阳极的平衡电位，消除电化学不均匀性所引起腐蚀电池，从而保护金属免受介质腐蚀技术。保护电流来源不同，阴极保护分为牺牲阳极保护和外加电流保护，这次输水管道采用牺牲阳极保护法。是采用一种被保护的电位更负，即化学性质更为活泼的金属或合金与被保护金属（管道）相连，依靠该金属合金不断的腐蚀牺牲掉所产生的电流，使被保护金属获得阴极的极化而受到保护、技术已相当成熟。 4-1镁合金阳极的施工安装 牺牲阳极的设置本着保护电位分布均匀，尽量减少阳极间互相屏蔽和管道前后壁自身屏蔽影响，利于管道阴极保护

储罐内壁牺牲阳极阴极保护

储罐内壁牺牲阳极阴极保护 1、原油罐金属底板的腐蚀与防护 地上钢质储油罐使用过程中经常遭受内外环境介质的腐蚀，其中罐底板腐蚀穿孔事故占储罐腐蚀事故比率最高，因此应对储油罐罐底板实施有效的防腐措施，减少泄漏事故的发生，以延长储油罐大修周期。涂料防腐是用覆盖层将金属与介质隔开，从而对金属起到保护作用。但由于覆盖层有微孔，老化后易出现龟裂.剥离等现象。若因施工质量差而产生针孔，使裸露的金属形成小阳极，覆盖层部分成为大阴极而产生局部腐蚀电池，则会更快地破坏漆膜。因此，采用单独的涂料保护效果不佳。若采用涂料与阴极保护联合的保护方法，使裸露的金属获得集中的电流保护，弥补了覆盖层缺陷，是现阶段储罐罐底板防腐最为经济有效的方法。储罐边缘板在罐结构中的作用十分重要，但却容易渗进水而遭受腐蚀。目前在役的储罐均未采取有效的防腐措施，要全面控制罐底板的腐蚀，除了对罐底板主体进行防护外，还要对边缘板外露部分（以下边缘板均特指边缘板外露部分）采取有效的防腐措施。 2、腐蚀机理 水是原油罐底板的腐蚀根源，原油和水中的硫化物与罐底板金属反应机理为： 在碳钢表面的硫化物氧化皮或锈层有孔隙的情况下，原油罐底水中Cl-离子能穿过硫化物氧化皮或锈层到达金属表面，在金属表面的局部地点形成小蚀坑。 生成的H+离子对金属产生活化作用，使小蚀坑继续溶解，成为孔蚀源。孔蚀源成长的最初阶段，溶解下来的金属离子发生水解，生成氢离子。 这样会使小蚀坑接触的溶液层的PH值下降，形成一个强酸性的溶液区，这反而加速了金属的溶解，使蚀坑继续扩大、加深。腐蚀从开始到暴露经历一个诱导期，但长短不一，有些需几个月，有些则需一年至几年。坑蚀的形成，使原油罐金属底板受到很大的侵蚀。由于坑蚀的面积很小，加之随机性和高度局部化的特征以及诱导期很长，因此很难用物理方法检测出坑蚀的深度。即使泄露发生后，再用测厚仪测厚，仍不会发现罐金属底板有明显的减薄倾向。 3、防止罐底板腐蚀的几点措施 （1）在油罐金属底板的结构设计中，尽可能将罐底板铺平，并略向脱水口倾斜，以利原油罐底的水脱除干净。 （2）新建原油罐应采用埋地牺牲阳极的阴极保护措施，该方法比在原油罐内设牺牲阳极更有效。 （3）原油罐内主要是水相腐蚀，原油罐内底部水层的厚度最高时为800mm左右，因此，应在罐底板上1m的圈板范围内涂刷保护性涂料。 （4）在原油罐内使用WF-50防腐蚀涂料加阴极保护的方案可有效地防止原油罐金属底板腐蚀。 4、罐底板上表面的腐蚀防止 1）阴极保护 对罐底板上表面的阴极保护推荐采用牺牲阳极的阴极保护。对于阳极品种的选择，由于温度影响，不宜选用锌阳极，由于安全因素，不宜选用镁阳极，所以多选用铝合金阳极。牺牲阳极易于安装，而且当阳极消耗为初始重量的85%时，可在清罐时进行更换。 2）涂料防腐 对罐底内防腐覆盖层的基本要求是：遇到存储产品不变质，耐潮，抗渗透，对金属表面有很好的附着性能，抗冲击，抗阴极剥离，易修补，耐老化性能好，耐存储温度。由于输送过程中油品和管壁的摩擦，流经泵和过滤器等都会产生静电，在管路末端，未被消散的静电进入油罐，在

钢管桩牺牲阳极阴极保护工程

钢管桩牺牲阳极阴极保护工程 施 工 方 案 宁波海力工程发展有限公司舟山外钓岛光汇万吨级油品码头工程11-13#泊位工程项目经理部 二0一三年十月

目录 1.编制依据 (3) 2.工程量 (3) 3.工程质量 (3) 4.工期与施工安排 (3) 5.施工人员组织配备 (4) 6. 牺牲阳极水下焊接安装施工主要设备 (5) 7．工程质量控制 (6) 8.工程质量管理 (8) 9.钢管桩保护电位检测 (11) 10.安全保证措施 (11) 11文明施工及环保措施 (14) 12附表 (16)

1.编制依据 舟山光汇万吨级油品码头11#-13#泊位钢管桩牺牲阳极阴极保护工程施工组织设计依据下列技术文件编制： 1.1 舟山光汇万吨级油品码头11#-13#泊位钢管桩牺牲阳极阴极保护工程技术设计； 1.2 海港工程钢结构防腐蚀技术规范JTS153－3－2007； 1.3 港工设施牺牲阳极保护设计和安装GJB156A-2008； 1.4 铝-锌-铟系合金牺牲阳极GB/T4948-2002； 1.5 铝-锌-铟系合金牺牲阳极化学分析方法GB/T4949-2007； 1.6 11#泊位钢管桩防腐牺牲阳极安装配置图，图号MS062； 1.7 11#泊位桩位图，图号MS006A； 1.8 6#、7#引桥桩位图，图号MS046A和MS091A； 1.9 12#-13#泊位桩位图1-3，图号MS014A、MS015A和MS016A； 1.10 钢管桩牺牲阳极阴极保护图，图号MS121和MS122。 2.工程量 根据工程技术设计和施工图纸要求，舟山光汇万吨级油品码头11#-13#泊位钢管桩牺牲阳极阴极保护防腐工程包含以下工程量： 2.1根据钢管桩阴极保护技术设计要求，对舟山光汇万吨级油品码头11#-13#泊位钢管桩阴极保护防腐工程所需的2008块、每块净重130kg、毛重139kg的铝合金牺牲阳极按GB/T4948-2002铝-锌-铟-镁-钛合金牺牲阳极标准熔炼制作加工，并按GB4949-2007标准规定的检验方法和试验方法，对牺牲阳极的成份进行分析检测； 2.2采用T208水下专用特殊成份配方焊条，对设计安装的2008块防腐牺牲阳极进行水下焊接安装； 2.3按JTS153－3－2007《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》，对水下焊接安装的2008块牺牲阳极焊接安装位置、焊缝质量进行潜水全面直观检查，并按标准规定，根据甲方和工程监理指定，抽取安装总量的5%左右，对牺牲阳极水下焊接焊缝质量进行水下摄像检查，提供摄像资料； 2.4对钢管桩保护电位进行全面检查测量和评定。 3.工程质量要求 工程用铝-锌-铟-镁-钛合金牺牲阳极尺寸、重量、表面质量和化学成分符合GB/T4948-2002“铝-锌-铟系合金牺牲阳极”标准规定和设计要求，牺牲阳极水下焊接安装位置、焊接焊缝长度、高度符合设计要求，工程质量达到优良。4.工期与施工安排 牺牲阳极水下焊接安装总工期约为90天，有效工期为80天。计划2013年10月20日开始进场进行施工。