牺牲阳极阴极保护装置

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（SCE）】的差值；R—结构物表面防腐层的楼电阻率，Ω•m2。

保护电流密度是阴极保护实践和设计十分重要的参数。

但它受到被保护结构物/环境介质体系许多因素的影响，如结构物材料种类，防腐层质量，介质的性质、组成、分布和变化，甚至温度、气候或微生物存在与活动等。

它的数值往往变化很大，即使在阴极保护运行过程中也是变化的。

因此，要求准确的计算几乎是不可能的，但它仍是一个重要的参数值。

对此，馈电试验或经验选取则是很有效的。

⑵计算所需总保护电流强度I根据被保护结构物的几何尺寸计算出需被被保护的总面积S（m），就可由保护电流密度i按下式计算所需总保护电流强度It（A）：It=S•i对于埋地管道则为：It=πDL•i式中D—被保护管道外径，m；L—管道长度，m。

牺牲阳极施工图设计说明(五)阴极保护1.主要设计及施工规范《钢质管道外腐蚀控制规范》GB/T21447-2018《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T21448-2017《镁合金牺牲阳极》GB/T17731-2015《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》GB/T21246-20232.设计概况本工程对消耗油库至外场供油干管和同油干管进行牺牲阳极阴极保护。

供油干管与回油干管平行敷设，采用联合阴极保护方式，被保护管道两端设绝缘接头。

被保护管道相关数据见下表：3.设计参数土壤电阻率：30Ω∙m覆盖层电阻率：≥10000Ω∙m2设计使用年限：20年管道最小保护电流密度：0.05mA∕m2管道自然电位：-0.55V(CSE)管道最小保护电位：-0∙85V(CSE)4.设计内容及技术参数4.1本工程设5组镁合金牺牲阳极，每组设3支阳极块，每组间距400米。

4.2设测试桩5组，与牺牲阳极结合设置。

5.材料的选用及技术要求5.1本工程选用镁合金牺牲阳极，牌号:AZ63B,质量符合《镁合金牺牲阳极》GB/T17731-2015中的要求。

阳极形状选用梯形。

牺牲阳极应具有完整的质量证明文件，阳极上应标记材料类型，阳极质量和炉号。

阳极电化学性能、规格尺寸如下表：5.2牺牲阳极填包料由石膏粉、膨润土和工艺硫酸钠组成，它们的质量百分比为75：20：5o填包料预包装,袋子应采用麻袋或棉质布袋,不应采用化纤类包装袋。

填料厚度应均匀密实,各个方向填料厚度不小于200mmO5.3阴极保护电缆采用铜芯电缆，型号为：YJV22-1KV∕1X10mm26.主要施工技术要求6.1阳极使用前应对表面进行处理，清除表面氧化膜和油污，使其呈金属光泽。

6.2阳极采用立式埋地敷设方式，阳极与被保护管道间距3米，成组布置阳极间距3米，阳极覆土厚度不小于15米。

6.3牺牲阳极应埋设在冻土层以下，并尽量敷设在土壤电阻率低的位置。

阳极与管道之间不应存在其他金属构筑物。

随着城市建设事业的飞速发展，埋地管道的数量剧增。

这些管道多采用碳钢材质，为了延长管道的使用寿命，采取相应的防护措施尤为重要，其中涂层防腐和牺牲阳极保护联合防护取得了良好的效果。

本文结合一些建设案例，针对牺牲阳极保护设计和施工中的问题提出一些建议。

管道防腐通常采用涂层加牺牲阳极保护，常规阴极保护有两种方法：外加电流法和牺牲阳极法。

土壤电阻率约20Ω·m，保护电流密度为0.2mA/m2，自然电位为-0.4～-0.6V，管道保护电位(参比电极Cu/Cu-SO4)低于-0.95V。

经过技术经济比较，牺牲阳极保护采用牺牲阳极法较适宜，该法施工简单，安全可靠，对邻近金属管道电干扰少，不用专人管理，可延长管道寿命1倍以上。

②带状镁阳极的使用带状镁阳极由纯镁或镁锰合金冷轧压制而成，开路电位(参比电极Cu/CuSO4)为-1.7V，单位长度质量为0.37kg/m，宜在电阻率≥100Ω·m的环境中使用。

镁带在电阻率为50Ω·m的土壤中输出电流为10mA/m，在电阻率为150Ω·m的淡水中输出电流为3mA/m。

同等质量带状镁阳极比锭状镁阳极表面积大很多，如11kg 镁锭表面积为0.27m2，而11 kg镁带长度为30m，表面积为1.9m2，是前者的7倍。

阳极输出电流与表面积成正比，与电阻率成反比。

阳极质量决定阳极寿命。

设计上应考虑当地土壤电阻率，在穿越段或套管内管道上缠绕镁带要考虑它的使用寿命应该与管道寿命相当。

如果设计寿命为20年，而当地土壤电阻率较低，就不宜采用镁带，而应采用锭状镁阳极。

常规设计穿越段或套管内管道通常采用镁带缠绕安装方法。

绍兴天然气利用工程中采用的带状镁阳极断面尺寸为(19±0.5)mm×(9.5±0.5)mm，每根钢管缠绕2条带状镁阳极，缠绕方式为对称分布于管道两侧，每隔1～2m设一处捆绑带，其材料为尼龙带。

电缆与镁阳极采用灌锡焊。

阴极保护的主要装置阴极保护的主要装置有：绝缘法兰、测试桩、检查片。

阴极保护还需要电源设施，辅助阳极，或代替直流电源的牺牲阳极等。

一、绝缘法兰绝缘法兰是在管道上安装的具有电绝缘性能的法兰接头。

它包括一对钢质金属法兰和法兰间的绝缘密封零件，法兰紧固件，以及紧固件与法兰间的电绝缘件，和与法兰相焊的一对钢质短管。

（一）绝缘法兰的作用与安装安装绝缘法兰的目的，是将被保护管道和不应受保护的金属体从导电性上分开。

它是在施加阴极保护的管段上设置的，以切断管道的电连续性为目的，具有电绝缘性的法兰接头。

如果没有此装置，保护电流将会沿着金属导体流到不应受保护的管道、金属体或大地从而增大电源功率的输出，缩短保护长度。

在杂散电流干扰区，绝缘法兰还可用来分割干扰区和非干扰区，减少杂散电流的干扰区域。

绝缘法兰一般安装在下列各处。

1.管道与站、库的连接处。

2.支管与干管的连接处。

3.有防腐层管段与裸管道的连接处。

4.管道大型穿、跨越的两端。

5.新、旧管道，不同材质管道的连接处。

6.杂散电流干扰区。

（二）绝缘法兰的构造与安装绝缘法兰分为比压密封型（简称I型）和自紧密封型（简称Ⅱ型）绝缘法兰。

I型绝缘法兰只应用于公称压力PN≤2.5MPa的场合。

I型和Ⅱ型绝缘法兰的结构分别见图1和图2。

绝缘密封垫片和紧固件绝缘零件在绝缘工作表面间的电阻值均应不小于500MΩ。

有关绝缘法兰的技术标准可参见SYJ16—84《绝缘法兰设计技术规定》。

制作I型绝缘法兰的绝缘垫片材料，可以采用橡胶石棉板、耐油橡胶石棉板、氯丁橡胶板、织物基氯丁橡胶板等。

制作Ⅱ型绝缘法兰的绝缘垫片材料，可以采用酚醛层压布板、环氧酚醛层压玻璃布板等。

绝缘螺栓衬套和螺栓垫圈的材料，推荐采用高强度的酚醛层压布板（棒）。

有关绝缘法兰的安装有以下规定：1.绝缘法兰的选择应根据使用的温度、压力及绝缘性能进行选择，应避免安装在有可燃性气体的封闭场所。

应预组装、检验合格后，才可整体焊接在装设处。

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--------------------------------------------------------81、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下 : --------------------92、牺牲阳极法的施工 : ------------------------------------------9将被保护的金属结构连接一种比其电位更负的金属或者合金，该金属或者合金为阳极，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。

1、不需要外部电源；2、对邻近金属构筑物无干扰或者很小；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。

牺牲阳极的阴极保护原理
牺牲阳极的阴极保护原理是一种通过将一个更容易腐蚀的金属（称为阳极）与被保护金属（称为阴极）连接在一起，使阳极在电化学反应中被优先腐蚀，从而保护阴极免受腐蚀的方法。

该原理基于电池的工作原理。

当阳极和阴极连接并浸泡在一个电解质溶液中时，电解质中的阳离子会被阳极上的腐蚀物所吸引，从而在阳极上发生氧化反应。

这个过程会产生电子和阳离子。

同时，阴极上的金属会被电子吸引，并与阳离子在电解质溶液中发生还原反应。

这个过程被称为阴极保护。

因为阳极比阴极更容易腐蚀，所以阳极上的金属会被逐渐耗损，这也是为什么称之为“牺牲阳极”。

但是，由于阳极的存在，阴极的金属将不会被腐蚀。

整个系统会像一个电池一样工作，电子从阳极流向阴极，形成一个闭合的电路。

牺牲阳极的阴极保护原理在许多领域得到应用，例如船舶和海洋设备、管道和储罐、以及冷却系统等。

常用的牺牲阳极材料包括锌、铝和镁等。

选择适合的阳极材料，对防止阴极腐蚀非常重要。

储罐罐底板牺牲阳极法阴极保护河南汇龙合金材料有限公司1. 工程概况大庆石化分公司炼油厂有各类储油罐、储水罐近400座，由于储罐常年运行，使罐的基础边缘高于罐底板，雨水直接顺着罐壁进入罐底板内，造成罐底脚腐蚀破坏，影响生产。

2. 牺牲阳极法阴极保护设计被保护的设备原料水罐V402、V403容积均为5000m3，规格为：Φ20m*15m，底板厚9mm。

最小保护电位：-0.85V(CSE)；当土壤中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于0.5%时，保护电位应达到-0.95V(CSE)或更负；最大保护电位：-1.5V(CSE)，保护电流密度：7mA/m2；牺牲阳极使用寿命：大于20a；土壤电阻率：20Ω·m。

3. 牺牲阳极阴极保护系统的竣工牺牲阳极距罐壁2.5m，且在罐周均布垂直埋设。

每台原料水罐58支镁阳极(单重14.5kg)，平均分成6组(9只/组)与罐体相连接，阳极平均间距为1.5m。

在原料水罐进出管道两侧的阳极组为11只。

按此原则将阳极埋设点测量定位。

4. 牺牲阳极保护效果2005年5月至2008年5月V402、V403储罐下面外壁阴极保护罐周保护电位测量结果表明，V402储罐底板最小保护电位为-0.973V (CSE)，最大保护电位为-1. 85V(CSE)。

V403储罐底板最小保护电位为-1.14V(CSE)，最大保护电位为-1.23V(CSE)，符合SY/T 0088-2006给出的规定。

实践证明，牺牲阳极法阴极保护可以避免罐底板下面的金属腐蚀，特别是对焊缝腐蚀的保护更加有效。

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牺牲阳极阴极保护法原理究竟是什么，牺牲阳极阴极（Sacrificial Anode Cathodic Protection）保护法（Principle）被广泛应用于腐蚀控制工程中，以有效防止金属管道、设备、海底油管及其他金属结构物受到腐蚀衰减，是目前最常用的腐蚀防护方法。

它具有结构简单、价格低廉等优势，广泛应用于电力行业、化工行业、航天及船舶行业等，取得了良好的防护效果。

本文将研究牺牲阳极阴极保护法的原理及其实施步骤。

一、什么是牺牲阳极阴极保护法牺牲阳极阴极保护法的原理基于电解质大气电位腐蚀（Atmospheric Potential Corrosion）的原理，也就是说，金属表面存在一个电位差，若该电位差大于电解质大气电位则发生腐蚀，若小于则不会发生腐蚀。

牺牲阳极阴极保护法通过把阴极放置于具有较高电位的金属表面，阳极则放置于腐蚀流体内，使两者之间形成电路，从而使阴极表面电位低于金属表面，其电位差小于大气电位，从而防止金属管道、设备、海底油管及其他金属结构物的腐蚀。

二、实施步骤（1）确定/选择适当的牺牲体：一般来说，牺牲阳极阴极保护体选用金属如铝、镁或钛合金、锰钢球或碳钢板（极板）等，其电位低于金属表面，但要注意不能选择尿素或硝酸钠等可以支配的牺牲体，以免造成环境污染。

（2）安装加电装置：在阴极（牺牲阳极）安装处，应安装一个加电装置，将电流送入阳极（牺牲阳极），以保护金属表面。

（3）观察效果：观察金属表面腐蚀变化情况，如果有明显变化，可以根据实际情况调整电流大小。

总之，牺牲阳极阴极保护法广泛应用于工业腐蚀控制，它可以有效防止金属管道、设备等受到腐蚀衰减，同时具有结构简单、价格低廉等优势，是目前最受欢迎的腐蚀防护方法之一。

本文已经介绍了牺牲阳极阴极保护法的原理和实施步骤，但是还有一些重要细节可以继续研究，比如如何确定阴极的位置，如何调整电流大小等。

未来还需要继续深入研究，以期更好地控制腐蚀，保护金属管道、设备及其他金属结构物。

船舶阴极保护牺牲阳极保护措施作业指导书河南汇龙合金材料有限公司技术部：刘珍编制：2018年8月内部资料请勿外传舰船的阴极保护从包括所有附着物和敞开处在内的水下部位的外防护，到各种船舱管路和船舭的内防护。

一、船舶吃水线以下部位的阴极保护因为所要求的保护电流需要量和电流分布，在无覆盖层的舰船上要实施阴极保护实际上是不可能的或者是很不经济的，此外，在船用钢板和防止生物附着的涂料之间应有电绝缘层制止毒性金属化合物发生电化学还原反应。

阴极电解产物不能阻止海洋生物的附着，与此相反，假如实施阴极保护，在自然腐蚀中，海洋生物会附着在惰性铜材上。

根据受保护的范围大小，应当区别对待舰船水下部位的完全保护与局部保护，实施局部保护时，只有船尾受保护，由于水流速度很快，处于充气状态，并在螺旋桨和舵等附件上形成腐蚀电池，所以特别危险，局部保护也可延伸到船头，但船头同样处于高水流速度的影响之下。

因为在船头和船体中部，覆盖层被机械损坏的事情常有发生，所以，舰船采用牺牲阳极或强制电流方法实施完全保护变得越来越重要了，将牺牲阳极安装在舭龙骨（船底和船侧间的弯曲部分，起平衡稳定作用）上一点问题都没有，它的保护范围可以扩大到螺旋桨和舵等附件上，或者可以根据船的设计和保护方法螺旋桨和舵等附件分别实施阴极保护。

在所有情况下，局部或全部铝合金或不锈钢的船壳必须实施阴极保护，这也适用于含鉻超过20%、含钼超过3%的高合金钢，因为它们容易在覆盖层下发生缝隙腐蚀。

阴极保护设计必须根据具体条件而定。

二、阴极保护牺牲阳极防腐措施压载舱受腐蚀的主要原因是浸水钢板部分发生了电化学反应。

海水是一种很强的电解质,由于船体钢铁不是单纯的理想金属,而是由铁与碳及其它金属元素共同构成的合金。

在钢铁表面,由于各部位的电极电位不一样,会形成无数对微电池。

微阳极区遭受腐蚀,微阴极区不受腐蚀.根据电化学腐蚀理论,船体钢板在海水中的腐蚀就是由于微电池作用所致。

三、牺牲阳极的布置应该遵循以下原则:(1)船体外板所需的牺牲阳极应该均匀对称的布置在般龙骨和般龙骨前后的流线上，以减少船体附加阻力;(2)螺旋桨和舵所需的牺牲阳极应均匀的布置在娓部船壳板及舵上，距螺旋桨叶梢300.m范围内的船壳板上和单螺旋桨船的无阳极区不得布置牺牲阳极;(3)海底阀箱、声纳换能器阱所需的牺牲阳极应布置在箱、阱内部四、牺牲阳极的安装牺牲阳极可采用焊接或螺栓固定两种方式安装，一般说来焊接固定方法简单、安装牢度高、接触电阻小，而螺栓安装容易更换，更换时可不损坏周围及钢板反面的涂层。

牺牲阳极阴极保护与外加电流阴极保护电化学腐蚀防护是工业装置防腐中极其重要的一环。

相对纯化学腐蚀，电化学腐蚀速率快，危害性更大。

为保证工业设备、设施的使用安全，延缓在强腐蚀环境下的使用寿命，必要的情况下应采取阴极保护。

牺牲阳极和外加电流阴极保护。

牺牲阳极：在被保护金属上连接电位更低的金属牺牲阳极，优先腐蚀牺牲阳极，保护高电位金属。

外加电流：保护回路中连接直流电源，使被保护金属成为阴极。

外加电流阴极保护系统包括：被保护机构、恒电位仪（阴极保护电源）、辅助阳极（包括深井阳极、浅埋阳极、柔性阳极、网状阳极等）、电位测试系统（参比电极）以及相关的电缆等。

深井阳极埋深大，此时土壤电阻率低，可降低外加电流阴极保护的能耗。

但深井阳极对地质条件、地下水位等要求高，对构筑物、地下管网有干扰，且需要钻深孔，施工复杂且费用高。

柔性阳极目前应用越来越广泛，包括导电聚合物线性阳极和混合金属氧化物阳极（MMO）。

施工方便，适应性广，对其他构筑物干扰小。

如何选择阴极保护方式综合考虑外界腐蚀条件，土壤电阻率，技术方案，工程规模，两种阴极保护方式的特点，经济性等，再结合工程实例。

（1）储罐内壁宜采用牺牲阳极，外壁宜采用外加电流阴极保护；（2）恶劣腐蚀条件下或土壤电阻率高的环境，优选外加电流保护，因为驱动电压恒定，阴极保护电流控制灵活；（3）工程规模大、需要保护整个罐区或者大范围的长输管道，优选外加保流保护方式；（4）邻近的金属构筑物不能被干扰时，优选牺牲阳极保护；（5）因外加电流阴极保护一次投资大，长期耗电且需要人员维护，消耗资金多，须进行经济性比选。

引用：GB50393钢质石油储罐防腐蚀工程技术标准GB／T21448埋地钢质管道阴极保护技术规范。