阴极保护外加电流阴极保护基本概念

浅谈外加电流阴极保护防腐技术的原理及调试xx北港池集装箱码头三期位于xx东疆港区，码头为钢管桩和预应力砼梁板结构，有1456根Φ1200mm和1708根Φ1000mm钢桩，钢管桩材质为Q345B。

钢管桩位于海洋环境中，存在着潮差区、海水全浸区和海泥区三个严重腐蚀区域，严重威胁着码头的安全运行和长期使用。

因此，对xx北港池集装箱码头三期采用及时有效的防腐保护是十分必要的。

本工程采用的防腐方式为外加电流阴极保护，共分为29个系统对码头3164根钢桩进行保护。

系统的控制采用自动控制和手动控制相结合的方式，并配备了遥控的功能和可视化软件系统，使防腐工作从过去的粗放型管理一步跃进为可视化、数字化、远程化，专业化的先进管理模式，给业主提供了专业的防腐控制形式。

一、外加电流阴极保护介绍1、金属腐蚀基本原理定义：金属在周围介质（常见是气体和液体）作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解而产生的破坏。

过程：金属在一定的环境介质中经过反应恢复到它的化合物状态，这个腐蚀的过程可用一个总的反应过程表示：金属材料＋腐蚀介质＝腐蚀产物2、外加电流阴极保护原理外加电流保护，即将惰性阳极与外部的直流电源的正极相连，将受保护的钢结构（钢管桩）与外部的直流电源的负极相连。

保护电流是由电源提供的。

这时辅助阳极可选用耐腐蚀的材料（如钛金属）。

当系统工作时，在阳极与的钢管桩之间有电流通过。

使钢管桩表面出现一层薄膜，也就是通常所说的极化薄膜。

该极化薄膜形成阻止腐蚀电池的电位。

在阴极保护中该极化电位可以通过改变电流的方式加以改变，从而可以选择理想的防腐效果。

3、外加电流阴极保护系统特点：（1）可随外界条件引起的变化自动调节电流，使被保护部分的电位控制在最佳保护电位范围内。

（2）使用寿命长，保护周期长。

（3）辅助阳极排流量大，作用半径大，可以保护结构复杂、面积较大的设备及港工建筑。

二、外加电流阴极保护系统组成及功能本外加电流阴极保护系统包括直流电源、辅助阳极、参比电极、监测设备和电缆。

外加电流的阴极保护原理外加电流的阴极保护原理是一种利用外部电源向金属结构施加电流，以减缓或阻止金属结构的腐蚀过程的方法。

这种方法通常用于防止钢铁结构在潮湿、盐碱环境中的腐蚀，以及减少管道、船舶、海洋平台等金属结构的腐蚀速度。

在这种保护原理下，金属结构的腐蚀过程会被转移至外部电流的阳极区，从而保护了金属结构的阴极区。

外加电流的阴极保护原理的基本原理是通过向金属结构施加一个与其自然电位相反的电流，使金属结构的电位向负方向移动，从而使其成为一个电化学上的“阴极”。

这样一来，金属结构的腐蚀过程就会被减缓或阻止，从而达到了保护金属结构的目的。

在实际应用中，外加电流的阴极保护原理通常通过在金属结构表面安装阳极和外部电源来实现。

阳极通常由惰性金属或铁、铝合金制成，外部电源则通过控制器对阳极施加适当的电流。

当外部电流施加到金属结构上时，金属结构的电位会发生变化，从而形成一个保护性的电位。

外加电流的阴极保护原理具有许多优点。

首先，它能够提供持久的保护效果，有效延长金属结构的使用寿命。

其次，它能够在不影响金属结构外观和性能的情况下实现保护效果。

此外，它还能够适应不同环境条件下的保护需求，如海洋环境、土壤环境等。

然而，外加电流的阴极保护原理也存在一些局限性。

首先，它需要一定的设备和技术支持，成本较高。

其次，对于大型金属结构的保护效果可能受到影响，需要进行详细的设计和施工。

此外，外加电流的阴极保护原理在一些特殊环境条件下可能会出现效果不佳的情况，需要谨慎应用。

总的来说，外加电流的阴极保护原理是一种有效的金属结构腐蚀防护方法，通过施加外部电流改变金属结构的电位，实现了对金属结构的保护。

在实际应用中，需要根据具体情况进行详细的设计和施工，以确保保护效果的实现。

同时，也需要注意其局限性，合理选择保护方案，以达到最佳的保护效果。

海洋工程装备种类繁多，主要有：船舶、海洋钻井平台、浮式生产系统等装备。

海洋工程装备体积庞大，且主体多是钢结构制成，他们服役期间长，多达20多年，而且海水腐蚀性很强，海洋工程设备腐蚀破坏，污染海洋环境，甚至出现安全事故，严重危害工作人员安全，海洋工程装备防腐工作越来越多的引起人们的重视。

目前，海洋工程装备防腐方式主要用防腐涂层、牺牲阳极和外加电流保护系统等方法。

防腐涂层可以有效隔绝海水与装备金属面的接触，进而实现防腐。

但在船舶航行、海洋工程设备安装施工过程中涂层会受到破坏，金属表面开始腐蚀。

牺牲阳极保护方法对于海洋工程装备来说，外部悬挂的牺牲阳极增加其航行的阻力，也增加了结构物的重量和额外费用。

在牺牲阳极消耗过程中，其释放的金属离子也会污染周围环境，最主要的是牺牲阳极设计寿命较短，难以满足长期服役装备的需要。

外加电流阴极保护系统具有使用寿命长、保护效果好、维护费用低，可以通过一个AC-DC电源转换产生电压电流，干扰船体金属与海水发生化学反应，从而保护船体不被腐蚀。

一、外加阴极保护原理阴极保护的定义：通过外加直流电源或者比船体表面金属更活跃的金属，将想要保护的金属电位降低至不受腐蚀的电位，使得发生氧化还原化学反应所需的电子通过外加电源的电流或活泼金属给出。

当船体表面金属处于比此电位更低的电位时，该金属就不会参加氧化还原反应了，也就不再受到海水腐蚀。

电化学腐蚀是由于活泼金属与电解质溶液在一起发生氧化还原反应所引起的，与原电池的原理相同。

因为船体是由活泼金属—铁构成的，而海水便是电解质溶液，他们之间发生了氧化还原反应。

由以上化学公式可得：铁失去电子后与氧、水发生反应形成铁锈而溶解在水中，这样周而复始船体就会腐蚀掉。

从正极公式可知得到电子形成氢氧根，那么通过外加电流提供给保护的船体电子，这样船体就不会因为失去电子而被腐蚀，这就是外加电流阴极保护的原理依据。

船体ICCP系统原理如下：二、W轮的外加电流阴极保护系统组成W轮外加电流阴极保护系统由恒电位仪、辅助阳极和阳极屏蔽层、参考电极组成。

牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护的基本概念及自身特点土壤中的杂散电流也能引起钢管的腐蚀，杂散电流从地下钢管的一端流入又从另一端流出，流入端成为阴极流出端变为阳极，导致钢管腐蚀杂散电流的强度与管道腐蚀量成正比，一般壁厚7~8 mm 钢管在杂散电流作用下4~5 个月即可能发生腐蚀穿孔，其速度大大超过自然腐蚀，是造成管道腐蚀穿孔的主要原因。

阴极保护是在金属表面通过足够的阴极，电流使金属表面阴极化，从而防止其表面腐蚀，它适用于土壤淡水等介质中，金属的腐蚀保护，同时它还可以应用于防止某些金属的局部腐蚀，如孔蚀、应力腐蚀、开裂腐蚀、疲劳等，阴极保护法又分强制电流法排流保护法牺牲阳极法。

强制电流是国内长输管道阴极保护保护的主要形式，通过向被保护管道输入直流电流使其阴极化从，而达到阴极保护工程目的这种保护方法输出的电流连续可调，保护范围大，工程越大相对投资比例越小，且不受土壤电阻率限制。

不足的是对邻近金属构筑物造成干扰，外部电源维护管理工作量大。

城市天然气管网及附属设备上多采用牺牲阳极保护法即用一块低电位金属与管道设备相，接使两者在电解质中构成原电池电位较低的金属作为阳极，会逐渐被腐蚀以实现对阴极金属管道的保护，通常牺牲阳极腐蚀到最后尺寸最快要10 ，年因此根据被保护物的长度土壤电阻率及保护年限确定牺牲阳极以降低或阻止金属的电化学腐蚀速度，保障管道的使用寿命。

牺牲阳极通过阳极自身的消耗，给被保护金属体提供保护电流，因此对牺牲阳极材料，要求有足够的负电位阳极极化小，使用过程中电位稳定，溶解均匀表面不产生高电阻的硬壳且无污染，同时材料的价格便宜来源广，常用的有镁与镁合金、锌铝合金三大类，镁阳极一般适用于各种土壤环境，锌阳极适用于土壤电阻率低的潮湿环境，铝阳极则用于低电阻潮湿和氯化物的环境而不能用于土壤中。

河南汇龙合金材料有限公司刘珍。

管道阴极保护基本知识TTA standardization office管道阴极保护基本知识公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]管道阴极保护基本知识内容提要：◆阴极保护系统管理知识一、阴保护系统管理知识（一）阴极保护的原理自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。

我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。

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。

阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。

有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

1、牺牲阳极法将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。

在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图1—3。

牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为；高钝锌，其电位为；工业纯铝，其电位为（相对于饱和硫酸铜参比电极）。

2、强制电流法（外加电流法）将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。

其方式有：恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。

如图1-4示。

图1-4恒电位方式示意图外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。

外加电流阴极保护1. 相关参数船体外加电流阴极保护，通过调节保护电位和保护电流达到保护船体钢板的目的，所以其最基本的也是最重要的参数有两个：保护电位、保护电流密度。

（1）保护电位：保护电位，取决于金属性质和所处介质的性质，变化不大。

通常最佳保护电位（船体钢板相对于银/ 氯化银参比电极的电位）-0.75~-1.00V ，ICCP 控制仪- 恒电位仪的工作电压范围± 2V。

（2）保护电流密度：保护电流密度，除金属和介质的性质外，还受环境影响，变化较大，可能包括：船舶在静止海水中，电流密度150mA/m2寸，可以很快达到保护电位（-0.80V ）; 但若电流密度小于40mA/m2则几乎无法达到保护电位。

•船体钢板表面有无复盖物、复盖物的种类、复盖物的完整性等，很大程度上影响最佳电流密度的大小。

例如，涂有完整油漆的钢板所需的保护电流密度，比裸钢板小得多：在静止海水内，涂有三道聚二乙烯乙炔涂料的钢板，电流密度0.35mA/m2可即刻达到保护电位；而裸钢板却需154mA/m?大400多倍。

再如，同样在静止海水内：涂有三道聚二乙烯乙炔涂料的钢板，电流密度0.11mA/m2 只要几小时就可达到保护电位；而裸钢板，电流密度高达45mA/m2也需要9天左右。

•海水是流动的而且海流和风浪时大时小，船舶也有时停泊有时航行且航速有快慢，都影响最佳保护电流密度。

例如恶劣气象航行和破冰航行，所需要的保护电流密度显著增高。

•不同海域海水含盐量有差别，不同季节海水温差不同，都会影响最佳保护电流密度。

保护电流密度，需要综合考虑上述各种因素，而且主要靠大量的实践才能得到比较切实的数据。

船体外加电流阴极保护装置的管理者，日常应针对这些环境因素不断调节、修整装置的相关参数，以确保其充分发挥作用。

相对于常用的银/ 氯化银参比电极，保护电流密度要保证保护电位-0.75~-1.00V，最佳保护电流密度30~60mA/m2我国海船选用40~60mA/m2较为合适。

外加电流阴极保护的基本原理与引用范围阴极保护利用将金属表面各点电位达到一致，从而减少电子的流失来减缓金属腐蚀。

实现阴极保护的方式有：牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

下面介绍的是外加电流阴极保护的基本原理与引用范围。

外加电流阴极保护是指通过外界强加电流进入阳极地床输入到土壤中，电流在土壤中流动到我们想要保护的建筑结构或工业机械中，并从顺延这电流的移动路线回到电源设备。

这样被保护设备的电流一直处于电流移动的状态，从而因电子不会流失而得到保护。

又因为电流是被强制加入的，所以这种阴极保护的方式又被称为强制电流阴极保护。

受传统习惯的影响，在建设大型储罐时，总是需要存储罐底板下方铺设一层沥青砂，用柬防止地下水的上浸，从而达到减缓储罐底板腐蚀的目的。

但事实证明，受储罐渡位的变化以及储罐底板变形的影响，沥青砂层很快就会开裂、粉化，达不到阻止地下水的目的，另外，潮湿空气进入储罐底板和沥青砂的缝隙后，由于受温度变化的影响，也会有水分析出，凝聚，引起储罐底板的腐蚀。

对于安装了阴极保护的储罐，沥青砂的存在阻碍了阴极保护电流的流动，影响储罐底扳的阴极保护效果。

正确的做法是不使用沥青砂，而使用细沙，涂覆储罐底板，同时施加阴极保护。

这样不但节约投资，保护环境，也会减缓储罐底板的腐蚀。

当使用网状阳极阴极保护时．自储罐中心到边缘，阴极保护电位逐渐升高（变正），谜是基础中含氧量不同所引起的，越靠近储罐边缘，含氧量越高，储罐底板越难以极化。

在判定阴极保护状态时，最好使用100mv阴极极化作为判断指标。

强制外加电流阴极保护方式常常被用于保护高土壤电阻率中的中大型建筑结构及工业设备，引用范围非常广泛。

牺牲阳极阴极保护的用各种金属的电位差异，使需要保护的金属设备提供电子，使其整体一直处于电子过剩的状态。

在这种阴极保护方式中，附加的比较活泼的金属被腐蚀，所以也被成为牺牲阳极阴极保护。

牺牲生命阳极阴极保护的优点主要存有：不须要额外的外部电源；保护直观加装便利；大部分情况都比较难再次减少阳极；电流分配光滑；费用太少。

外加电流阴极保护原理及参比电极
一、外加电流阴极保护原理
外加电流阴极保护是通过外部电源提供电流，使被保护金属成为阴极，从而防止腐蚀的一种方法。

其原理是将被保护的结构物作为阴极，通过外部电源提供电流，使结构物的电位降低至腐蚀电位以下，从而消除腐蚀电流，实现保护。

二、参比电极
在阴极保护系统中，参比电极是一个非常重要的组成部分。

它主要用于测量被保护结构的电位，从而判断阴极保护效果。

根据不同的用途和特性，参比电极有多种类型。

1.零电位参比电极
零电位参比电极是最常用的参比电极之一，其电位接近于零。

常见的零电位参比电极有铜/硫酸铜电极、银/氯化银电极等。

这些电极的优点是电位稳定，使用方便，适用于各种介质和环境。

2.单一金属参比电极
单一金属参比电极是由单一金属制成的电极，其电位与该金属在电解质中的腐蚀电位有关。

常用的单一金属参比电极有镁、铝、锌等。

这些电极的优点是电位较稳定，适用于阳极保护系统。

3.饱和甘汞电极
饱和甘汞电极是一种常用的参比电极，由汞、甘汞和溶液组成。

该电极的电位与甘汞的浓度和溶液的组成有关。

饱和甘汞电极的优点是电位稳定，使用寿命长，适用于各种介质和环境。

4.银-氯化银电极
银-氯化银电极是一种常用的参比电极，由银和氯化银组成。

该电极的电位与氯化银的浓度和温度有关。

银-氯化银电极的优点是电位稳定，使用寿命长，适用于淡水和海水介质。

阴极保护法：外加电流阴极保护和牺牲阳极保护。

1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。

该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100欧姆.米）的金属结构。

如，城市管网、小型储罐等。

根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。

牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。

本人认为，产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。

因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。

2、外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电子流（不是电流，否则没法保护，电流与电子流的方向相反）从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境。

该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。

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