外加电流阴极保护辅助阳极的选择及计算

外加电流阴极保护用阳极牺牲阳极保护法具有无需提供辅助电源，阳极输出电流小，安装工程量小，运行期间不必经常维护等特点。

但是实施牺牲阳极保护时，它的阳极输出电流有限，且可控性较小，只能保护阳极附近较小的范围。

当遇到需要较大的工作电流或较大范围时，如暴露在空气中的钢筋混凝土结构，则需要用外加电流阴极保护法。

外加电流阴极保护法是通过外加电源来提供所需的保护电流，将被保护的金属做阴极，选用特定的材料做阳极，从而使金属得到保护的方法。

外加电流阴极保护系统主要由直流电源、辅助阳极、参比电极3个部分组成。

其中辅助阳极是核心部件，它的电化学性能直接影响着整个系统的工作效果和使用寿命，可根据几何形状、外加电流的大小、应用环境等条件选择。

1石墨阳极石墨的电阻率为(3。

8)xlO-s Q·m，抗压强度为25.35 MPa，合适的工作电流密度一般是5。

10 Mm2。

多孔石墨阳极材料的孔隙率为20%～30%，发生阳极反应时产生的气体会滞留在孔内，引起阳极材料的机械和化学损坏，造成表面软化和膨胀。

为了延长石墨阳极的使用寿命，增加其机械强度，一般用桐油、沥青或树脂对其进行浸渍处理。

石墨阳极在土壤或海水介质中工作时，消耗率与阳极表面的电化学反应密切相关，当阳极表面以析氯反应为主时，石墨的消耗率通常在o.13～0.22 kg/A·a;当阳极表面有析氧反应时，由于石墨中的碳被氧化成CO：，消耗率上升至0.9 kg/A·a。

石墨阳极导电性好，易于加工，价格便宜，但是脆性大，机械强度低，工作寿命短短，且材料较软，不适合在快速流动和冲刷的环境下使用。

2高硅铸铁阳极高硅铸铁是指含硅14%～18%的一种铁合金，电阻率为7.2×10-7 1-/·m，允许的工作电流密度是5～80 A/m2。

当高硅铸铁阳极中有电流通过时，表面会形成SiO：保护膜和水合物薄膜。

这层SiO：保护膜极耐酸腐蚀。

因此，高硅铸铁阳极适合在潮湿的环境下使用。

外加电流阴极保护设计原则及考虑外加电流阴极保护设计，根据工艺计算对保护范围宜增加10%的余量，对于埋地管道的工艺设计，一般对管道保护长度留有10%的余量。

外加电流阴极保护设计时，一般均已新建结构物或已建结构物的实际条件为基础。

在参数选择、设计计算中只要与管道本身参数相符合，其设计往往是成功的。

随着时间年限的延长，结构物上的防腐层逐渐老化，破损增多，使所需阴极保护电流增大有效保护范围缩小。

因此设计中应对阴极保护所需电流密度的变化做充分的考虑，通常办法是对结构物保护范围留有一定的余量。

②外加电流法阴极保护设计中，辅助阳极的设计寿命应与被保护结构物相匹配。

对各种不同结构物均应考虑辅助阳极的可更换性。

对于埋地管道的外加电流法阴极保护，其辅助阳极的寿命一般不小于20年。

辅助阳极的寿命是保障外加电流法阴极保护系统有效工作的关键。

辅助阳极失效，将使阴极保护系统中断工作。

对于可更换的辅助阳极系统，如船舶或其他工业设备装置中辅助阳极系统，从经济上考虑不必选择昂贵的、寿命很长的阳极。

而对于不可更换或很难更换的辅助阳极系统，如埋地管道辅助阳极系统，则应保证其设计寿命。

③外加电流法阴极保护设计时，应充分注意保护系统与外部金属结构物之间的干扰问题，以及外部信号可能对保护系统产生干扰的问题。

在被保护金属结构物周围往往还存在着一些其他的金属结构物，如埋地管道周围的情况。

这就要求在外加电流法阴极保护设计时应充分考虑这一点。

另一方面，埋地管道周围密集其他金属结构物存在于阴极保护电场中，将不可避免的改变电场电力线的分布，产生对埋地管道阴极保护的屏蔽作用。

在严重情况下，可在被保护结构物上形成阴极保护的死角。

由此产生保护不足甚至导致阴极保护失效。

同时也导致阴极保护运行成本增加。

处于直流电力输配系统、直流电气化铁路、邻近外部结构物阴极保护系统或其他直流源影响范围内的埋地金属结构物，易遭受杂散电流干扰影响而产生腐蚀破坏，从而导致被保护物迅速的电解腐蚀，使其阴极保护系统遭受严重的干扰破坏。

水运是五大交通运输系统之一，船舶是水运的主要交通工具。

近年来，海运货物的增长率逐年增长8%。

然而，由于长期在海上航行，船舶受到各种腐蚀性介质的不同程度的腐蚀。

目前，船舶的主要防腐措施是涂料与阴极保护相结合。

由于涂层在涂敷和使用过程中不可避免地会出现涂层缺失、气孔等缺陷，这些地方首先会发生腐蚀，加速并引起点蚀。

阴极保护能有效抑制涂层缺陷处的点蚀，降低阴极保护的电流密度，使阴极保护更经济，保护电流分布更均匀，保护效果更好。

对于大型船舶，保护电流比较大。

在这种情况下，两套独立的保护系统可以安装在船的中部，或靠近船的头部和尾部。

电位器可以安装在机舱的主控制室或其附近。

在安装恒电位器时，应注意阴极接地和基准电极的零接地不应在同一点，并应间隔一定距离。

恒电位器的负极应接在船体上，正极应接在与船体绝缘的辅助阳极上，不得倒转。

辅助阳极一般对称布置在右舷和右舷上。

一般4-6艘为宜，超大型船舶数量可适当增加，但不超过10艘。

确定阳极数量后，即可确定阳极规格。

艉部安装的辅助阳极多为长条形，艏部多为圆盘形。

辅助阳极的垂直布置为从重水线到船底中线的弧长1 / 3左右，但必须小于轻水线0.5m以下。

船用辅助阳极的安装方式有两种，一种是附着式，另一种是凹式。

该胶黏剂的优点是目前分散性较好，缺点是容易损坏。

凹型的优点是阳极不易损坏，但分散能力不如粘着型。

凹阳极主要用于破冰船等高负荷船舶，并安装在船首。

参比电极的纵向排列取决于参比电极的数量。

如果整艘船只有两个参比电极，一个在船头，一个在船尾或船中部，最好将左右两边分开。

如果安装一个以上的参比电极，可以配置船首、中部和船尾，配置左舷和右舷。

参比电极布置在两个辅助阳极中间或离阳极最远的地方，即安装在电位最大的地方。

对于大型船舶，离阳极至少15-20米，而对于小型船舶，距离可以按比例缩小。

参比电极应与辅助阳极垂直布置在同一水平面上。

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。

管道外加电流阴极保护设计方案上海xxx设计研究总院二〇一二年十二月三日一、概述管道由1条DN1428低碳钢焊接管组成，总长约1.5Km,采用顶管和开挖排管相结合的施工方法进行敷设。

根据类似工程数据，管道埋设深度土层的平均土壤电阻率5～10Ω·m。

全部钢管外防腐均采用熔融环氧粉末防腐涂层。

顶管连接焊缝处采用专用液态环氧树脂补口涂料涂封。

二、设计方案本工程敷设的管道口径较大、埋设深度深、采用顶管方法敷设在中继间切割及密封焊接会造成该处管道外涂层损伤。

因此管道阴极保护选用外加电流方法。

管道设计采用独立的外加电流阴极保护系统。

清水管道在两端各设计1个阴极保护站。

每个阴极保护站在距管道30～50m处设计1座深井阳极、在靠近排气管处埋设1支长效硫酸铜参比电极、在阴极保护站设计安装1台直流电源。

中间流量井1处需采用电缆跨接确保管道良好电连续连接。

本工程顶管施工完成后大部分工作井不拆除，由于其混凝土井壁、井底会对外加电流产生屏蔽使井内浸在水中或土中的管道无法获得有效保护，为此在每个井内设计安装埋设2支镁合金牺牲阳极对井内管道实施阴极保护。

三、设计依据的标准及规范1、GB/T21448-2008埋地钢质管道阴极保护技术规范。

2、GB/T21246-2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法。

3、SY/T0086-95阴极保护管道的电绝缘标准。

4、SYJ4006-90长输管道阴极保护施工及验收规范四、设计指标1、阴极保护设计使用寿命20年。

有效保护期间管道极化电位应满足以下第2或3条要求。

2、施加阴极保护后，管道阴极极化电位为-0.85~1.25V（相对于CSE电极），应考虑排除IR降。

3、在阴极保护极化形成或衰减时，测取被保护管道表面与土壤接触、稳定的参比电极之间的阴极极化电位差不应小于100mV。

4、当土壤或水中存在硫酸盐还原菌，且硫酸离子含量超过0.5%时，通电保护电位应达到-0.95V 或更负（相对于CSE 电极）。

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。

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。

[2]。

外加电流阴极保护辅助阳极，任何导电材料都可以作为外加电流阴极保护辅助阳极，又称阳极地床，考虑到经济性及使用寿命，多选用耐腐蚀的材料作为阳极。

目前普遍采用的阳极材料多位高硅铸铁阳极材料，或混合金属氧化物阳极材料。

辅助阳极的性能要求：1.从辅助阳极的生产、运输及阳极保护辅助阳极系统安装方便要求来看，要求辅助阳极治炼性能好，并有一定的机械强度，抗震，脆性小，重量轻，便于搬运集施工。

2.从辅助阳极的工作原理来讲，为了阴极保护系统安全、稳定并长期运行，要求辅助阳极在介质中导电性能优异，消耗率小，耐电解腐蚀性能强，抗酸能力强。

3.从阴极保护电厂分布均匀性要求来看，要求辅助阳极材料便于造型，能根据需求制作成各种形状。

根据北欧保护对象及其所处介质的不同，阴极保护用的辅助阳极常用多种外形，主要有棒状、网状、带状等。

辅助阳极制成不同的形状主要是从电场均匀分布的目的出发的。

带状辅助阳极是近些年开发出的一种新型阳极，主要用于埋地管道、储罐底部及钢筋混凝土的保护，可以解决传统阴极保护做不到的问题，如干扰问题、高电阻率问题等。

带状辅助阳极是导电塑料制成，把导电塑料包覆在铜芯上，带状辅助阳极用于地下金属构件的阴极保护时同其它辅助阳极一样需要焦炭粉填包。

对于常用的棒状石墨阳极和高硅铸铁阳极，通常生产厂家只对一端进行导线连接，但是由于这两种阳极的机械性能表现为脆性大，在阳极的运输、安装过程中难免会出现阳极断裂，若阳极导线的而连是在一端进行的，则出现阳极断开的情况下，没有导线连接的一端将丧失其功能，因此建议在阳极的制造时要求生产厂家对阳极的两端均进行导线的连接。

外加电流阴极保护可用于电力、化工、水利、纺织等行业金属的防腐蚀。

而辅助阳极是外加电流阴极保护系统中不可缺少的重要组成部分。

根据辅助阳极的功能所要求的性能及施工方便的要求，提高辅助阳极的耐腐蚀性能及改善其机械加工性能，是当前乃至今后应该研究的内容之一。

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管道外加电流阴极保护设计方案上海xxx设计研究总院二〇一二年十二月三日一、概述管道由1条DN1428低碳钢焊接管组成，总长约1.5Km,采用顶管和开挖排管相结合的施工方法进行敷设。

根据类似工程数据，管道埋设深度土层的平均土壤电阻率5～10Ω·m。

全部钢管外防腐均采用熔融环氧粉末防腐涂层。

顶管连接焊缝处采用专用液态环氧树脂补口涂料涂封。

二、设计方案本工程敷设的管道口径较大、埋设深度深、采用顶管方法敷设在中继间切割及密封焊接会造成该处管道外涂层损伤。

因此管道阴极保护选用外加电流方法。

管道设计采用独立的外加电流阴极保护系统。

清水管道在两端各设计1个阴极保护站。

每个阴极保护站在距管道30～50m处设计1座深井阳极、在靠近排气管处埋设1支长效硫酸铜参比电极、在阴极保护站设计安装1台直流电源。

中间流量井1处需采用电缆跨接确保管道良好电连续连接。

本工程顶管施工完成后大部分工作井不拆除，由于其混凝土井壁、井底会对外加电流产生屏蔽使井内浸在水中或土中的管道无法获得有效保护，为此在每个井内设计安装埋设2支镁合金牺牲阳极对井内管道实施阴极保护。

三、设计依据的标准及规范1、GB/T21448-2008埋地钢质管道阴极保护技术规范。

2、GB/T21246-2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法。

3、SY/T0086-95阴极保护管道的电绝缘标准。

4、SYJ4006-90长输管道阴极保护施工及验收规范四、设计指标1、阴极保护设计使用寿命20年。

有效保护期间管道极化电位应满足以下第2或3条要求。

2、施加阴极保护后，管道阴极极化电位为-0.85~1.25V（相对于CSE电极），应考虑排除IR降。

3、在阴极保护极化形成或衰减时，测取被保护管道表面与土壤接触、稳定的参比电极之间的阴极极化电位差不应小于100mV。

4、当土壤或水中存在硫酸盐还原菌，且硫酸离子含量超过0.5%时，通电保护电位应达到-0.95V 或更负（相对于CSE 电极）。

够辐射的区域就越广。
阳极体埋设可采用立式或卧式放置，阳极体距地面埋深 1.2m，
阳极体中心间距 1.5 米，阳极体纸依次排开就位后从导气管内灌满水
浸透焦炭（解开纱网灌水后再扎紧），阳极体上方覆盖回填土，回填
时地床区域高出周边地面 200mm 以上，标志桩设在阳极地床的一
端，表明阳极放置的位置。
阳极地床主电缆通常采用 VV－1KV／1×25mm2 电缆，如果有特
施工时，将带状阳极均匀缠绕在管道上，管道每间隔 2 米焊接 一次，在焊接点处将阳极剥离，留出钢芯，使用模具进行铝热焊接， 焊接时防止阳极断开脱落，焊接完毕后对焊点进行防腐处理。
3、钢质管道外加电流阴极保护： ①恒电位仪的选择： 根据我们计算出的总保护电流来选择恒电位仪的型号，在通常情 况下，电流与电压的量程相等，如 30A/30V。在土壤电阻率高的环境 中要适当加大其电压值，但特殊情况要特殊考虑。 ②辅助阳极体的选择： 现在通常采用的阳极体有浅埋阳极体和深井阳极体两种，阳极体 材料通常又分两种，一种为高硅铸铁阳极体，一种为贵金属氧化物阳 极体。 ③阳极地床的选择：
9、每支测试桩配备一支长效参比电极。在测试桩处开挖参比电 极坑（在参比电极放入坑之前，要先浸泡阳极体 5 个小时以上），将 参比电极放入坑中，参比电极尽量靠近管道放置，以减少管道与参比 之间的 IR 降。然后回填，回填时尽量不要夹杂石块。如电缆焊接现 场图所示。参比电极引线接到测试桩端子上，日常维护时打开测试桩 门就可以测试保护电位，了解阴极保护系统运行情况和管道受保护的 情况。
2、套管内部钢质管道带状牺牲阳极阴极保护： 如果钢质管道穿越铁路、公路可采用套管和无套管两种形式。当 采用套管时，必须确保套管和管道之间不得有金属接触或低电阻接 触。一旦有这种接触，保护电流将从该点流入套管，而套管多是裸管， 严重影响干线的阴极保护。套管的直径比输送管道的直径大 200mm，在输送管道穿入套管之前，应在管道上以 2 米的间距安装 绝缘支撑环（又叫绝缘支架或绝缘支撑），最外两个支撑环距套管口 的距离不应大于 0.5m 。为了检测套管的绝缘状态，应在每个套管处 安装测试桩，通过套管和管道上的测试导线在地面可以很方便的测 试。理想的套管穿越，应是套管内干燥无水，而实际调查表明，绝大 多数套管内进了水，再这种情况下，由于金属套管的屏蔽作用，使得 干线上的保护电流对于套管内介质形成的小腐蚀环境不起作用，因而 加速了套管内输送管的腐蚀。所以套管内要考虑单独的阴极保护方 式。通常采用锌带或镁带缠绕在管壁上，作为有渗水的情况下备用， 锌带或镁带不得与套管内壁有电接触。

阴极保护电流电流密度与防腐层绝缘电阻的对应关系 i p =300R gi p ——阴极保护电流密度，mA/m 2Rg ——防腐层绝缘电阻，Ω·m2电流密度与土壤电阻率的关系lgi p =−lgρ+1.54ρ—土壤电阻率，Ω•m2强制电流阴极保护的保护长度按下列公式计算L =2L 0=√8∆U pi π∙D∙J∙r R =ρSπ∙D ´∙δL ——保护站单侧保护长度，m ；ΔU ——管道上允许的最大保护电位与最小保护电位之差，V ； D ——管道外径，m ；J s ——保护电流密度，A/m 2；R ——单位长度管道纵向电阻，Ω/m ；ρs ——钢管电阻，Ω/mm 2;D ´管道外径和内径的平均值，且D ´=δ，mm ；δ——管道壁厚，mm ；外加电流法阴极保护的保护电流按下式计算：I =2I 0=π∙J s ×2L =√8∆U ∙π∙D ∙J s SI ——保护电流；A ；I 0——单侧保护电流，A ；辅助阳极接地电阻计算在h 》d 条件下，单支立式阳极接地电阻按下式计算:（1）深埋式阳极接地电阻R v2=ρ2πL ∙ln 2L d （t 》L ）（2）单支水平式阳极接地电阻：R H =ρ2πL ∙ln L 2td （t 《 L ）L ——阳极长度（含填料），m ；d ——阳极直径（含填料），m ；t ——埋深（填料顶部到地面距离），m ；ρ——阳极区的土壤电阻率，Ω/m ；（3）阳极组的接地电阻R g=F∙R v nR v——单支阳极接地电阻，Ω；n——阳极支数；F——接地电阻修正系数；辅助阳极总质量阳极的质量应能满足最小设计寿命的需要，按下式计算：G t=T∙g∙I KT——阳极设计寿命，a；g——阳极消耗率，Kg/A·a；I——阳极工作电流，A；K——阳极利用系数，常取0.7-0.85。

电源功率的计算：P=IU ηV=I(R a+R L+R C)+V rR c=√R T∙r T 2th（∝∙L）α=√r TR TI=2I0V——电源设备的输出电压，V；R a——阳极地床接地电阻，Ω；R L——导线电阻，Ω；R c——阴极（管道）/土壤界面过度电阻,Ω；α——管道衰减系数，m-1；r T——单位长度管道电阻，Ω/m；R T——防腐层过度电阻，Ω·m；L——被保护管道长度，m；V r——地床的反电动势，V，焦炭填充时取V r=2V；I——电源设备的输出电流，A；I0_单侧方向的保护电流，A；η——电源设备效率，一般取0.7。

外加电流阴极保护法简介外加电流阴极保护法是电化学保护法的其中一种，电化学保护又分阴极保护法和阳极保护法，其中阴极保护法又分为牺牲阳极保护法和外加电流保护法。

这种方法通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电子从土壤流向被保护金属，使被保护金属结构电位高于周围环境来进行保护。

一、系统组成外加电流阴极保护系统由以下几部分组成：辅助阳极、测试桩、直流电源、辅助材料、参比电极和导线。

此外，为使阳极输出的保护电流更均匀，避免阳极附近结构物产生过保护，有时在阳极周围还须涂刷阳极屏蔽层。

二、直流电源在外加电流阴极保护系统中，需要有一个稳定的直流电源，以提供保护电流。

广泛使用的有整流器和恒电位仪两种。

一般，当被保护的结构物所处的工况条件（如浸水面积、水质等）基本不变或变化很小时，可以采用手动控制的整流器。

但当结构物所处的工况条件经常变化时，则应采用自动控制的恒电位仪，以使结构物电位总处在最佳保护范围内。

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：整流器、恒电位仪；太阳能电池；发电机；风力发电机；热点电池。

整流器和其他外加电流系统的电源类型相比较，经济节省操作简单。

外加电流阴极保护系统的电源，其基本要求有：输出恒电位、恒电压、恒电流；同步通断功能；数据远传、远控功能。

恒电位仪的输出电压限定在50V以内，当工程需要更高的输出电压时，必须做好对阳极地床的防护措施。

在工程中广泛使用的恒电位仪主要有三类：●可控硅恒电位仪●磁饱和恒电位仪●晶体管恒电位仪。

可控硅恒电位仪功率较大、体积较小，但过载能力不强。

磁饱和恒电位仪紧固耐用，过载能力强，但体积比较大，加工工艺也比较复杂。

晶体管恒电位仪输出平稳、无噪声、控制精度较高，但线路较复杂。

外加电流阴极保护法的组成一、辅助阳极辅助阳极的作用是将直流电源输出的直流电流由介质传递到被保护的金属结构上。

可作辅助阳极的材料有很多，如废钢铁、石墨、铅银合金、高硅铸铁、镀铂钛、包铂铌以及混合金属氧化物电极等。

阴极保护电流电流密度与防腐层绝缘电阻的对应关系i p——阴极保护电流密度，mA/m2Rg——防腐层绝缘电阻，Ω·m2电流密度与土壤电阻率的关系ρ—土壤电阻率，Ω•m2强制电流阴极保护的保护长度按下列公式计算L——保护站单侧保护长度，m；ΔU——管道上允许的最大保护电位与最小保护电位之差，V；D——管道外径，m；J s——保护电流密度，A/m2；R——单位长度管道纵向电阻，Ω/m；ρs——钢管电阻，Ω/mm2;D´管道外径和内径的平均值，且D´=δ，mm；δ——管道壁厚，mm；外加电流法阴极保护的保护电流按下式计算：I——保护电流；A；I0——单侧保护电流，A；辅助阳极接地电阻计算在h》d条件下，单支立式阳极接地电阻按下式计算:（1）深埋式阳极接地电阻（t 》L）（2）单支水平式阳极接地电阻：（t《 L）L——阳极长度（含填料），m；d——阳极直径（含填料），m；t——埋深（填料顶部到地面距离），m；ρ——阳极区的土壤电阻率，Ω/m；（3）阳极组的接地电阻R v——单支阳极接地电阻，Ω；n——阳极支数；F——接地电阻修正系数；辅助阳极总质量阳极的质量应能满足最小设计寿命的需要，按下式计算：T——阳极设计寿命，a；g——阳极消耗率，Kg/A·a；I——阳极工作电流，A；K——阳极利用系数，常取0.7-0.85。

电源功率的计算：V——电源设备的输出电压，V；R a——阳极地床接地电阻，Ω；R L——导线电阻，Ω；R c——阴极（管道）/土壤界面过度电阻,Ω；α——管道衰减系数，m-1；r T——单位长度管道电阻，Ω/m；R T——防腐层过度电阻，Ω·m；L——被保护管道长度，m；V r——地床的反电动势，V，焦炭填充时取V r=2V；I——电源设备的输出电流，A；I0_单侧方向的保护电流，A；η——电源设备效率，一般取0.7。

设计参数的选择及阳极用量的计算1、牺牲阳极法（1）最小保护电位负于-0.85V（相对于Cu/饱和CuSO4参比电极）（2）最小保护电流密度最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。

涂层种类不同所保护电流密度值不同，钢管外覆盖层的绝缘电阻越高，所需的保护电流密度值越小。

见表1防腐层种类及所需保护电流密度表1防腐层种类保护电流密度mA/m2塑料（聚乙烯层）0.001-0.01石油沥青玻璃布7mm 0.01-0.05石油沥青玻璃布4mm 0.5-3.5旧沥青层0.5-1.5旧油漆1-30裸管5-50附：状态裸露无涂层旧涂层涂层质量一般优良涂层优秀涂层保护电流密度（mA/m2）30-50 3-10 0.1-3 0.01-0.1 0.001 （3）阳极的接地电阻R=（ρ/2πL）×1n（2L/D）式中：ρ——土壤电阻率欧姆·米L——阳极长度米D——填料柱直径米（4）牺牲阳极的发生电流①Ia=式中：△E——牺牲阳极的驱动电位伏（锌阳极取0.2，镁阳极取0.65-0.66）②Ia（mg）=1200fY/ρ（美国Harco防腐公司推荐的经验公式）式中：Ia（mg）——镁阳极的输出电流毫安ρ——土壤电阻率欧姆·厘米f——系数查表2Y——修正系数查表3f系数表2（注：表为老标准，现按表内相近重量为准。

）Y修正系数表3阳极重量（kg）系数1.4 0.532.3 0.604.1 0.717.7 1.009 1.0014.5 1.0623 1.09管地电位（V）镁阳极修正系数（5）保护面积S=π×D×L式中：π——3.14S——总保护面积m2D——管径mL——管道长度m-0.7 1.17-0.8 1.07-0.85 1.00-0.90 0.93-1.00 0.79-1.10 0.64-1.20 0.50 （6）保护总电流I A=S×Im式中：I A——所需总保护电流毫安S——总保护面积m2Im——最小保护电流毫安（7）所需阳极数量N=K×I A/Ia式中：N——阳极数量支K——备用系数，一般取2-3I A——所需总保护电流毫安Ia——单支阳极的输出电流毫安（8）阳极寿命T=0.85W/ωIa式中：T——阳极寿命年W——阳极净质量公斤ω——阳极消耗率Ia——阳极平均输出电流2、外加电流法阴极保护（以DN159mm×8，40km管道为例）。

ａ ｅ ｍ ｐｏ ｔ ｎ ｐａｔ ｉ ｉ ｐ ｅ ｓ ｄ ｕｒｅ ｔ ａ ｈ ｉ ｐｒ ｔ ｃｉ ｎ ｙｓｅ ．Ｔｉａ ｉ ｍ ａ ｏｄ ｓ ｒ ｉ ｒａ ｔ ｒｓ ｎ ｍ ｒ ｓ ｅ ｃ ｒ ｎ ｃ ｔ ｏｄ ｃ ｏ ｅ ｔｏ ｓ ｔｍ ｔｎｕ ｎ ｅ ｐｒ ｐａａ ｉ ｍ ｅｈｏｄ ｗｅ ｅ ｎｒ ｄ ｅ ｅ ｒ ｔｏｎ ｔ ｓ ｒ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ； ａ ｃ ｌｒ ｔ ｄ ｉｅ ｅｓ ｍ ｅｈｏ ｆ ｒ ｔｔ ｎ ｕ ａ ｄｅ ｉ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｎｖｒ ｃ ｅ ｅ ａｅ ｌｆ ｔ ｔ ｔ ｄｓ ｏ ｉａ ｉ ｍ ｎｏ ｓ ｎ ｉｆ ｒ ｎ ｅ ｉｏｎｍ ｅ ｗｅ ｅ ｐｒ ｓ ｎｔｄ．Ｐｒ ｅ ｔｅ ｏ ｉａ ｕｍ ａ ｏｄ ｅ ｅ ｎｔ ｒ ｅｅ ｅ ｏｐ ｒｉｓ ｆ ｔｔｎｉ ｎ ｅ ｗ ｒ ｃ ｏｍｐａ ｅ ｔ ｔ ｒａ ｘｉｉｒ ｎｏ ｓ Ｔｉａ ｉ ｍ ｎ ｄｅｈａ ｅ ｎｄ ｏｆｐｒ ｍ ｉｉ ｇ ａ ｉｉ ｙ ａ ｏｄ ｏ ｍ ｐｒ ｓ ｅ ｕ ｒ ｎ ａｈｏ ｉ ｒ ｄ ｗｉｈ ｏｈｅ ｕ ｌａ ｙ ａ ｄｅ ． ｔ ｎ ｕ ａ ｏ ｓｂｅ ｎ ａｋｉ ｏ ｓｎ ｕｘ ｌａ ｎ ｅ ｆ ｒｉ ｒ ｅ ｓ ｄ ｃ ｒｅ ｔｃ ｔ ｄ ｃ ｐｒ ｔ ｔｏｎｂｅ ａ ｅｏｆｉｓｅ ｃ ｌｅ ｔｐｈ ｉ ａ， ｈｅ ｉａ ｎ ｅｅ ｔｏ ｈｅ ｉａ ｒ ｅ ｔｅ ． ｏｅｃｉ ｃ ｕｓ ｘ ｅ ｌｎ ｙｓｃ ｌｃ ｍ ｃ ｌａ ｄ ｌｃ ｒ ｃ ｍ ｃ ｌｐ ｏｐ ｒｉｓ ｔ
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钛 随着工 业 的发 展 ， 金属 材料 的用 量越 来越 多 ， 腐 测 方法 ， 阳极 的使用 寿命 关 系 到整 个 阴极 保 护 体 正 蚀与腐 蚀 防护 问题 越来 越受 到 重视 。 阴极保 护是 一 系 的保 护 年 限 ， 确评 判 钛 阳极使 用 寿 命 是科 研 工

辅助阳极在外加电流的阴极保护海底管道阴极保护用什么牺牲阳极河南汇龙合金材料有限公司国内外广泛应用深井阳极对储罐底板进行阴极保护，相对于浅埋阳极的优点，，阳极与被保护的设施结构之间有一段距离，可以使阴极保护电流分布的更均匀，而且可以采用混合金属氧化物筒状阳极，铺设好后用治金焦炭或燃烧石油焦炭回填阳极够。

深井阳极占地少，接地电阻小而稳定，可以减少甚至避免可能存在的屏蔽和干扰现象，适用于已建大中型储罐补加阴极保护系统，应用深井阳极必须有合适的地质结构，设计施工存在一定的限制和难度，一旦建成调整非常困难，因此储罐阴极保护工程设计的关键在于合理确定深井阳极埋深和位置。

安装的时候要将参比电极放置在两支阳极之间，位置要尽可能的靠近储罐底板，因为参比电极需要靠近储罐，所以也好做好防御储罐壁短路的情况，因此锌参比电极需要采用必要的防短路措施。

参比电极的引线要引出储罐外的时候，可以从储罐的上面引出，或者使用参比电极专用的引线导管输到储罐外面。

阴极保护检测的规定，在储罐内壁的阴极保护中，如果要测量阴极保护的电位，是可以通过在阴极保护系统汇总安装参比电极来完成的。

储罐内壁阴极保护中需要安装参比电极是，大部分会采用纯锌参比电极。

在强制外加电流阴极保护系统中辅助阳极是必不可少的，也被称为阳极地床或者称为接地装置，阴极保护系统发出的电流通过辅助阳极进入土壤汇总，电流在土壤中流入被保护管道，最终促使管道表面发生阴极极化，电流会在管道中进入电源的负极，由此形成一个回路，在整个阴极保护系统中，管道出于阴极环境中，因为得到来自阳极的饿电子，而停止腐蚀现象，得到保护。

其中的辅助阳极就会因失去电子发生氧化反应，遭到腐蚀。

海底管道阴极保护根据施加电流的方式不同，可分为外加电流和牺牲阳极两种方法。

外加电流是早期建造的海底管道饿常用方法。

主要由电源、辅助阳极、参比电极和连接电缆组成。

水环境腐蚀主要包括海水、淡水两种。

水环境腐蚀是金属材料自然环境腐蚀中的重要类型。