外加电流阴极保护电流密度一般常识_2019

船体外部外加电流阴极保护
水运是五大运输体系之一，船舶是水上运输的主要工具。

近几年来，海上运输货物以8%的增长率逐年增加。

但是，由于船舶长期航行于海洋中，不同程度地受到各种腐蚀介质的侵蚀而发生腐蚀。

目前，船舶的防腐措施主要是油漆涂层和阴极保护相结合。

由于涂层在涂装和使用过程中不可避免地会存在漏涂、孔隙等缺陷，腐蚀将首先在这些地方产生，加速而造成孔蚀，施加阴极保护可有效抑制涂层缺陷处孔蚀，而又可降低阴极保护电流密度，使阴极保护更经济，保护电流分布更均匀，保护效果更好。

1. 保护电位范围
根据GB/T 3108-1999规定，船体钢板保护电位范围通常应达到-0.80～-1.00V（Ag/AgCl 电极，下同）。

特殊情况下，当阳极布置位置受到限制时，保护电位范围可为-0.75～-1.00V。

下表是一些国家采用的船体保护范围。

2. 保护电流密度
保护电流密度与船体的材质、表面涂层状况、船舶在航率、航速、坞修间隔以及水质状况等因素有关。

通常，船外壳板保护电流密度为30～50mA/m2；螺旋桨为500mA/m2；声呐导流置为350mA/m2；舵为150mA/m2。

有关详细规定详见附录GB/T 3108-1999。

其他一些国家采用的保护电流密度见表2、表3列出了英国WILSON TAYLOR公司提供的各类船舶的保护电流密度一般指数。

表2 一些国家采用的保护电流密度
表3 各类船舶的保护电流密度（单位：mA/m2）
表5船用参比电极种类和结构型式。

电流密度
电流密度（current density）是指通过一个单位截面积垂直于电流方向的电流量，用来表示单位面积内的电流强度。

它是一个矢量量，可以描述电流在空间中的分布情况。

通常用符号J 表示，其单位是安培/平方米（A/m²）或者安培/毫米²（A/mm ²）。

电流密度的具体计算方式取决于电流的分布情况。

在理想的情况下，可以通过测量截面上的电流强度和截面的面积来计算电流密度。

电流密度的计算公式如下：
J = I / A
其中，J表示电流密度，I表示通过截面的电流的大小，A 表示截面的面积。

对于均匀导线中的电流密度，其大小可以根据导线的横截面积和电流的大小来计算。

如果导线的截面积为A，通过导线的电流为I，则电流密度可以表示为：
J = I / A
此外，电流密度还可以用来描述非均匀导体内电流的分布情况。

在这种情况下，电流密度在不同位置上可能不同，因此需要使用分部电流密度来描述电流的局部分布。

电流密度在电磁学和电工领域有广泛的应用。

它可以用来分析导体中的电流分布、计算导线的电阻、研究电磁场的产生和变化、以及设计电子器件等。

在实际应用中，准确地计算和
控制电流密度对于确保电路的正常运行和设备的安全工作至关重要。

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加电流对金属结构进行防腐蚀保护的技术。

在金属结构中，阴极往往是容易被腐蚀的部分，因为它们是电化学反应中接受电子的部分。

外加电流的阴极保护原理就是通过将金属结构设为阴极，在金属表面形成一层阴极保护膜，从而减少阴极的电极反应速率，达到延迟或阻止金属结构的腐蚀过程。

外加电流的阴极保护原理基于两种电化学反应：阴极反应和阳极反应。

阴极反应是金属结构表面的电解反应，而阳极反应则发生在与阴极相对的阳极区域。

在阴极保护过程中，通过加入外部直流电源，将金属结构设为阴极，使得阳极反应从金属结构转移到其他区域。

这种外加电流通过减慢或抑制金属结构表面的腐蚀反应，来保护金属结构免受腐蚀。

在外加电流的阴极保护原理中，阴极保护的效果主要与电流密度、电解液的成分和浓度、金属结构的材料和表面处理以及金属结构的形状和尺寸等因素有关。

首先，电流密度是外加电流阴极保护的关键因素。

适当的电流密度有助于形成均匀且致密的保护膜。

如果电流密度过低，保护膜的形成速度会很慢，导致保护效果不佳；而电流密度过高，则会导致阴极反应速率过快，形成非致密保护膜，导致保护效果变差。

其次，电解液的成分和浓度也非常重要。

电解液一般由一种或多种阴离子和阳离子组成。

其中，阴离子起到腐蚀抑制和保护膜形成的作用，而阳离子则对电流的传输起到重要的作用。

适当选择电解液的成分和浓度可增加保护膜的致密性和稳定性，提高阴极保护效果。

再次，金属结构的材料和表面处理也影响着阴极保护的效果。

金属材料的选择应考虑其在电解液中的耐蚀性和导电性。

此外，金属结构的表面处理方法对保护膜的生成有重要影响。

常见的表面处理方法包括沉积涂层、镀锌、喷涂和阳极氧化等。

最后，金属结构的形状和尺寸也会对阴极保护的效果产生影响。

金属结构的形状和尺寸影响着电流的分布和传输。

通常情况下，金属结构的小曲率区域会形成高电流密度区域，导致保护膜生成较快，而大曲率区域则会形成低电流密度区域，保护效果相对较差。

外加电流阴极保护基本概念我们都知道常用的阴极保护方法有两种，一种是牺牲阳极阴极保护，另外一种是外加电流阴极保护，前面我们关于牺牲阳极阴极保护的案例已经讲过很多了，今天我们重点讲一下外加电流阴极保护。

外加电流阴极保护，简单点说就是在回路中串入一个直流电源，借助辅助阳极，将直流电通向被保护的金属，进而使被保护金属变成阴极，实施保护。

在工程中主要是用于保护金属管道和储罐不被电化学腐蚀。

外加电流阴极保护的目的就是防止金属电化学腐蚀。

在对金属管道阴极保护施工过程容易出现两种情况：第一种情况是地下管网在出地面后没有与地上部分进行金属绝缘隔离。

第二种情况是地下接地网与地下管道接触，造成短路导通，造成阴极保护系统不能正常工作。

管道与管道连接的设备是与接地网连接的，也就是说，地上管道是与接地导通的。

所以要使阴极保护系统正常工作，必须将地上管道与地下管道之间做隔离，第一方法是在地上管道与地下管道之间加装绝缘隔离接头;第二种方法是在地下管道与地上管道之间加装法兰隔离措施，在法兰处加装绝缘垫片，同时在法兰螺栓处加装绝缘套管和绝缘垫片。

采用这种的法兰连接方法后，法兰两侧的管道就被电气隔离了。

法兰连接后，要求做连续性测试，如果测试结果是导通的，说明垫片有破损或者某个套管有损伤导致法兰导通。

如果测试结果是断开的，说明采用这种措施达到了电气隔离的目的。

阴极保护系统实际应用过程中，大部分采用第一种方法，也就是在地下管道与地上管道之间加装绝缘隔离连接头。

外加电流阴极保护在大面积和大电流环境中，经济效益比较高，而且电流可以调节，使用寿命较长，而且保护范围比较大，因此在大的管道工程中有着无法取代的地位，但是外加电流阴极保护施工，大部分工作内容在地面以下，属于隐蔽工程。

而一些问题通常是在后期检查、测试的时候才发现。

这时候项目临近中交，地面基本硬化完成，设备也安装完成。

一旦发现问题，处理起来，费时费力，既增加成本，又影响工期。

所以，要在施工过程中，分析潜在的风险和容易出现的问题，及时采取相应措施来规避这些风险、处理好这些问题，从而确保进度、质量和成本控制，使项目顺利竣工，投入运营。

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涂层种类不同所需的保护电流密度值不同，这是由于保护电流经阳极因如土壤，再流经绝对于无防腐层的裸钢管，从实际工程中的经验值大约为5～50毫安/米2。

十分大于有防腐层钢管的值。

因此，裸钢管采用阴极保护技术上是可行的，但经济上是不合理的。

埋于土壤中的钢筋或处在混凝土结构中的钢管其最小保护电流密度经验值大约为2mA/m2。

因此，最小保护电流密度参数影响因素很多、数值变化很大，且在保护过程中也将随介质环境的变化而变化，①此表的数据取自1973年6月英国标准研究所制定的阳极保护规范；②海水系指洁净、充气并未稀释的海水；③铝进行阴极保护时，电位不能太负、否则会加速腐蚀，产生负保护效应。

对于不知最小保护电位的情况，也可采用比自然电位负0.2～0.3伏（对钢铁）和负0.15伏（对铝）的办法来确定。

对于一个具体的工程体系，最好通过试验来确定最小保护电位值。

在工程实践中测取最小保护电位值时必须注意测量误差。

我国阴极保护的实践已证明，测量到的电位值有不少已达到或超过最小保护电位的金属管道，仍然发生了腐蚀穿孔。

这是因为无法将参比电极放置在金属管道与土壤接触的界面上。

实际测量时，往往将参比电极放置在管道的正上方地表面，或更远的一些点上。

测量电路包括了土壤的压降即国际上常称之为的“IR”降。

在实测到的金属管道界面与硫酸铜参比电极间的土壤的电位差，要比金属管道界面与土壤溶液直接接触界面的电位值负。

因此，地面测量达到保护电位的管道，其实际界面上并未达到保护电位值。

因此，消除IR降的干扰，降低其引起的误差是正确评价和监控阴极保护的必然要考虑的因素。

三、最大保护电位在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。

此电位值就是最大保护电位。

阴极保护电位值，并不是愈负就愈有利于金属的防护。

过负的电位会产生不良作用，这就是阴极剥离。

阴极剥离是由于阴极极化电流过大，造成金属表面电位过负，当此电位值达到析氢电位时，阴极表面的H+会在其表面上得电子，产生氢原子，从而产生析氢反应。

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。

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时，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/m2，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。

长输管道外加电流阴极保护及阴极保护站维护基础知识河南汇龙合金材料有限公司1.目的：随着国内长输管道的大规模建设，我国的天然气管网已初具规模，长输管道外加电流阴极保护技术也被大量广泛应用，为了使阴极保护站场内维护人员以及现场巡线人员有效地实施阴极保护，做到科学操作、安全维护、确保质量、特编此文，提供对站场内及管线上阴极保护系统正常运行并科学维护指导。

一.防腐蚀的重要意义自然界中，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。

然而，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。

金属腐蚀广泛的存在于我们的生活中, 国外统计表明，每年由于腐蚀而报废的金属材料, 约相当于金属产量的20～40％,全世界每年因腐蚀而损耗的金属达1 亿吨以上,金属腐蚀直接和间接地造成巨大的经济损失, 据有关国家统计每年由于腐蚀而造成的经济损失,美国为国民经济总产值的4.2％; 英国为国民经济总产值的3.5％;日本为国民经济总值1.8 ％。

二.防腐蚀工程发展概况六十年代初,我国开始研究阴极保护方法,六十年代末期在船舶,闸门等钢铁构筑物上得到应用。

我国埋地油气管道的阴极保护始于1958 年,六十年代在新疆、大庆、四川等油气管道上推广应用,目前,全国主要油气管道已全部安装了阴极保护系统，收到明显的效果。

2.阴极保护原理2.1 所谓阴极保护是通过降低管道的腐蚀电位而使管道得到保护的电化学保护（其实质：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,使金属表面各点低于一负电位，使金属原子不容易失去电子而变成离子溶入电解质的过程。

）。

通常施加阴极保护电流有两种方法：强制电流和牺牲阳极保护。

2.2 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，通过电解质向被保护体提供一个阴极电流，使被保护体进行阴极极化，从而实现阴极保护。

阴极保护牺牲阳极原理是由托马晓夫三电极原理来解释，内容是：（a）两电极电位不同的两电极；（b）两电极必须在同一电解质溶液里；（c）两电极间必须有导线连接。