陰極保護(hù)原理

一、金屬的陰極保護(hù)

1金屬的腐蝕

金屬有許多優(yōu)良的性質(zhì)，例如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、強(qiáng)度、韌性、可塑性、耐磨性、可鑄造性等。金屬材料至今依然是最重要的結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活和科技工作的各個(gè)方面。金屬制品在生產(chǎn)和使用的過(guò)程中，受到各種損壞，例如，機(jī)械磨損、生物性破壞、腐蝕等。 １.1、金屬腐蝕的定義

金屬的腐蝕是金屬在環(huán)境的作用下所引起的破壞或變質(zhì)。金屬的腐蝕還有其他的表述。所謂環(huán)境是指和金屬接觸的物質(zhì)。例如自然存在的大氣、海水、淡水、土壤等，以及生產(chǎn)生活用的原材料和產(chǎn)品。由于這些物質(zhì)和金屬發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用引起金屬的腐蝕，在許多功能情況下還同時(shí)存在機(jī)械力、射線、電流、生物等的作用。金屬發(fā)生腐蝕的部分，由單質(zhì)變成化合物，至使生銹、開(kāi)裂、穿孔、變脆等。因此，在絕大多數(shù)的情況下，金屬腐蝕的過(guò)程是冶金的逆過(guò)程。 1.２、金屬腐蝕的分類(lèi) 有多種分類(lèi)方法。

（１）按腐蝕過(guò)程的分，主要有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕�；瘜W(xué)腐蝕是金屬和環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的損壞，在腐蝕過(guò)程中沒(méi)有電流產(chǎn)生。例如金屬在高溫的空氣中或氯氣中的腐蝕，非電解質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕等。引起金屬化學(xué)腐蝕的介質(zhì)不能導(dǎo)電。電化學(xué)腐蝕是金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生電化學(xué)作用而引起的損壞，在腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。引起電化學(xué)腐蝕的介質(zhì)都能導(dǎo)電。例如，金屬在酸、堿、鹽、土壤、海水等介質(zhì)中的腐蝕。電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的主要區(qū)別在于它可以分解為兩個(gè)相互獨(dú)立而又同時(shí)進(jìn)行的陰極過(guò)程和陽(yáng)極過(guò)程，而化學(xué)腐蝕沒(méi)有這個(gè)特點(diǎn)。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕更為常見(jiàn)和普遍。

（２）按金屬腐蝕破壞的形態(tài)和腐蝕區(qū)的分布，分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕，是指腐蝕分布于整個(gè)金屬的表面。全面腐蝕有各處的腐蝕程度相同的均勻腐蝕；也有不同腐蝕區(qū)腐蝕程度不同的非均勻腐蝕。在用酸洗液清洗鋼鐵、鋁設(shè)備時(shí)發(fā)生的腐蝕一般屬于均勻腐蝕。而腐蝕主要集中在金屬表面的某些區(qū)域稱為局部腐蝕。盡管此種腐蝕的腐蝕量不大，但是由于其局部腐蝕速度很大，可造成設(shè)備的嚴(yán)重破壞，甚至爆炸，因此，其危害更大。金屬在不同的環(huán)境條件下可以發(fā)生不同的局部腐蝕。例如孔蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、磨損腐蝕等。還有按腐蝕的環(huán)境條件把腐蝕分為高溫腐蝕和常溫腐蝕；干腐蝕和濕腐蝕等 1.3腐蝕控制措施?

多年的實(shí)踐證明，最為經(jīng)濟(jì)有效的腐蝕控制措施主要是覆蓋層(涂層)加陰極保護(hù)。與國(guó)外相比，我國(guó)75％的防蝕費(fèi)用用在涂裝上，而電化學(xué)保護(hù)使用的相對(duì)較低。 5）施加涂層后，為什么還會(huì)腐蝕？ 涂層的作用主要是物理阻隔作用，將金屬基體與外界環(huán)境分離，從而避免金屬與周?chē)�環(huán)境的作用。但是有兩種原因?qū)е陆饘俑�蝕。一是涂層本身存在缺陷，有針孔的存在；二是在施工、和運(yùn)行過(guò)程中不可避免涂層會(huì)破壞，使金屬暴露于腐蝕環(huán)境。這些缺陷的存在導(dǎo)致大陰極小陽(yáng)極的現(xiàn)象，使得涂層破損處腐蝕加速。

2陰極保護(hù)基本原理 2.1、腐蝕電位或自然電位

每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位, 稱之為該金屬的腐蝕電位（自然電位）。腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對(duì)難易。腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子, 我們稱失去電子的部位為陽(yáng)極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽(yáng)極區(qū)由于失去電子（如， 鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入土壤）受到腐蝕而陰極區(qū)得到電子受到保護(hù)。

相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極(CSE), 不同金屬的在土壤中的腐蝕電位 （V）

在同一電解質(zhì)中，不同的金屬具有不同的腐蝕電位 ，如輪船船體是鋼,推進(jìn)器是青銅制成的,銅的電位比鋼高,所以電子從船體流向青銅推進(jìn)器，船體受到腐蝕，青銅器得到保護(hù)。鋼管的本體金屬和焊縫金屬由于成分不一樣, 兩者的腐蝕電位差有時(shí)可達(dá)0.275V,埋入地下后，電位低的部位遭受腐蝕。新舊管道連接后，由于新管道腐蝕電位低，舊管道電位高，電子從新管道流向舊管道，新管道首先腐蝕。同一種金屬接觸不同的電解質(zhì)溶液（如土壤）,或電解質(zhì)的濃度、溫度、氣體壓力、流速等條件不同，也會(huì)造成金屬表面各點(diǎn)電位的不同。 2.2、參比電極

為了對(duì)各種金屬的電極電位進(jìn)行比較，必須有一個(gè)公共的參比電極。飽和硫酸銅參比電極電極，其電極電位具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性,構(gòu)造簡(jiǎn)單,在陰極保護(hù)領(lǐng)域中得到廣泛采用。不同參比電極之間的電位比較：

土壤中或浸水鋼鐵結(jié)構(gòu)最小陰極保護(hù)電位（V）

2.3、陰極保護(hù)

陰極保護(hù)的原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子,使被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài),使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即,犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接,并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的，相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型（電流一般小于1安培）或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率小于100歐姆.米）的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲(chǔ)罐等。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)資料的報(bào)道，對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽(yáng)極的使用

壽命一般不會(huì)超過(guò)3年，最多5 年。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽(yáng)極的電流輸出。本人認(rèn)為，產(chǎn)生該問(wèn)題的主要原因是陽(yáng)極成份達(dá)不到規(guī)范要求，其次是陽(yáng)極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計(jì)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，除了嚴(yán)格控制陽(yáng)極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽(yáng)極床位置。

外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從土壤中流向被保護(hù)金屬,使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周?chē)�環(huán)境,。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長(zhǎng)輸埋地管道，大型罐群等。 3 陰極保護(hù)主要參數(shù) 3.1.自然電位

自然電位是金屬埋入土壤后，在無(wú)外部電流影響時(shí)的對(duì)地電位。自然電位隨著金屬結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、表面狀況和土質(zhì)狀況,含水量等因素不同而異, 一般有涂層埋地管道的自然電位在-0.4～0.7 V CSE 之間,在雨季土壤濕潤(rùn)時(shí)，自然電位會(huì)偏負(fù)，一般取平均值 -0.55V。 3.2.最小保護(hù)電位

金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的最低電位值。一般認(rèn)為，金屬在電解質(zhì)溶液中，極化電位達(dá)到陽(yáng)極區(qū)的開(kāi)路電位時(shí)，就達(dá)到了完全保護(hù)。對(duì)于銅飽和硫酸銅參比電極來(lái)說(shuō)，最小保護(hù)電位為-0.85伏；相對(duì)于稿純鋅參比電極來(lái)說(shuō)，最小保護(hù)電位應(yīng)該是-250毫伏。 3.3.最大保護(hù)電位

如前所述，保護(hù)電位不是愈低愈好,是有限度的,過(guò)低的保護(hù)電位會(huì)造成管道防腐層漏點(diǎn)處大量析出氫氣, 造成涂層與管道脫離， 即，陰極剝離,不僅使防腐層失效,而且電能大量消耗,還可導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生氫脆進(jìn)而發(fā)生氫脆斷裂,所以必須將電位控制在比析氫電位稍高的電位值, 此電位稱為最大保護(hù)電位,超過(guò)最大保護(hù)電位時(shí)稱為"過(guò)保護(hù)"。 3.4.最小保護(hù)電流密度

使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時(shí)所需要的保護(hù)電流密度,稱作最小保護(hù)電流密度,其常用單位為mA/m 2表示。處于土壤中的裸露金屬，最小保護(hù)電流密度一般取10mA/m2。 3.5.瞬時(shí)斷電電位

在斷掉被保護(hù)結(jié)構(gòu)的外加電源或犧牲陽(yáng)極0.2 ～ 0.5秒中之內(nèi)讀取得結(jié)構(gòu)對(duì)地電位。由于此時(shí)沒(méi)有外加電流從介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)，所以，所測(cè)電位為結(jié)構(gòu)的實(shí)際極化電位，不含IR降（介質(zhì)中的電壓降）。由于在斷開(kāi)被保護(hù)結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)對(duì)地電位受電感影響，會(huì)有一個(gè)正向脈沖，所以，應(yīng)選取0.2 ～0.5 秒之內(nèi)的電位讀數(shù)。 4 陰極保護(hù)準(zhǔn)則

為了便于實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)多年的實(shí)踐與研究，得出了以下幾個(gè)判斷結(jié)構(gòu)是否得到充分保護(hù)得判斷準(zhǔn)則。

NACE RP 0169 建議“在通電的情況下,埋地鋼鐵結(jié)構(gòu)最小保護(hù)電位為-0.85V CSE或更負(fù), 在有硫酸鹽還原菌存在的情況下，最小保護(hù)電位為-0.95V CSE，該電位不含土壤中電壓降（IR降）”。實(shí)際測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)瞬時(shí)斷電電位進(jìn)行判斷。目前流行的通電電位測(cè)量方法簡(jiǎn)便易行，但對(duì)測(cè)量中IR降的含量沒(méi)有給予足夠重視。其后果是很多認(rèn)為陰極保護(hù)良好的管道發(fā)生腐蝕穿孔。這方面的教訓(xùn)是很多的。如：某氣田南干線，認(rèn)為陰極保護(hù)良好，但實(shí)際內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腐蝕深度在壁厚的10-19% 的點(diǎn)多達(dá)410處； 個(gè)別位置的點(diǎn)蝕深度達(dá)到50%。 進(jìn)行斷電電位測(cè)量發(fā)現(xiàn)，很多點(diǎn)保護(hù)電位（斷電電位）沒(méi)有達(dá)到-0.85V CSE。有效的方法是實(shí)際測(cè)量幾點(diǎn)的IR降，保護(hù)電位按0.85 + IR 降來(lái)確定。IR 降可以通過(guò)通電電位減去瞬時(shí)斷電電位來(lái)獲得，也可以用瞬時(shí)通電電位減去結(jié)構(gòu)自然電位來(lái)獲得。

瞬時(shí)斷電電位與自然電位電位之差不得小于100mV。在有些情況下，在斷開(kāi)電源0.2-0.5秒內(nèi)測(cè)量斷電電位，待結(jié)構(gòu)去極化后（24 或48 小時(shí)后）再測(cè)量結(jié)構(gòu)電位（自然電位），其差值應(yīng)不小于 100mV。也可以用通電電位（極化后）減去瞬時(shí)通電電位來(lái)計(jì)算極化電位。

最大保護(hù)電位的限制應(yīng)根據(jù)覆蓋層及環(huán)境確定，以不損壞覆蓋層的粘結(jié)力為準(zhǔn),一般瞬時(shí)斷電電位不得低于-1.10V CSE。由于受舊規(guī)范的影響，很多人還認(rèn)

為陰極保護(hù)最大電位不能低于-1.5V CSE。事實(shí)上這種觀念使錯(cuò)誤的，造成的危害也是巨大的。判斷陰極保護(hù)電位是否過(guò)大應(yīng)以斷電電位為判斷基礎(chǔ)，只要斷電電位不低于-1.1V CSE（西歐為-1.15V CSE），通電電位再大也沒(méi)有關(guān)系。 5 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)陽(yáng)極材料

5.1鎂犧牲陽(yáng)極，根據(jù)形狀以及電極電位的不同，鎂陽(yáng)極可用于電阻率在 20歐姆.米到 100歐姆.米的土壤或淡水環(huán)境。高電位鎂陽(yáng)極的電位為 1.75V CSE; 低電位鎂陽(yáng)極的電位為1.55V CSE。

鎂陽(yáng)極陽(yáng)極規(guī)格

鎂陽(yáng)極化學(xué)成分

鎂陽(yáng)極電化學(xué)性能

5.2鋅犧牲陽(yáng)極

鋅犧牲陽(yáng)極多用于土壤電阻率小于15 歐姆.米的土壤環(huán)境或海水環(huán)境。電極電位為1.1V CSE。溫度高于40 ° C 時(shí)，鋅陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電位下降，并發(fā)生晶間腐蝕。高于60 ° C 時(shí)，它與鋼鐵的極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)，變成陰極受到保護(hù)，而鋼鐵變成陽(yáng)極受到腐蝕。所以，鋅陽(yáng)極僅能用于溫度低于40 ° C的環(huán)境。

化學(xué)成分

電化學(xué)性能

5.3鋁犧牲陽(yáng)極 1）、特點(diǎn)： (1).導(dǎo)電性能好 (2).耐腐蝕，壽命長(zhǎng)

(3).極化小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落 (4).腐蝕產(chǎn)物不污染環(huán)境，無(wú)公害 (5).容易加工，大小長(zhǎng)短隨意，便于安裝

(6).自腐蝕效率小且均勻，具有高而穩(wěn)定的電流效率 2）、可以用于防腐市的情況

3）鋁合金的組成

鋁合金陽(yáng)極生產(chǎn)執(zhí)行GB4948－2002《鋁－鋅－銦系合金犧牲陽(yáng)極》

最常用的鋁合金陽(yáng)極有Al－Zn－In系和Al－Zn－Hg系陽(yáng)及Al－Zn－In—Mg—Ti，適用于石油、天然氣埋地管線、海水中的船舶、港工與海洋設(shè)施、海水冷卻水系統(tǒng)和儲(chǔ)罐沉積水部位等構(gòu)筑物的陰極保護(hù)。 化學(xué)元素 化學(xué)成分，%

種類(lèi) Zn In Cd Sn Mg Sl Fe Cu Al

鋁-鋅-銦-鎘 2.5∽ 4.5 0.018∽0.050 0.005∽0.02 / / ≤0.13 ≤0.16 ≤0.02 余量 鋁-鋅-銦-錫 2.2∽ 5.2 0.020∽0.045 / 0.018∽0.035 / ≤0.13 ≤0.16 ≤0.02 余量 鋁-鋅-銦-硅 5.5∽ 7.0 0.025∽0.035 / / / 0.10∽ 0.15 ≤0.16 ≤0.02 余量

鋁-鋅-銦-錫-鎂 2.5∽ 4.0 0.020∽0.050 / 0.025∽0.075 0.50∽ 1.0 ≤0.13 ≤0.16 ≤0.02 余量

鋁-鋅-銦-鎂-鈦4.0~7.0 0.02~0.050 0.5-1.50 0.01~0.08 0.10 0.15 0.01 4 ）電化學(xué)性能%

5.4帶狀陽(yáng)極 為了減小陽(yáng)極接地電阻，有時(shí)會(huì)采用帶狀鎂陽(yáng)極或鋅陽(yáng)極。 陽(yáng)極帶沿被保護(hù)結(jié)構(gòu)鋪設(shè)，使電流分布更加均勻。當(dāng)陽(yáng)極帶沿管道鋪設(shè)時(shí)，每隔一段距離就應(yīng)該與管道連接一次。間距不應(yīng)太大，因?yàn)殡S著陽(yáng)極的消耗，截面積不斷減小，陽(yáng)極帶電阻會(huì)逐步增大。為了減少沿陽(yáng)極帶的電壓降，連接間隔一般不大于305米。如果將帶狀陽(yáng)極直接埋到土壤或回填砂中，陽(yáng)極可能會(huì)發(fā)生自身腐蝕，使用壽命縮短。帶狀陽(yáng)極的一般規(guī)格為19x9.5mmx305m 每卷。

5．5回填料

當(dāng)使用填料時(shí)，陽(yáng)極的電流輸出效率提高。如果將陽(yáng)極直接埋入土攘，

由于土壤的成分不均勻，會(huì)造成陽(yáng)極自身腐蝕，從而降低陽(yáng)極效率。采用填料，一是保持水分，降低陽(yáng)極的接地電阻，二是使陽(yáng)極表面均勻腐蝕，提高陽(yáng)極利用效率

5.6 陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)電位

假設(shè)被保護(hù)結(jié)構(gòu)的極化電位為 -1.0V，

則驅(qū)動(dòng)電壓 D V = V + 1.0。

V = 陽(yáng)極電位：

高電位鎂陽(yáng)極-1.75V, 低電位鎂陽(yáng)極

-1.55V; 鋅陽(yáng)極電位-1.10V。

5．7犧牲陽(yáng)極的安裝與維護(hù)

與外加電流陰極保護(hù)相比，犧牲陽(yáng)極的安裝比較簡(jiǎn)單。當(dāng)一個(gè)位置有幾支陽(yáng)極時(shí)，陽(yáng)極要直線排列以降低電阻。陽(yáng)極可以與管道垂直，也可以與管道平行。為了減小陽(yáng)極場(chǎng)的影響，當(dāng)陽(yáng)極與管道平行時(shí)，鎂陽(yáng)極與管道的距離最小為5米； 鋅陽(yáng)極與管道的最小距離為1.5米（空間允許時(shí)，間距最好3米）。如果管道帶空間受到限制，也可以將陽(yáng)極埋設(shè)在較深的部位以滿足與管道間距的要

求。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的維護(hù)很簡(jiǎn)單，經(jīng)常檢查陽(yáng)極的輸出電流，陽(yáng)極消耗盡后，及時(shí)更換。

6 外加電流陰極保護(hù)用陽(yáng)極材料

外加電流陰極保護(hù)是防止地下金屬結(jié)構(gòu)如管道、儲(chǔ)罐、等腐蝕的有效方法.輔助陽(yáng)極是外加電流系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用是將保護(hù)電流經(jīng)過(guò)介質(zhì)傳遞到被保護(hù)結(jié)構(gòu)物表面上.

6.1對(duì)陽(yáng)極的性能要求

地下結(jié)構(gòu)物外加電流陰極保護(hù)用陽(yáng)極通常并不直接埋在土壤中，而是在陽(yáng)極周?chē)�填充碳質(zhì)回填料而構(gòu)成陽(yáng)極地床。碳質(zhì)回填料通常包括冶金焦碳、石油焦碳和石墨顆粒等。回填料的作用是降低陽(yáng)極地床的接地電阻，延長(zhǎng)陽(yáng)極的使用壽命。

針對(duì)陽(yáng)極的工作環(huán)境，結(jié)合實(shí)際工程的要求，理想的埋地用輔助陽(yáng)極應(yīng)當(dāng)具有如下性能：

(1)良好的導(dǎo)電性能，工作電流密度大，極化小；

(2)在苛刻的環(huán)境中，有良好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，消耗率低，壽命長(zhǎng)；

(3)機(jī)械性能好，不易損壞，便于加工制造，運(yùn)輸和安裝；

(4)綜合保護(hù)費(fèi)用低.

6.2各類(lèi)陽(yáng)極的性能特點(diǎn)

6.2.1廢鋼鐵陽(yáng)極

廢鋼鐵是早期外加電流陰極保護(hù)常用陽(yáng)極材料，其來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉.由于是溶解性陽(yáng)極，表面很少析出氣體，因而地床中不存在氣阻問(wèn)題.其缺點(diǎn)是消耗速率大，在土壤中為8.4 kg/A.a，使用壽命較短，多用于臨時(shí)性保護(hù)或高電阻率土壤中。

6.2.2石墨陽(yáng)極

石墨是由碳素在高溫加熱后形成的晶體材料，通常用石蠟、亞麻油或樹(shù)脂進(jìn)行浸漬處理，以減少電解質(zhì)的滲入，增加機(jī)械強(qiáng)度.經(jīng)浸漬處理后，石墨陽(yáng)極的消耗率將明顯減小。石墨陽(yáng)極在地床中的允許電流密度為5～10 A/m2

石墨陽(yáng)極價(jià)格較低，并易于加工，但軟而脆，不適于易產(chǎn)生沖刷和沖擊作用的環(huán)境，在運(yùn)輸和安裝時(shí)易損壞，隨著新的陽(yáng)極材料出現(xiàn)，其在地床中的應(yīng)用逐漸減少。

6.2.3高硅鑄鐵陽(yáng)極

高硅鑄鐵幾乎可適用于各種環(huán)境介質(zhì)如海水、淡水、咸水、土壤中。當(dāng)陽(yáng)極電流通過(guò)時(shí)，在其表面會(huì)發(fā)生氧化，形成一層薄的SiO2多孔保護(hù)膜，極耐酸，可阻止基體材料的腐蝕，降低陽(yáng)極的溶解速率.但該膜不耐堿和鹵素離子的作用.當(dāng)土壤或水中氯離子含量大于200×10-4 %時(shí)，須采用加4.0 %～4.5 % Cr的含鉻高硅鑄鐵.高硅鑄鐵陽(yáng)極在干燥和含有較高硫酸鹽的環(huán)境中性能不佳，因?yàn)楸砻娴谋Ｗo(hù)膜不易形成或易受到損壞。

高硅鑄鐵陽(yáng)極具有良好的導(dǎo)電性能，高硅鑄鐵陽(yáng)極的允許電流密度為5～80 A/m2，消耗率小于0.5 kg/A.a。除用于焦碳地床中以外，高硅鑄鐵陽(yáng)極有時(shí)也可直接埋在低電阻率土壤中.

高硅鑄鐵硬度很高，耐磨蝕和沖刷作用，但不易機(jī)械加工，只能鑄造成型，另外脆性大，搬運(yùn)和安裝時(shí)易損壞.為提高陽(yáng)極利用率，減少“尖端效應(yīng)”，可采用中間連接的圓筒形陽(yáng)極.

6.2.4鉑陽(yáng)極

鉑陽(yáng)極是在鈦、鈮、鉭等閥金屬基體上被覆一薄層鉑而構(gòu)成的復(fù)合陽(yáng)極.鉑層復(fù)合的方法很多，如水溶液電鍍、熔鹽鍍、離子鍍、點(diǎn)焊包覆、爆炸焊接包覆、冶金拉拔或軋制、熱分解沉積等.鉑陽(yáng)極的特點(diǎn)是工作電流密度大，消耗速率小、重量輕，已在海水、淡水陰極保護(hù)中得到廣泛使用。

鈦和鈮是應(yīng)用最多的陽(yáng)極基體，鉭用得較少，這是因?yàn)槠鋬r(jià)格高，而鈮和鈦通常又能滿足使用性能要求.在含有氯離子介質(zhì)中，鈦的擊穿電位為12～14 V，而鈮的擊穿電位為40～50 V。因此在地下水中含有較高氯離子的深井地床中采用鉑鈮陽(yáng)極更為可靠。

由于鉑陽(yáng)極價(jià)格較昂貴，不可能大面積采用；在地床中消耗速率大；而且地床接地電阻隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大，所以鉑陽(yáng)極在地床中遠(yuǎn)不如高硅鑄鐵和石墨陽(yáng)極用得廣泛，并且有人不推薦在地床中使用鉑陽(yáng)極。

6.2.5聚合物陽(yáng)極

聚合物陽(yáng)極是在銅芯上包覆導(dǎo)電聚合物而構(gòu)成的連續(xù)性陽(yáng)極，也稱柔性陽(yáng)極或纜形陽(yáng)極.銅芯起導(dǎo)電的作用，而導(dǎo)電聚合物則參與電化學(xué)反應(yīng).由于銅芯具有優(yōu)良的電導(dǎo)性，因此可以在數(shù)千米長(zhǎng)的陽(yáng)極上設(shè)一匯流點(diǎn)，聚合物陽(yáng)極在土壤中

使用時(shí)，需在其周?chē)�填充焦碳粉末而�?gòu)成陽(yáng)極地床，其在地床中最大允許工作電流為82 mA/m，盡管與其它陽(yáng)極相比，其工作電流密度很低，但由于可靠近被保護(hù)結(jié)構(gòu)物鋪設(shè)連續(xù)地床，因此可提供均勻、有效的保護(hù).

聚合物陽(yáng)極安裝簡(jiǎn)便，特別適于裸管或涂層嚴(yán)重破壞的管道、受屏蔽的復(fù)雜管網(wǎng)區(qū)的保護(hù)以及高電阻率的土壤中。但應(yīng)注意不能過(guò)度彎曲。

6.2.6混合金屬氧化物陽(yáng)極

混合金屬氧化物陽(yáng)極是在鈦基體上被覆一層具有電催化活性的混合金屬氧化物而構(gòu)成，最早應(yīng)用于氯堿工業(yè)，后推廣應(yīng)用于其它工業(yè)，包括陰極保護(hù)領(lǐng)域。由于采用鈦為基體，因而易于加工成各種所需的形狀，并且重量輕，這為搬運(yùn)和安裝帶來(lái)了方便.由于電極表面為高催化活性的氧化物層所覆蓋，在表面的一些缺陷處露出的鈦基體的電位通常不會(huì)超過(guò)2伏，因此鈦基體不會(huì)產(chǎn)生表面鈍化膜擊穿破壞（在土壤中使用時(shí)，外加電壓一般控制在60伏以下）。混合金屬氧化物陽(yáng)極還具有極優(yōu)異的物理、化學(xué)和電化學(xué)性能.其涂層的電阻率為10-7 Ω.m，極耐酸性環(huán)境的作用，極化小并且消耗率極低.通過(guò)調(diào)整氧化物層的成份，可以使其適于不同的環(huán)境，如海水、淡水、土壤中.

混合金屬氧化物陽(yáng)極在地床中于100 A/m2，工作電流密度下使用壽命可達(dá)20年，其消耗速率約2 mg/A.a,由于混合金屬氧化物陽(yáng)極具有其它陽(yáng)極所不具備的優(yōu)點(diǎn)，它已成為目前最為理想和最有前途的輔助陽(yáng)極材料.

6.3 輔助陽(yáng)極的選擇及計(jì)算

輔助陽(yáng)極又稱陽(yáng)極接地裝置,陽(yáng)極地床。它是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)中不可缺少的重要組成部分, 通過(guò)輔助陽(yáng)極把保護(hù)電流送入土壤,經(jīng)土壤流入被保護(hù)的管道,使管道表面進(jìn)行陰極極化 (防止電化學(xué)腐蝕)電流再由管道流入電源負(fù)極形成一個(gè)回路,這一回路形成了一個(gè)電解池,管道為負(fù)極處于還原環(huán)境中，防止腐蝕,而輔助陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng),遭受腐蝕,也可能是周?chē)�電解質(zhì)被氧化。

陰保站的電能60％消耗在陽(yáng)極接地電阻上, 故陽(yáng)極材料的選擇和埋設(shè)方式,場(chǎng)所的選擇,對(duì)減小電阻節(jié)約電能是至關(guān)重要的。陽(yáng)極材料必須有良好的導(dǎo)電性能,在與土壤或地下水接觸時(shí)有穩(wěn)定的接地電阻,即使在高電流密度下, 其表面的極化較小;化學(xué)穩(wěn)定性好,在惡劣環(huán)境中腐蝕率小;有一定的機(jī)械強(qiáng)度并便于加工和安裝;價(jià)格低來(lái)源方便。

6.3.1.輔助陽(yáng)極埋設(shè)位置的選擇

輔助陽(yáng)極與管道距離愈遠(yuǎn)電流分布愈均勻, 但過(guò)遠(yuǎn)會(huì)增加引線上的電壓降和投資。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看輔助陽(yáng)極距匯流點(diǎn)200米以內(nèi)時(shí),對(duì)電流分布影響較大,遠(yuǎn)于300米后影響就不大了。故在長(zhǎng)輸管道的干線上陽(yáng)極一般設(shè)在距管道300～500米之間為宜。管道較短或油氣管道較密集的地區(qū), 采用50～300米之間是合適的。花格線設(shè)計(jì)是450m,對(duì)于土壤電阻率很大的地區(qū)是否過(guò)遠(yuǎn), 是值得研究的問(wèn)題。因此對(duì)處于特殊地形、環(huán)境的管道,輔助陽(yáng)極的距離和埋設(shè)方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況慎重選定。在陰保站址選定的同時(shí), 應(yīng)在予選站址與管道的一側(cè)選擇陽(yáng)極安裝的位置,其原則是:

(1) 地下水位較高或潮濕低洼處;

(2)土層厚,無(wú)塊石,便于施工;

(3)土壤電阻率一般應(yīng)小于50歐姆米,特殊地區(qū)也應(yīng)小于100歐姆米

(4)對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物干擾小,陽(yáng)極地床與被保護(hù)管道之間不得有其它金屬管道。

(5)考慮陽(yáng)極附近地域近期發(fā)展規(guī)劃及管道發(fā)展規(guī)劃以避免建后可能出現(xiàn)的搬遷.

(6)陽(yáng)極地床位置與管道匯流點(diǎn)距離適當(dāng)

(7)地面金屬構(gòu)筑物較多,用地狹窄時(shí),可采用深井陽(yáng)極,以減小對(duì)其它金屬構(gòu)物的干擾又節(jié)約用地。

陽(yáng)極接地電阻約占直流回路電阻60％左右, 大部分能量損失是由它造成的,因此合理選擇陽(yáng)極地床位置,降低接地電阻是十分重要的工作。

6.3.2輔助陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)

1. 淺埋式地床結(jié)構(gòu)

將電極埋入距地表1～5米的土層中, 這是管道陰極保護(hù)一般選用的陽(yáng)極埋設(shè)形式。淺埋式陽(yáng)極又可分為立式,水平式兩種,對(duì)于鋼鐵陽(yáng)極可能兩種聯(lián)合稱為聯(lián)合式陽(yáng)極。

(1)立式陽(yáng)極

由一根或多根垂直埋入地中的陽(yáng)極排列構(gòu)成。電極間用電纜聯(lián)接。其優(yōu)點(diǎn)有: a.全年接地電阻變化不大;

b. 當(dāng)陽(yáng)極尺寸相同時(shí),立式地床的接地電阻較水平式小。

(2)水平式陽(yáng)極

將陽(yáng)極以水平方向埋入一定深度的地層中,其優(yōu)點(diǎn)有:

a.安裝土石方量較小,易于施工;

b.容易檢查地床各部分的工作情況。

(3)聯(lián)合式陽(yáng)極

指采用鋼鐵材料制成地床,它由上端聯(lián)接著水平干線的一排立式陽(yáng)極所組成.

6.4.深埋式陽(yáng)極(深井式)

當(dāng)陽(yáng)極地床周?chē)�存在干擾、 屏蔽、地床位置受到限制,或者在地下管網(wǎng)密集區(qū)進(jìn)行區(qū)域性陰極保護(hù)時(shí), 使用深埋式陽(yáng) 極,可獲得淺埋式陽(yáng)極所不能得到的保護(hù)效果。 深埋式地床根據(jù)埋設(shè)深度不同可分為淺深井(20～40米)、中深井(50～100米)和深井(＞100米)三種。

深埋式陽(yáng)極地床的特點(diǎn)是接地電阻小, 對(duì)周?chē)�干擾小,消耗功率低,電流分布比較理想。它的缺點(diǎn)是施工復(fù)雜技術(shù)要求高,單井造價(jià)貴。尤其是深度超過(guò)100米的深陽(yáng)極,施工需要大鉆機(jī)，這就限制了它的應(yīng)用。

6.5.陽(yáng)極地床填料的應(yīng)用

石墨陽(yáng)極無(wú)論采用淺埋或深埋都必須添加回填料。 高硅鐵陽(yáng)極一般需要添加回填料,但在特殊地質(zhì)可能不使用回填料,如沼澤、流砂層地區(qū)等。

(1)陽(yáng)極地床填料的功能

1)增大陽(yáng)極與土壤的接觸,從而降低地床接地電阻;

2)將陽(yáng)極電極反應(yīng)轉(zhuǎn)移到填料與土壤之間進(jìn)行,延長(zhǎng)陽(yáng)極的使用壽命;

3)填料可以消除氣體堵塞。

(2)對(duì)填料的要求

1)填料顆粒必須是導(dǎo)電體,以保證陽(yáng)極與土壤之間良好的導(dǎo)電性。

2)填料應(yīng)成本低,來(lái)源廣,具有較連續(xù)的接觸表面。

常用的回填料是焦炭粒,也可采用石墨加上石灰充填,以保持陽(yáng)極周?chē)�呈堿性。通常用的焦炭粒性能規(guī)格見(jiàn)下表。

陽(yáng)極地床回填用焦炭粒性能規(guī)格 表.1

確保陽(yáng)極與回填料良好的電接觸, 填料必須在陽(yáng)極周?chē)�夯�?shí)。否則會(huì)使一部分電流從陽(yáng)極直接流向土壤而縮短陽(yáng)極使用壽命。在粘土地區(qū),若陽(yáng)極地床通過(guò)電流太大,可采用電極帶孔的硬塑料管,由填料層直接通地面, 及時(shí)地將陽(yáng)極周?chē)�產(chǎn)生的氣體排出地面。對(duì)于較干燥地區(qū)可向地床注水降低接地電阻。

(3)回填料的重量

可用下述簡(jiǎn)單方法估計(jì)填料的容積: 陽(yáng)極地床孔徑為陽(yáng)極直徑的三倍。且在電極上下各填300毫米填料。 對(duì)粒徑為15mm,比重為0.6噸/米3的焦炭粒來(lái)說(shuō), 每支ф100×1500陽(yáng)極的參考用量為200公斤。

6.6陽(yáng)極數(shù)量與接地電阻

陽(yáng)極數(shù)量與接地電阻成反比關(guān)系。在一定范圍內(nèi)增加陽(yáng)極支數(shù)會(huì)起到降低接地電阻的作用。 但是由于陽(yáng)極間的屏蔽效應(yīng),往往增加較多支的陽(yáng)極, 而降低電阻卻很少。所以對(duì)于陽(yáng)極數(shù)量的選擇是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。在確定陽(yáng)極數(shù)量時(shí)需要考慮主要因素為:

1）. 要使陽(yáng)極輸出的電流在陽(yáng)極材料允許的電流額度內(nèi),以保證陽(yáng)極地床的使用壽命。

2）.在經(jīng)濟(jì)合理的前提下,陽(yáng)極接地電阻應(yīng)盡量做到最小,以降低電能耗量。 即對(duì)接地電阻規(guī)定一個(gè)合適的數(shù)值。目前接地電阻一般不大于1歐左右,在特殊地區(qū)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選定。

6.7陰極保護(hù)中的幾個(gè)屏蔽問(wèn)題

當(dāng)管道周?chē)�有絕緣層或金屬結(jié)構(gòu)存在時(shí), 會(huì)影響陰極保護(hù)電流的流動(dòng), 使管道得不到有效的陰極保護(hù). 即: 電流屏蔽. 目前, 國(guó)內(nèi)采用”管中管”進(jìn)行防腐保溫的長(zhǎng)輸管道都不同程度的發(fā)生了腐蝕事故. 某些套管內(nèi)的輸油管和固定墩內(nèi)的管道也存在較為嚴(yán)重的腐蝕, 這種狀況除了與施工質(zhì)量控制不嚴(yán)有關(guān)外, 陰極保護(hù)電流的屏蔽也是一個(gè)重要原因.本文就絕緣層, 套管, 混凝土固定墩,區(qū)域陰極保護(hù), 以及罐底板陰極保護(hù)時(shí)的屏蔽問(wèn)題進(jìn)行了分析, 以引起管道及儲(chǔ)罐設(shè)計(jì), 施工, 管理人員的重視.

金屬結(jié)構(gòu)對(duì)管道的屏蔽

1）.管道穿越公路, 鐵路,以及河流時(shí)套管的屏蔽

在管道穿越公路, 鐵路,以及河流時(shí), , 經(jīng)常需要將輸油管放在金屬套管中. 以對(duì)管道進(jìn)行附加保護(hù), 并認(rèn)為, 套管與輸送管充分絕緣. 而筆者認(rèn)為, 采用套管時(shí), 將有以下情況發(fā)生:

(1). 輸送管與套管完全絕緣, 套管與輸送管的環(huán)型空間內(nèi)沒(méi)有電解液存在. 在這種情況下, 陰極保護(hù)電流被完全屏蔽, 但輸送管僅受大氣腐蝕.

(2). 輸送管與套管之間沒(méi)有電氣連接, 但套管內(nèi)有電解液或泥土, 此時(shí), 陰極保護(hù)電流從土壤中經(jīng)過(guò)套管到達(dá)輸送管, 在這種情況下, 輸送管以及套管的外壁會(huì)得到陰極保護(hù), 而套管的內(nèi)壁因?yàn)榕欧烹娏鞫�加快腐蝕.

(3).套管與輸送管短路, 一旦套管與輸送管發(fā)生短路, 陰極保護(hù)電流沿套管通過(guò)接觸點(diǎn)返回到輸送管, 此時(shí), 如果套管與輸送管之間有電解液, 輸送管將發(fā)生嚴(yán)重腐蝕, 即使沒(méi)有電解液, 如果套管防腐層較差, 也會(huì)泄漏大量電流, 使套管附近的一段管道得不到充分保護(hù).

因此, 在設(shè)計(jì)中, 應(yīng)該盡量避免采用套管, 而靠提高輸送管的壁厚來(lái)提高強(qiáng)度. 在必須使用套管的情況下, 應(yīng)采取必要的密封措施, 防止電解液進(jìn)入, 并保證套管與輸送管的絕緣.

2）. 固定墩鋼筋的屏蔽

當(dāng)固定墩內(nèi)的鋼筋與輸送管發(fā)生意外接觸時(shí), 其影響相當(dāng)于一個(gè)短路的套管. 陰極保護(hù)電流通過(guò)鋼筋并通過(guò)接觸點(diǎn)返回管道. 盡管鋼筋之間存在間隙, 但密布的鋼筋仍能阻斷大部分陰極保護(hù)電流, 使固定敦內(nèi)的管道得不到充分保護(hù). 因此, 在設(shè)計(jì)中應(yīng)減小鋼筋與套管短路的可能性. 在施工中也要經(jīng)常檢測(cè)鋼筋與輸送管的電阻.

3）絕緣體對(duì)管道的屏蔽

“管中管”防腐保溫結(jié)構(gòu)的屏蔽問(wèn)題.

當(dāng)管道周?chē)�有絕緣體存在, 而且絕緣體與管道間有電解液存在時(shí). 由于陰極保護(hù)電流無(wú)法通過(guò)絕緣體到達(dá)管道表面, 管道得不到陰極保護(hù). 有人認(rèn)為, 陰極保護(hù)電流可以通過(guò)絕緣體與管道之間的空隙到達(dá)管道表面, 事實(shí)是如果該空隙之間充滿電解液, 電阻率很小, 這種看法是正確的. 通過(guò)對(duì)”管中管”的腐蝕情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn), 如果防水層破壞, 水分進(jìn)入保溫層, 如果水分充足, 管道會(huì)得到陰極保護(hù), 一般不會(huì)發(fā)生腐蝕. 如長(zhǎng)期處于水下的管道. 如果僅有少量的水分進(jìn)入管道, 則在漏點(diǎn)兩側(cè)（2-3倍間隙的距離以外）一般會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕.

另外, 如果管道附近有其他絕緣體或巖石存在, 也會(huì)影響電流的流動(dòng), 對(duì)管道的保護(hù)電流起到屏蔽作用. 因此, 當(dāng)管道通過(guò)巖石地帶時(shí), 應(yīng)采取措施, 如: 采用柔性陽(yáng)極或帶狀陽(yáng)極, 保證陰極保護(hù)電流順利的到達(dá)管道表面..

4）區(qū)域性陰極保護(hù)時(shí), 土壤的屏蔽

對(duì)于位于開(kāi)闊地帶的管道, 土壤不會(huì)對(duì)陰極保護(hù)電流產(chǎn)生屏蔽. 但對(duì)于站內(nèi)的管網(wǎng)和管群, 可能會(huì)有這種屏蔽問(wèn)題. 如圖 2所示, 由于管道密度較大, 尤其當(dāng)管道防腐層不好時(shí), 電流的泄漏會(huì)使其附近區(qū)域的土壤電位隨之降低. 此時(shí), 如果參比電極距管道較遠(yuǎn), 所測(cè)電位并不能說(shuō)明測(cè)點(diǎn)處管道的.保護(hù)狀況. 因此, 管道較密時(shí), 參比電極應(yīng)盡量靠近測(cè)點(diǎn).

在對(duì)罐底板.進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí), 也會(huì)產(chǎn)生上述問(wèn)題 如果陽(yáng)極布置在罐的周?chē)? 則大部分電流沿罐底板周遍進(jìn)入罐底, 使罐中心得不到充分保護(hù). .罐直徑大時(shí), 這種情況更為突出..由于土壤條件的復(fù)雜多變, 很難根據(jù)罐周?chē)�的電位估�?jì)出罐中心的保護(hù)電位.

可靠的方法是采用混合金屬氧化物網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)，或柔性陽(yáng)極系統(tǒng)，將參比電極布置在罐底板中心處. 實(shí)際測(cè)量其保護(hù)電位.

二、 罐內(nèi)陰極保護(hù)

原油儲(chǔ)罐和部分粗汽油罐內(nèi)底板由于很強(qiáng)的電化學(xué)腐蝕，普通的涂料防腐或噴金屬都不能達(dá)到長(zhǎng)效防腐的效果，因此只有犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)和絕緣性防腐蝕推薦犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)。對(duì)犧牲陽(yáng)極種類(lèi)的選擇，考慮到溫度的影響不宜選涂料相結(jié)合的保護(hù)措施方能達(dá)到很好的長(zhǎng)效防腐蝕效果。就犧牲陽(yáng)極來(lái)說(shuō)，考慮到安全因素不宜選用鎂陽(yáng)極，由于鋅陽(yáng)極在一定溫度下會(huì)發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，因此選用鋁（Al）基合金陽(yáng)極，該陽(yáng)極使用壽命長(zhǎng)，適宜在含氯離子的電解質(zhì)中使用。當(dāng)在罐內(nèi)采用此方案時(shí)，內(nèi)底板絕對(duì)不能使用導(dǎo)靜電涂料。因?yàn)閷?dǎo)靜電涂料與犧牲陽(yáng)極并用會(huì)加速陽(yáng)極溶解，失去應(yīng)有的陰極保護(hù)作用，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。 目前，犧牲陽(yáng)極有焊接型和螺栓固定型。最好采用焊接型，因?yàn)楹附有徒?jīng)長(zhǎng)期使用，電連接牢靠，可以充分發(fā)揮陽(yáng)極效能；螺栓固定型在檢修時(shí)可達(dá)到不動(dòng)火更換，安裝比較方便。

外底板土壤側(cè)的陰極保護(hù)（指犧牲陽(yáng)極法）可選用鋅（Zn）基合金犧牲陽(yáng)極。該陽(yáng)極自溶性小，電流效率高，表面溶解均勻。當(dāng)陽(yáng)極在溫度大于50℃的條件

下工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕、極性逆轉(zhuǎn)等問(wèn)題，因而不適宜在原油罐內(nèi)使用，而在土壤中則性能良好。

1 油罐內(nèi)部陰極保護(hù)設(shè)計(jì)、施工及安裝

1.1 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)象（以3萬(wàn)立方米原油罐為例）

3萬(wàn)米3原油儲(chǔ)罐 直徑d=46米

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

GB50393-2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》

1.3 陰極保護(hù)內(nèi)容選擇

A應(yīng)選用長(zhǎng)壽命專用犧牲陽(yáng)極，對(duì)油罐的特定環(huán)境可達(dá)到良好保護(hù)，壽命達(dá)20年以上。

b、根據(jù)油罐腐蝕特點(diǎn)，可使腐蝕嚴(yán)重部位得到重點(diǎn)保護(hù)。

c、一次應(yīng)用后，不需專人管理，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

d、不需外接電源，對(duì)罐區(qū)的安全可得到充分保證。

1.4設(shè)計(jì)參數(shù)

a、保護(hù)方式：犧牲陽(yáng)極法

b、設(shè)計(jì)壽命 20～40年

c、電流密度：10mA/m2

d、罐外土壤電阻率：20000 ohm·cm

e、設(shè)計(jì)溫度（罐內(nèi)）：15～50℃

（罐外） ：常溫

f、陽(yáng)極設(shè)計(jì)型式：罐內(nèi)：均勻分布

4.2.1 設(shè)計(jì)步驟

（1） 計(jì)算陰極保護(hù)面積：罐內(nèi)為浸水面積；罐外為與土壤接觸面積；

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（2）查詢有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定保護(hù)電流密度，計(jì)算出陰極保護(hù)所需總電流；

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（2） 確定保護(hù)年限，計(jì)算所需陽(yáng)極總重量；

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（3） 根據(jù)每塊陽(yáng)極重量，確定陽(yáng)極總數(shù)量。

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公式中：

S內(nèi)：油罐內(nèi)部陰極保護(hù)面積；m2

S外：油罐外部陰極保護(hù)面積；m2

H：油罐內(nèi)部浸水高度；m

D：油罐直徑；m

I總：陰極保護(hù)所需總電流；A

J：電流密度；ma/m2

W總：犧牲陽(yáng)極總重量；kg

W單：犧牲陽(yáng)極單塊重量；kg

V：犧牲陽(yáng)極理論發(fā)生電流量；A·h/kg

F：保護(hù)年限；年

M：陽(yáng)極數(shù)量；塊

油罐內(nèi)部防腐施工程序

? 清罐除銹，使罐體金屬表面出現(xiàn)光澤，并按要求達(dá)到涂料施工標(biāo)準(zhǔn)。 ? 將犧牲陽(yáng)極塊焊在罐底及壁板上并保證焊接牢固，焊后將周?chē)�焊渣清除干凈�?/p>

? 進(jìn)行涂敷施工。內(nèi)底板及1m以下壁板采用絕緣型油罐專用防腐涂料，其它部位采用導(dǎo)靜電涂料。施工中陽(yáng)極塊只要求暴露本體，焊接引線、焊點(diǎn)及陽(yáng)極塊下部罐底板均涂刷涂料。

1.4 檢測(cè)方法

本文闡述的檢測(cè)方法，其內(nèi)容只包括涂料的導(dǎo)靜電性能和陰性保護(hù)要求的保護(hù)電位，而對(duì)涂料的其他性能檢測(cè)應(yīng)根據(jù)常規(guī)進(jìn)行。

? 導(dǎo)靜電涂料施工后，可采用現(xiàn)場(chǎng)專用的導(dǎo)靜電涂料性能檢測(cè)儀進(jìn)行表面電阻的測(cè)定，其表面電阻值應(yīng)小于109Ω，否則導(dǎo)靜電性能為不合格。

? 內(nèi)底板陰極保護(hù)的電位檢測(cè)，可采用高阻毫伏計(jì)和銅/硫酸銅參比電極，使參比電極盡可能靠近被測(cè)設(shè)備本體。保護(hù)電位在-0.85～-1.0V為宜（相對(duì)銅/硫酸銅電極）。對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)部陰極保護(hù)電位的檢測(cè)，由于不能象外部那樣直接測(cè)試，所以可以從罐頂人孔通過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)線，將參比電極及其平衡重物放在內(nèi)底板上，從而進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)踐證明這一方法也是可行的。

設(shè)計(jì)計(jì)算

內(nèi)底板實(shí)際計(jì)算（以3萬(wàn)立方米原油罐為例）：

a、計(jì)算陰極保護(hù)面積：罐內(nèi)為浸水面積；罐外為與土壤接觸部分

S內(nèi)??2D46D??DH??D（?H）?46?（?1.5）?1878(m2)444

?2?D??462?1661(m2)44S外?

b、計(jì)算所需總電流

I總1=S內(nèi)·J內(nèi)=1878×20=37560（mA）=38（A）

C、計(jì)算所需陽(yáng)極總重量；

W總=I總/V×8760×F=38/2550×8760×20=2611（kg）

d、根據(jù)每塊陽(yáng)極重量，確定陽(yáng)極總數(shù)量；

M=W總/W單=2611/35=75（塊）

實(shí)際用量為90塊

三、 罐外陰極保護(hù)

外底板保陰極保護(hù)護(hù)的幾種方案

對(duì)油罐外底板的陰極保護(hù)，除以上介紹的犧牲陽(yáng)極法外，還可采取外加電源的陰極保護(hù)方法。油罐外底板外加電源法陽(yáng)極布置有四種方案。一為埋設(shè)在罐周邊的陽(yáng)極，這種方法可使罐周邊得到重點(diǎn)保護(hù)，而底板中心保護(hù)底較低，適用于罐底板周邊腐蝕較嚴(yán)重的情況。二為埋設(shè)在罐底板下邊的陽(yáng)極，與一相比，底板的保護(hù)電流較為均勻，但陽(yáng)極埋設(shè)需在建罐時(shí)進(jìn)行，否則就不如一方便。三為深井陽(yáng)極，該法對(duì)罐中心的保護(hù)電位與周邊能趨于一致，適用于較大直徑的油罐。

四為埋設(shè)于罐底板下邊的斜陽(yáng)極，與前述幾種情況相比該法保護(hù)效果最好，當(dāng)周邊的保護(hù)電壓為-1.0V時(shí)，中心保護(hù)電壓為-0.86V，符合陰極保護(hù)原則。

以上幾種外加電源法陽(yáng)極埋設(shè)方案的選擇，需要根據(jù)環(huán)境、介質(zhì)、設(shè)備、施工的具體條件等來(lái)確定。下面就簡(jiǎn)單介紹有關(guān)情況

1犧牲陽(yáng)極法

犧牲陽(yáng)極法在罐外使用時(shí)，在安裝方式、陽(yáng)極結(jié)構(gòu)選擇方面，也有多種方案，這種方法使用后始終不用管理。同時(shí)該犧牲陽(yáng)極還可兼做儲(chǔ)罐的防雷防靜電接地。

a罐周?chē)�均布�?yáng)極法

該方法保護(hù)度最高在罐底周邊，符合罐底保護(hù)形態(tài)，對(duì)已建或舊罐外底板可采用此法。陽(yáng)極型號(hào)采用AM-90型，陽(yáng)極通過(guò)電連接器連于罐體，并在陽(yáng)極周?chē)�充填助�?dǎo)劑。也可直接制作成袋裝陽(yáng)極。

b線狀鎂陽(yáng)極法

該方法在建罐前就應(yīng)考慮,直接將線狀鎂陽(yáng)極布置在罐底板下面的基礎(chǔ)砂內(nèi),此法不需助導(dǎo)劑,保護(hù)電位均勻,選用陽(yáng)極型號(hào)為MG-I型,該方法采用的陽(yáng)極價(jià)格較貴,適宜在高電阻率的土壤,并且應(yīng)用于5000立方米以下的油罐外底板是較好的選擇。

2外加電源陰極保護(hù)

該方法的優(yōu)點(diǎn)是，保護(hù)電位可調(diào)節(jié)，可使保護(hù)效果始終調(diào)整在最佳狀態(tài)，保護(hù)年限長(zhǎng)，大型油罐及灌區(qū)群罐一般采用此法，其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)集中控制（也可單臺(tái)罐獨(dú)立進(jìn)行），主設(shè)備多臺(tái)罐可共用，保護(hù)效果穩(wěn)定，并可使總投資大大降低。

對(duì)雙層罐底的陰極保護(hù)，分為兩部分：一部分為下層罐底的外壁外底板與土壤直接接觸，可采用前面介紹的陰極保護(hù)技術(shù)；二部分為雙層罐底的內(nèi)側(cè)，作為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象是上底的下部表面。犧牲陽(yáng)極法和強(qiáng)制電流法都可使用

3.1犧牲陽(yáng)極外底板的應(yīng)用

以3萬(wàn)立方米原油罐為例：

a、 計(jì)算陰極保護(hù)面積：罐外為與土壤接觸面積；

S外=3.14/4×D2=3.14/4×462=1661(M2)

b、 計(jì)算所需總電流

I總2=S外×J外=1661×2.5=4152（ma）=4.2（A）

C、計(jì)算所需陽(yáng)極總重量；

W總=I總/V×8760×F=4.2/800×8760×20=920（kg）

d、確定陽(yáng)極總數(shù)量；

M=W總/W單=920/92=10（塊）

實(shí)際使用量為12塊更合理

3.2帶狀鎂陽(yáng)極的應(yīng)用

以直徑為60米的 5萬(wàn)立方米原油油罐陰極保護(hù)外底板

3)、 設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1) SY/T0088-95

鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.2) SY0007—1999

鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕工程控制設(shè)計(jì)規(guī)范

3.3) SY/T0019-97

埋地管道犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范

3.4) API RP 05L

地上石油儲(chǔ)罐陰極保護(hù)

3.5）GB50393-2008《鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)規(guī)范》

4）、 設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1）、保護(hù)方式：犧牲陽(yáng)極法

4.2）、設(shè)計(jì)壽命20年

4.3、電流密度：罐外底板5mA/m2

4.4）、罐外土壤電阻率：200 Ω.m

4.5）、陽(yáng)極設(shè)計(jì)型式：罐外：均勻分布

4.6）、陽(yáng)極材料：外底板 鎂帶

5）、 外底板設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1）、計(jì)算陰極保護(hù)面積：

罐外為與土壤接觸面積；

S外=2826（m2）

5.2）、計(jì)算所需總電流；

I總=14.13（A）

5.3）、計(jì)算所需陽(yáng)極總長(zhǎng)度；

L總=2670（m）(排列57圈，圈距0.52米)

罐內(nèi)陰極保護(hù)方案見(jiàn)圖1

外底板陰極保護(hù)方案見(jiàn)圖2

1、 程任務(wù)： 罐容：5萬(wàn)m3 儲(chǔ)罐，數(shù)量：2座 內(nèi)（包括1米高的壁板）

外底板陰極保護(hù)

2、設(shè)計(jì)依據(jù)：

a、SY/T0088-95，鋼制儲(chǔ)罐外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

b、SY0007—1999，鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕工程控制設(shè)計(jì)規(guī)范

c、SY/T0019-1997，埋地管道犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范

d、API RP 05L，地上石油儲(chǔ)罐陰極保護(hù)

3、陰極保護(hù)方案選擇：

采用油罐專用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法

罐外底板為帶狀鎂陽(yáng)極。

4、有關(guān)參數(shù)

、罐外地板

陽(yáng)極深度： D=0.2m

儲(chǔ)罐保護(hù)面積： 2826（m2）

保護(hù)電流： 14.13A

陽(yáng)極材料 帶狀鎂合金犧牲陽(yáng)極

理論發(fā)生電量：2.21A. h/g

電流效率： 55%

單臺(tái)罐需陽(yáng)極長(zhǎng)度 ：2670m

陽(yáng)極外形尺寸： 截面為19*9.5矩形

5、用戶協(xié)助項(xiàng)目：

混凝土圈梁預(yù)留50mm套管，端部有螺扣以便測(cè)試電纜穿過(guò)連接于測(cè)試樁

6、罐外底板陰極保護(hù)施工安裝說(shuō)明：

6.1、安裝前的準(zhǔn)備

（1） 罐基礎(chǔ)標(biāo)高混凝土圈梁預(yù)留電纜導(dǎo)管（至少50mm）；

（2） 現(xiàn)場(chǎng)焊接用的電源、氣焊焊機(jī)等

6.2、陽(yáng)極帶的鋪設(shè)

（1） 先根據(jù)圖2進(jìn)行畫(huà)線定位，然后將整卷陽(yáng)極帶沿畫(huà)線位置進(jìn)行滾動(dòng)鋪設(shè)，

每圈的接頭應(yīng)在一條直線上。

（2） 陽(yáng)極帶需連接或交叉時(shí)，應(yīng)采用氣焊連接，連接時(shí)先將陽(yáng)極帶表面金屬鎂

熔化，然后將鋼芯氣焊接，焊后采用三油三布密封。

（3） 將四個(gè)連接頭中的三個(gè)引出基礎(chǔ)外，以備罐底鋼板焊好后焊到底板邊沿

上，并將焊點(diǎn)采用環(huán)氧膠封閉。另一個(gè)接頭直接引至測(cè)試樁

（4） 回填基礎(chǔ)沙，厚度為200毫米，采用機(jī)械設(shè)備時(shí)不要損壞陽(yáng)極，不要使陽(yáng)

極移位。

6.3、參比電極及連接箱的安裝

（1） 采用預(yù)包裝長(zhǎng)效銅/硫酸銅參比電極，裝在有填料的布袋中，并帶有2.5mm

截面積的電纜，安裝前在水中浸泡2—3天。

（2） 參比電極每罐4支，埋設(shè)位置為中心，依次為0m、9.9m、19.8m、29.8m

各一支，編號(hào)用干凈沙回填（見(jiàn)圖-3、圖-5）。

（3） 參比電極埋深為瀝青沙之下約200mm。

（4） 參比電極電纜引到底板下成蛇形排列，以防止鋪設(shè)瀝青砂和焊接罐底時(shí)拉

斷。

（5） 安裝測(cè)試箱，參比電極導(dǎo)線、陽(yáng)極導(dǎo)線通過(guò)混凝土圈梁預(yù)留孔接入測(cè)試箱

（圖-4）。

8、罐外電位測(cè)試

罐外電位測(cè)試通過(guò)接線箱直接進(jìn)行測(cè)試。

9、施工安裝圖附后

四、試壓階段臨時(shí)用陰及保護(hù)

以5萬(wàn)立方米儲(chǔ)罐海水試壓臨時(shí)陰極保護(hù)方案為例

1、基本方案

采用張力懸吊式犧牲陽(yáng)極法保護(hù)儲(chǔ)罐壁板，防止海水試壓時(shí)罐體電化學(xué)腐蝕。

方案特點(diǎn)：

1）可以采用海水試壓，罐體壁板受到陰極保護(hù)，免遭海水腐蝕

2）不必在壁板上進(jìn)行焊接

3）縮短工期、節(jié)省投資、施工簡(jiǎn)單

2、基本結(jié)構(gòu)

采用張力懸吊式犧牲陽(yáng)極法保護(hù)儲(chǔ)罐壁板，預(yù)先將張力索和電纜與犧牲陽(yáng)極連接好，并在罐壁底部焊接掛鉤和電接線點(diǎn)，罐頂部也同樣準(zhǔn)備，然后將陽(yáng)極串懸掛在掛鉤上，上下拉緊貼壁。海水試壓完畢，取下陽(yáng)極串，取掉掛鉤磨平涂刷涂料即可。電位測(cè)量采用懸吊式參比電極。

3、設(shè)計(jì)計(jì)算

a) 計(jì)算依據(jù)

i.

ii.

iii. 油罐D(zhuǎn)為60米。罐壁高19.36米。充水高度17.4米，時(shí)間90天 保護(hù)電位-0.85—1.15V（CSE參比電極） 對(duì)罐底板應(yīng)涂防腐涂料

b) 犧牲陽(yáng)極類(lèi)型選擇

陽(yáng)極類(lèi)型：長(zhǎng)條型鋁合金犧牲陽(yáng)極

陽(yáng)極特點(diǎn)：油罐專用

陽(yáng)極型號(hào)：強(qiáng)海水腐蝕介質(zhì)下應(yīng)滿足試壓90天防腐壽命要求。尺寸為

30*200*500，陽(yáng)極重量：每支重量3.6公斤

陽(yáng)極發(fā)電量：每個(gè)陽(yáng)極發(fā)生電流量為0.88A。

c) 計(jì)算

i.

ii.

iii. 保護(hù)面積=3.14*60*15=2837M2 保護(hù)電流=0.06*2837=170A 陽(yáng)極個(gè)數(shù)

n=170/0.88=193。

實(shí)際使用時(shí)，陽(yáng)極并聯(lián)會(huì)造成陽(yáng)極發(fā)生電流降低，實(shí)際陽(yáng)極數(shù)應(yīng)為1.5—3倍，N=1.5*193=292個(gè)/每臺(tái)罐

d) 陽(yáng)極分布

周向均布73串，每串4個(gè)陽(yáng)極

4、實(shí)施步驟

i.

ii.

iii. 在罐底部焊接73個(gè)掛鉤，（均布） 在罐頂部焊接同樣數(shù)量的掛鉤與罐底部的掛鉤對(duì)應(yīng) 預(yù)制好陽(yáng)極串。張力索用尼龍繩，電纜與每個(gè)陽(yáng)極應(yīng)連接良好。電

纜留有一定松弛度。

iv.

v.

vi.

vii.

viii. 預(yù)制好足夠長(zhǎng)的懸吊式參比電極，并標(biāo)好長(zhǎng)度 將陽(yáng)極串懸吊在上下掛鉤上，電纜上下連接點(diǎn)焊好并絕緣好。 在海水注入時(shí)測(cè)量罐壁電位 試壓完畢排完海水時(shí)，及時(shí)用淡水沖洗罐壁并防腐 沖洗完畢后，拆除陽(yáng)極串，取掉掛鉤并磨平并防腐即可。

注：3萬(wàn)立方米的罐與5萬(wàn)立方米的儲(chǔ)罐陰極保護(hù)方式和施工等類(lèi)似，只是陽(yáng)極串的數(shù)量減少而已。

五、 網(wǎng)狀陽(yáng)極的陰極保護(hù)體系的設(shè)計(jì)和安裝

網(wǎng)狀陽(yáng)極的陰極保護(hù)是國(guó)內(nèi)外近年來(lái)興起的一種專門(mén)針對(duì)儲(chǔ)罐罐底的新型陰極保護(hù)體系。它是一種強(qiáng)制電流保護(hù)體系，輔制助陽(yáng)極是由混合金屬氧化物陽(yáng)極帶和鈦導(dǎo)電片垂直交差焊接而成的金屬網(wǎng)，陽(yáng)極網(wǎng)處于罐基礎(chǔ)的回填沙中。是一種特長(zhǎng)壽命的陰極保護(hù)技術(shù)。網(wǎng)狀陽(yáng)極是混合金屬氧化物帶狀陽(yáng)極與鈦金屬連

接片交叉焊接組成的外加電流陰極保護(hù)輔助陽(yáng)極，將該陽(yáng)極網(wǎng)預(yù)埋在儲(chǔ)罐基礎(chǔ)中，可為儲(chǔ)罐底板提供保護(hù)電流。該技術(shù)為美國(guó)CORRPRO集團(tuán)的專利技術(shù)，與其它陰極保護(hù)方式相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)電流分布非常均勻，輸出可調(diào)，儲(chǔ)罐能得到充分保護(hù)。

(2)產(chǎn)生的雜散電流很少，不會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)造成腐蝕干擾。

(3)不需回填料，安裝簡(jiǎn)單，可保證質(zhì)量，儲(chǔ)罐與管道之間不需要絕緣。

(4)不容易受日后工程施工損壞，使用壽命長(zhǎng)。

網(wǎng)狀陽(yáng)極可放置在罐底板與防滲膜或混凝土基礎(chǔ)之間，距離罐底板的最小距離為15cm，無(wú)需填料，仍能保證電流的均勻分布。

1、網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)的組成

網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)包括恒電位儀、混合金屬氧化物網(wǎng)、接線箱、參比電極和陽(yáng)／陰極電纜。

圖1 網(wǎng)狀陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)

恒電位儀將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，由參比電極控制其電流輸出，陰極電纜連接在儲(chǔ)罐上，陽(yáng)極電纜連接混合金屬氧化物陽(yáng)極網(wǎng)。系統(tǒng)工作時(shí)，電流從陽(yáng)極網(wǎng)釋放到沙層中并流入儲(chǔ)罐底板，通過(guò)電纜返回到恒電位儀陰極。當(dāng)儲(chǔ)罐底板的電流達(dá)到一定密度后，底板將停止腐蝕。建議恒電位儀安裝在防爆堤外的控制間內(nèi)。

陽(yáng)極網(wǎng)處于罐底板下面的回填沙中，陽(yáng)極帶間距為1～1.5m。該陽(yáng)極網(wǎng)不需填料，但應(yīng)鋪設(shè)在回填沙層中。陽(yáng)極網(wǎng)距罐底板一般為150～300mm，由于距離儲(chǔ)罐底板很近，因此不會(huì)產(chǎn)生雜散電流。

1.1、陽(yáng)極材料

混合金屬氧化物陽(yáng)極帶是由TIR2000混合金屬氧化物涂敷在鈦金屬表面上制成，規(guī)格如下。

成分：ASTM265，一級(jí)鈦；

寬度：6.35mm；

厚度：0.635mm；

重量：17.8kg／km；

電阻：0.138Ω／m；

覆蓋層：TIR2000金屬氧化物。

1.2、鈦連接片

鈦連接片與陽(yáng)極帶垂直交叉并焊接在一起，規(guī)格如下。

成分：ASTM265，一級(jí)鈦；

寬度：12.7mm；

厚度：0.9mm；

重量：59.6kg／km；

電阻：0.049Ω／m。

1.3、陽(yáng)極電纜

電纜為高分子聚乙烯銅芯，截面積一般為10mm2。電纜端部連接一根直徑為3mm，長(zhǎng)度為100mm的鈦棒，鈦棒與一段鈦連接片焊接。在鈦棒與電纜連接處用膠密封，并用收縮套包裹。鈦片與陽(yáng)極網(wǎng)上的鈦金屬連接片焊接。為保證系統(tǒng)可靠性并使電流分布更加均勻，一般采用3根陽(yáng)極電纜是為了更保險(xiǎn)以防任意一根斷開(kāi)等影響電流輸入。

1.4、參比電極

采用預(yù)包裝的銅／硫酸銅參比電極，裝在有填料的布袋中，并帶有2.5m2截面積的電纜，安裝前在水中浸泡15～20min。一般采用3個(gè)參比電極，分別埋設(shè)在儲(chǔ)罐底板中心及邊緣處。該參比電極設(shè)計(jì)壽命一般為15年，誤差為5%。最好

設(shè)雙參比電極。也就是另外增加高純鋅參比電極，在CSE銅飽和硫酸銅參比電極失效后，高純鋅參比電極任然可以發(fā)揮作用，

1.5、接線箱

采用防爆型接線箱，帶有8個(gè)接線柱和標(biāo)準(zhǔn)電阻的分路，用于測(cè)量陽(yáng)極電流。 2 網(wǎng)狀陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（以10萬(wàn)立方米原油罐為例）

2.1設(shè)計(jì)依據(jù)

① BS7361陰極保護(hù)-陸上海上設(shè)計(jì)規(guī)范，第一部分

② NACE RP—0169 埋地或水中金屬管網(wǎng)外腐蝕控制

③ API RP 651 地上油罐的陰極保護(hù)

④ SY/T0088-95鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.2設(shè)計(jì)參數(shù)

① 設(shè)計(jì)壽命 40年

② 保護(hù)電流密度 10mA/m2

③ 埋沙電阻率：40000Ω?cm

④ 陽(yáng)極最大輸出電流 20mA/m

⑤ 陽(yáng)極埋深：據(jù)罐底板150-300mm

⑥ 陰極保護(hù)方式：網(wǎng)狀陽(yáng)極外加電流陰極保護(hù)

⑦ 設(shè)計(jì)溫度：16-48℃；

⑧ 密封膜：無(wú)；

⑨ 底板覆蓋層：無(wú)；

⑩ 電氣絕緣：無(wú)(采用絕緣法蘭將減小電流散失)；

? 防雷接地：改用鍍鋅鋼管或鋼板接地將減小電流泄漏。

3設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 儲(chǔ)罐直徑D=80米

保護(hù)的底板的面積S=5024m2

保護(hù)電流密度 i=10mA/m2

保護(hù)電流I總=50.24A

3.2陽(yáng)極材料或規(guī)格：寬6.35mm

厚0.635mm

額定輸出電流18.75mA/m

陽(yáng)極長(zhǎng)度 L= I總/I

=50.24/0.0185

=2716米

陽(yáng)極帶間距2米

鈦金屬導(dǎo)電片規(guī)格：640米

寬12.7

厚0.9

電阻率；0.049Ω?m

3.3 鈦金屬連接片間距；7米/片或8米

3.4實(shí)際壽命計(jì)算

實(shí)際的陽(yáng)極面積A實(shí)=2L實(shí)(寬+實(shí))

陽(yáng)極長(zhǎng)度L實(shí)=2720米（根據(jù)實(shí)際布置所用陽(yáng)極的長(zhǎng)度）

陽(yáng)極的寬度=0.0064米

陽(yáng)極的厚度=0.00064米

實(shí)際陽(yáng)極的面積=2*2720（0.0064+0.00064）=38.3米2

實(shí)際陽(yáng)極的電流密度=1.3mA/m2

陽(yáng)極的消耗率=58 mA?a/m2

實(shí)際陽(yáng)極的壽命=陽(yáng)極消耗率/實(shí)際陽(yáng)極電流密度

=45年

4設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算陽(yáng)極接地電阻及陽(yáng)極和鈦連接片的用量。陽(yáng)極長(zhǎng)度可根據(jù)勾股定理逐根計(jì)算或用底板面積除以陽(yáng)極間距估算。接地電阻可按下式計(jì)算： R＝0.0016ρ／L（6.3＋LnL／r＋LnL／D＋2 D／L）

式中R--接地電阻，Ω；

ρ--土壤電阻率，Ω.cm；

L--陽(yáng)極長(zhǎng)度，m；

r--等量半徑，4.45；

D--陽(yáng)極埋深，m。

5設(shè)計(jì)方案

①網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)：該系統(tǒng)由混合金屬氧化物陽(yáng)極帶和鈦導(dǎo)電片組成，陽(yáng)極網(wǎng)狀處于罐底板下面的回填沙中，距罐底板350毫米左右，鈦連接片與陽(yáng)極帶垂直交叉又焊接在一起，用三根VV29-1KV*35mm2型陽(yáng)極電纜與鈦連接片焊接，保證該

系統(tǒng)的可靠性及電流分布更加

均勻。

②在罐底板中心至圈梁段沿半徑均勻分布四支長(zhǎng)效Cu/CuSO4參比電極，以

測(cè)定罐底板的保護(hù)電位。

③電纜連接箱選用防暴接線箱，接線箱至陰極保護(hù)間的電纜直埋敷設(shè)，電纜露出地面部分套鍍鋅管，與罐壁用鋁熱焊焊接，裸露處用環(huán)氧樹(shù)脂防腐。通陰保間的電纜埋深700毫米，周?chē)��?00毫米細(xì)沙并敷蓋紅專磚。

6安裝

6.1安裝前的檢查項(xiàng)目

(1)罐基礎(chǔ)標(biāo)高�；炷�土圈梁是否預(yù)留了電纜導(dǎo)管孔(直徑50mm，位于安裝恒電位儀的一側(cè))，孔的高度與陽(yáng)極網(wǎng)位置平齊。

(2)現(xiàn)場(chǎng)焊接電源、小沙袋是否準(zhǔn)備好。

6.2系統(tǒng)安裝

(1)對(duì)鈦片與鈦片、鈦片與MMO陽(yáng)極進(jìn)行試焊，記錄焊接設(shè)定值。

(2)在混凝土圈梁上標(biāo)出鈦片位置，然后鋪設(shè)鈦片，鈦片兩端距離圈梁150～200mm。

(3)在圈梁上標(biāo)出MMO陽(yáng)極的位置，鋪設(shè)中間的陽(yáng)極，用沙袋壓住，與鈦片焊接。

(4)按設(shè)計(jì)間距逐根鋪設(shè)陽(yáng)極，并與鈦片焊接。

(5)每根陽(yáng)極兩端距離罐周邊150～200mm。

上述工作由兩人完成，安裝時(shí)禁止踩蹋陽(yáng)極。

陰極保護(hù)系統(tǒng)的安裝應(yīng)在安裝好第二次密封墊后沙墊層之后。

① 陽(yáng)極網(wǎng) 陽(yáng)極網(wǎng)的安裝包括陽(yáng)極帶、鈦導(dǎo)電片、長(zhǎng)效參比電極和饋電纜

的安裝。把陽(yáng)極帶從卷盤(pán)中散開(kāi)，把陽(yáng)極帶和導(dǎo)電片分布于要求的位置，并防止蹺起。用焊機(jī)焊接陽(yáng)極帶和導(dǎo)電片的每一個(gè)交叉處；把饋電纜與導(dǎo)電片在指定的位置焊接；把AWG電纜線散開(kāi)穿出圈梁。圈梁中的孔應(yīng)在建圈梁時(shí)預(yù)留好或在合適的位置處埋一電纜導(dǎo)管。

② 長(zhǎng)效參比電極 長(zhǎng)效參比電極的位置按設(shè)計(jì)的進(jìn)行。安裝前將參比電極浸泡2~3天，然后按圖紙埋設(shè)，把14AWG電纜散開(kāi)穿出圈梁。

③接線箱 所有饋電纜、參比電極和其他導(dǎo)線都接到接線箱中。 ④恒電位儀，安裝設(shè)計(jì)計(jì)算要求來(lái)選擇安裝

⑤回填 網(wǎng)狀陽(yáng)極上面的回填由儲(chǔ)罐承建者負(fù)責(zé)完成。先把陽(yáng)極帶、鈦導(dǎo)電片、長(zhǎng)效參比電極的上面鋪一層沙，以避免翻砂車(chē)的操作損壞陽(yáng)極網(wǎng)。若在構(gòu)筑罐基礎(chǔ)最后一層時(shí)，測(cè)試發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀陽(yáng)極有損壞，則應(yīng)隨時(shí)停止一切作業(yè)進(jìn)行檢修

6.3注意事項(xiàng)

(1)陽(yáng)極網(wǎng)安裝完畢后，回填罐基礎(chǔ)，回填土最小厚度為150mm，最好不用機(jī)械設(shè)備夯實(shí)，以免損壞陽(yáng)極網(wǎng)。

(2)將參比電極預(yù)浸泡后放在設(shè)計(jì)位置，用凈沙回埋。

(3)連接供電電纜、安裝接線箱以及參比電極導(dǎo)線，陽(yáng)極電纜通過(guò)混凝土圈梁預(yù)留孔接入接線箱。

(4)檢驗(yàn)網(wǎng)狀陽(yáng)極系統(tǒng)的連通性以及焊點(diǎn)的牢固程度。

7測(cè)試

①電阻的測(cè)量 在鋪設(shè)網(wǎng)狀陽(yáng)極上面的沙子時(shí)，應(yīng)對(duì)饋電纜之間以及饋電纜與參比電極之間的電阻進(jìn)行測(cè)量。若電阻過(guò)大，則說(shuō)明陽(yáng)極網(wǎng)或參比電極有所損壞。必須停止繼續(xù)鋪設(shè)，進(jìn)行維修，

②投入運(yùn)行 測(cè)量?jī)?chǔ)罐的 自然電位并記錄。恒電位儀通上電，對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行充分的極化。當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)裝上一部分產(chǎn)品后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行最后的調(diào)試。調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)：儲(chǔ)罐的極化電壓在100毫伏上下波動(dòng)。

③報(bào)告 提交報(bào)告，包括所有的測(cè)試結(jié)果、施工圖及操作和維護(hù)規(guī)程。

下次內(nèi)容：

.1、深井陽(yáng)極的設(shè)計(jì)安裝和應(yīng)用

2、陰極保護(hù)運(yùn)行與管理

3、柔性陽(yáng)極及其應(yīng)用

4、兩種陽(yáng)極的比較

5、陰極保護(hù)工程驗(yàn)收

6、恒電位儀系統(tǒng)

7、陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量

8、管線的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)

2．陰極保護(hù)發(fā)展簡(jiǎn)史

陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。 目前陰極保護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，廣泛應(yīng)用到土壤、海水、淡水、化工介質(zhì)中的鋼質(zhì)管道、電纜、鋼碼頭、艦船、儲(chǔ)罐罐底、冷卻器等金屬構(gòu)筑物等的腐蝕控制。 1834年—— 法拉第→陰極保護(hù)原理奠定基礎(chǔ) 1890年—— 愛(ài)迪生→提出強(qiáng)制電流保護(hù)船舶 1902年—— 柯恩→ 實(shí)現(xiàn)了愛(ài)迪生的設(shè)想 1905年 ——美國(guó)用于鍋爐保護(hù) 1906年 ——德國(guó)建立第一個(gè)陰極保護(hù)廠 1913年 ——命名為電化學(xué)保護(hù) 1924年 ——地下管網(wǎng)陰極保護(hù)

3．陰極保護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)介

陰極保護(hù)技術(shù)有兩種：犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和強(qiáng)制電流（外加電流）陰極保護(hù)。

1）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來(lái)保護(hù)其它金屬。

優(yōu)點(diǎn)：

A: 一次投資費(fèi)用偏低，且在運(yùn)行過(guò)程中基本上不需要支付維護(hù)費(fèi)用 B: 保護(hù)電流的利用率較高，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)

C: 對(duì)鄰近的地下金屬設(shè)施無(wú)干擾影響，適用于廠區(qū)和無(wú)電源的長(zhǎng)輸管道，以及小 規(guī)模的分散管道保護(hù)

D: 具有接地和保護(hù)兼顧的作用 E: 施工技術(shù)簡(jiǎn)單，平時(shí)不需要特殊專業(yè)維護(hù)管理

缺點(diǎn)：

A: 驅(qū)動(dòng)電位低，保護(hù)電流調(diào)節(jié)范圍窄，保護(hù)范圍小

B: 使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于50Ω?m時(shí)，一般不宜選 用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法

C: 在存在強(qiáng)烈雜散電流干擾區(qū)，尤其受交流干擾時(shí)，陽(yáng)極性能有可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)

D: 有效陰極保護(hù)年限受犧牲陽(yáng)極壽命的限制，需要定期更換

2）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)是在回路中串入一個(gè)直流電源，借助輔助陽(yáng)極，將直流電通向被保護(hù)的金屬，進(jìn)而使被保護(hù)金屬變成陰極，實(shí)施保護(hù)。

優(yōu)點(diǎn)：

A: 驅(qū)動(dòng)電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內(nèi)控制陰極保護(hù)電流 輸出量，適用于保護(hù)范圍較大的場(chǎng)合

B: 在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環(huán)境中也適用

C: 選用不溶性或微溶性輔助陽(yáng)極時(shí)，可進(jìn)行長(zhǎng)期的陰極保護(hù)

D: 每個(gè)輔助陽(yáng)極床的保護(hù)范圍大，當(dāng)管道防腐層質(zhì)量良好時(shí)， 一個(gè)陰極保護(hù)站的保護(hù)范圍可達(dá)數(shù)十公里

E: 對(duì)裸露或防腐層質(zhì)量較差的管道也能達(dá)到完全的陰極保護(hù)

缺點(diǎn)：

A: 一次性投資費(fèi)用偏高，而且運(yùn)行過(guò)程中需要支付電費(fèi)

B: 陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要嚴(yán)格的專業(yè)維護(hù)管理

C: 離不開(kāi)外部電源，需常年外供電

D：對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物可能會(huì)產(chǎn)生干擾作用

4．陰極保護(hù)效果的判據(jù)

1）普通鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則

◆施加陰極保護(hù)時(shí)被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位負(fù)移至少達(dá)到-850mV或更負(fù)(相對(duì)飽和硫酸銅參比 電極CSE)。 ◆相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極的負(fù)極化電位至少為850mV。 ◆在構(gòu)筑物表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值最小為100mV。 ◆存在硫酸鹽還原菌的環(huán)境，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的電位負(fù)移至950mV(CSE)或更負(fù)。

2）鋁合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：

◆構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的陰極極化值最小為100mV，準(zhǔn)則適用于極化建立或衰減過(guò)程。 ◆極化電位不應(yīng)負(fù)于-1200mV（CSE）。

3）銅合金陰極保護(hù)準(zhǔn)則：

◆構(gòu)筑物與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極的陰極極化值最小為100mV。極化建立或衰減過(guò)程均可以被應(yīng)用。

4）異種金屬陰極保護(hù)準(zhǔn)則：

◆所有金屬表面與電解質(zhì)中穩(wěn)定參比電極之間的負(fù)電壓等于活性最強(qiáng)的陽(yáng)極區(qū)金屬的保護(hù)電位。 5）高強(qiáng)鋼陰極保護(hù)準(zhǔn)則： ◆700MPa以上的鋼腐蝕速率降低至0.0001mm/a的保護(hù)電位為-760～-790mV(Ag/AgCl)。 ◆在存在硫酸鹽還原菌的環(huán)境下，鋼屈服強(qiáng)度大于700MPa，保護(hù)電位應(yīng)在800-950mV(Ag/AgCl)的范圍內(nèi)。 ◆屈服強(qiáng)度大于800MPa的鋼，其保護(hù)電位應(yīng)不低于-800mV(Ag/AgCl)。

5．陰極保護(hù)技術(shù)問(wèn)答

1）什么是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)？

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)又稱為外加電流系統(tǒng)，是在回路中串入一個(gè)直流電源，借助輔助陽(yáng)極，將直流電通向被保護(hù)的金屬，使被保護(hù)金屬變成陰極實(shí)施保護(hù)。

2）什么是犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)？

犧牲陽(yáng)極法是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來(lái)保護(hù)其它金屬的方法。

3）強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由電源、控制柜、輔助陽(yáng)極、焦炭（碳素）填料、電纜、控制參比電極、電位測(cè)試樁、電流測(cè)試樁、保護(hù)效果測(cè)試片、電絕緣裝置、電絕緣保護(hù)裝置。

4）電源的作用是什么？

電源的作用是向陰極保護(hù)系統(tǒng)不間斷提供電流。電源主要有恒流、恒壓整流器、恒電位儀。

5）電源的類(lèi)型主要有哪幾種？

從整流形式上主要有可控硅、磁飽和、數(shù)控高頻開(kāi)關(guān)。可控硅和磁飽和恒電位儀體積較大、紋波系數(shù)較大、控制精度較差，效率較低(低于70％)不易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。磁飽和恒電位儀除了上述不足外，額定功率20％以下的輸出無(wú)法控制。數(shù)控高頻開(kāi)關(guān)恒電位儀體積較小、紋波系數(shù)小、控制精度高、效率較高（90％以上）。

6）輔助陽(yáng)極的作用是什么？

輔助陽(yáng)極的作用是通過(guò)其本身的溶解，與介質(zhì)(如土壤、水)、電源、管道形成電回路。

7）輔助陽(yáng)極的種類(lèi)有多少?

輔助陽(yáng)極根據(jù)介質(zhì)來(lái)分，土壤中有廢鋼、硅鐵、石墨、混合氧化物陽(yáng)極、柔性陽(yáng)極。水介質(zhì)中有混合氧化物陽(yáng)極、硅鐵陽(yáng)極、鉛陽(yáng)極等。

8）控制參比電極的有那些？

1.1.1.1.1.2

控制參比電極主要有長(zhǎng)壽命飽和硫酸銅參比電極、高純鋅參比電極、銀/氯化銀參比電極、二氧化鉬參比電極。土壤中可使用飽和硫酸銅參比電極和高純鋅參比電極，水介質(zhì)中使用高純鋅參比電極和銀/氯化銀參比電極。二氧化鉬參比電極主要用于混凝土中。飽和硫酸參比電極的壽命一般小于10年。其它的參比電極可以根據(jù)壽命來(lái)設(shè)計(jì)。

9）為什么需要采用電絕緣？

在陰極保護(hù)技術(shù)中，要求被保護(hù)結(jié)構(gòu)需要電絕緣，主要是由于如果不絕緣，保護(hù)電流會(huì)流失到未被保護(hù)的金屬構(gòu)筑物上，設(shè)計(jì)的電流需求量可能不足，保護(hù)效果不理想，另外，可能會(huì)產(chǎn)生雜散電流的干擾。

10）測(cè)試樁的作用是什么？

測(cè)試樁的作用主要是用于檢測(cè)陰極保護(hù)效果和運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)作用不同有電位測(cè)試樁、電流測(cè)試樁、保護(hù)效果測(cè)試片測(cè)試樁樁。

11）犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成有什么？

土壤中，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)主要有犧牲陽(yáng)極、填報(bào)料、布袋、貼片、電纜、測(cè)試樁組成。水環(huán)境中犧牲陽(yáng)極直接焊接到被保護(hù)結(jié)構(gòu)上。

12）犧牲陽(yáng)極主要有那些？

犧牲陽(yáng)極主要有鎂合金犧牲陽(yáng)極、鋁合金犧牲陽(yáng)極、鋅合金犧牲陽(yáng)極。鎂合金犧牲陽(yáng)極主要應(yīng)用于高電阻率的土壤環(huán)境中。鋁合金和鋅合金主要用于水環(huán)境介質(zhì)中。鋅合金也可用于土壤電阻率小于5Ω?m的環(huán)