阴极保护

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阴极保护原理

牺牲阳极在海洋平台的阴极保护工程中的应用以及各自的特点

  海洋平台所处海域越来越深,海洋平台越来越大,结构越来越复杂,投资也越来越高。为经济地开发油气,给工作及生活提供安全保障,对平台进行腐蚀控制势在必行。阴极保护是防止钢结构被海水腐蚀的一种重要方法,可以有效地增长海洋平台的寿命。阴极保护工程对海洋平台的保护效果,已为许多实践所证明。考虑到水下防腐层的耐久性和维修涂层的难度,以及通过经济上的对比,现在建造的海上平台,全浸区的结构绝大多数都不采用防腐层保护,钢桩也不用防腐层,而仅依靠阴极保护来防止腐蚀破坏。阴极保护不但能抑制钢材的普遍腐蚀,而且如果电位控制得当,可以使钢材的疲劳值趋近于空气中。对于像节点这样的高应力部位和焊接热影响区,阴极保护能够防止可能促成疲劳裂纹的点蚀。当金属最初浸入海水这种电解质中时,由于金属表面成分不均一或其他方面差异而在金属表面上产生许多局部的阳极区和阴极区,形成了腐蚀电池,阳极不断溶解而使金属遭到腐蚀。施加阴极保护,即在腐蚀电池上接t辅助阳极,这样使原金属表面全部作为阴极,只要施加的电流足够大,原金属表面(不论阳极区还是阴极区)就不再溶解,因而得到保护,这就是阴极保护的原理。

  阴极保护分为外加电流系统和牺牲阳极系统两类,海洋平台阴极保护工程,既可采用外加电流系统,也可采用牺牲系统,甚至可以两类联合使用按照材料来分,牺牲阳极可分为三大类:镁阳极、锌阳极和铝阳极。镁阳极的特点是比重小,电位很负,对铁的驱动电压大,但电流效率低,溶解速度快,寿命短。镁阳极广泛用于土壤及淡水环境中金属设施的保护,因为镁的腐蚀产物无毒,因此也用于热水槽及饮水设备的内保护。镁阳极对铁的驱动电压大,所以镁阳极容易破坏其附近的涂层。另外镁阳极与钢铁碰撞会产生火花,并且其溶解时有氢气析出,因此油轮内严禁使用镁阳极。

  锌阳极溶解性能好,电流效率高,保护效果可靠。因其容易制造,价格合理而得到了广泛应用。锌阳极尤其适用于油轮舱内,因为它与钢结构碰撞不产生火花。但使用锌阳极时,要注意环境介质温度,因为当温度超过55℃时,阳极表面覆盖层的结构发生改变,从氢氧化锌改变为氧化锌,后者有电子导电性,因而锌阳极的电位将随温度升高而变得更正一些,甚至比铁的保护电位还要正。在这种情况下,发生极性的转变,即锌或锌合金成为电偶中的阴极,这时不仅不能起到保护钢铁的作用,反而会加快钢铁的腐蚀。

  铝阳极的特点是在海水及含氯离子的介质中,铝阳极性能良好,铝的来源充足,纯度高于99 75%即可作为制造牺牲阳极的原料,密度小,阳极安装方便。

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