阴极保护

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阴极保护原理

海上钻井平台阴极保护

1。防腐的基本原理

  根据金属电化学腐蚀原理,将活泼的金属 AI、Zn 等合金固定于钢质结构物上,两者以海水为介质,构成了一对阴、阳极,依据金属电化学原理将腐蚀掉AI、Zn 合金金属,达到保护钢质结构物的目的。

  作为牺牲阳极要有一定的负电位,而作为被保护对象钢铁的最低保护电位为- 0。 85V ,是一较稳定的数值。那么,阳极与被保护金属的最低保护电位差减去阳极的驱动电位则成了主要参数,其驱动电位数值越大,发生电流也越大,保护面积也就愈多,防腐效果也越明显。

  设计选用阳极的类型应依据条件而定,阳极电容量的大小是一个重要的技术指标。消耗单位重量的阳极产生的电量大就可以达到使用寿命长的目的,起到经济性好的保护效果。另外,阳极的电流效率高、自腐蚀小,又是设计时必需考虑的一个经济指标。 一般的电流效率高达95 %~98 % ,的电流效率高达80 %~85 % ,应用上依据环境条件选用。国内外多年的使用证明,铝阳极适用于保护船舶和海洋结构物,而锌阳极则主要用于保护舰船、海管等结构物。  

  鉴于海洋平台所处的介质环境及其必需长寿命牺牲阳极的特点,铝阳极成为保护海洋平台钢结构的首选。 目前国内应用最为广泛的铝阳极为At-Zn-In系列, 在铝中同时加入锌和锢, 可使合金有良好的电化学性能, 因为它们对铝的活化产生有利的影响。 其中A I -Zn-In-C d 合金阳极因其在海水中极化率小,电位稳定,电流效率可达85% ,表面溶解均匀,腐蚀产物可自行脱落等优点而广泛地应用于海水中; 在海底淤泥、热盐水及电阻率较高的淡盐水中,常使用 AI-Zn-In-Si 合金阳极,如它可用来保护海湾及河口的钢结构及换热器等。

  随着海洋石油业的蓬勃发展,海洋平台逐步走向深水海域。深海与浅海的环境条件有所差异,因此在阴极保护设计上也应有所不同。调查结果显示,影响深水阴极保护设计的环境因素有海水的氧溶解度、温度、盐度、PH值、海水流速等,其中温度与PH 值的影响最为显著,原因是这两种因素影响到钙沉淀物的沉积。在深水中,钙产物膜不够稳定,因此阴极保护设计电位要高一些,以使结构充分极化。

2。

平台阴极保护所需的牺牲阳极总质量 ,应不小于按下式计算所得的值: w=8760Irj/Q  (kg),式中I为总的保护电流(A);r为保护年限(年); Q 为实际电流容量(Ah/kg);j为安全系数取1.1~ 1.2。 平台阴极保护所需的牺牲阳极数量N ,应不小于下式计算所得的值:N=I/q (块)

式中 I为总的保护电流(A);q为每块阳极的发生电流(A/块)。

  阳极的布置一般是根据平台各部位的实际需求量均匀布置在结构物上。阳极与平台之间要有可靠的导电连接,规定安装距离,在总体上做到均衡布置,以便达到所要求的保护电位;阳极、阳极铁心和其支架应具有足够的连接强度,以承受波浪、潮流、打桩就位时的施工载荷,阳极体表面严禁沾染油污、涂装油漆。

  海洋平台刚下水时,阴极保护处于初期极化阶段。该阶段需要牺牲阳极提供很大的电流,尤其是在深海或冷海水环境中,所需初期极化电流更大,而进入平稳期后,所需要的维持电流会大大降低。一般而言,初期极化所需电流是维持电流的3-5 倍。鉴于阴极保护的这种动态过程,建议对牺牲阳极设计进行如下优化: 方法一,考虑使用双金属复合型牺牲阳极,如镁铝复合阳极,即牺牲阳极的主体部分由镁和铝两种金属组成,内部为铝,在铝金属外部复合一层镁金属,利用镁的高驱动电位来尽快完成初期极化;方法二,采用大小两种形式牺牲阳极,初期利用小阳极的大的表面积来促进初期极化的尽快完成。

 

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