管道牺牲阳极法阴极保护专用方案

长输管道牺牲阳极法

阴极保护方案

项目名称：

建设单位：

施工单位：

编制日期：2010年10月4日

目录

一、概述2

（一）原理2

（二）牺牲阳极法阴极保护的优点2

（三）牺牲阳极材料2

（四）阳极安装方式6

（五）测试系统7

（六）应用标准和规范7

（七）主要测试设备和工具8

二、该项目管道牺牲阳极保护法的设计8

三、施工方法8

1、牺牲阳极法阴极保护施工安装程序简述如下:8

2、牺牲阳极法的施工:9

一、概述

（一）原理

将被保护的金属结构连接一种比其电位更负的金属或合金，该金属或合金为阳极，依靠它的优先溶解所释放出的电流使金属结构阴极极化到所需的电位而实现保护，这种方法称为牺牲阳极法阴极保护。（二）牺牲阳极法阴极保护的优点

1、不需要外部电源；

2、对邻近金属构筑物无干扰或很小；

3、电流输出虽不能控制，但有自动调节倾向，且覆盖层不易损坏。

4、调试后，可不需日常管理；

5、保护电流分布均匀，利用率高。

（三）牺牲阳极材料

1、作为牺牲阳极材料，必须满足以下条件:

1.1有足够负且稳定的电位，不仅要有足够负的开路电位，而且要有足够的闭路电位（或称工作电位，即在电解质介质中与金属结构连接时牺牲阳极的电位）。

1.2腐蚀率小，且腐蚀均匀，要具有高而稳定的电流效率。牺牲阳极的电流效率是指实际电容量与理论电容量的百分比，以%表示。

1.3电化学当量高，即单位重量产生的电流量大。

1.4工作中阳极的极化率要小，溶解均匀，产物易脱落。

1.5腐蚀产物不污染环境、无公害。

1.6材料来源广泛，加工容易并价格低廉。

2、镁

2.1镁阳极的特点是比重小、电位很负、对铁的驱动加压很大，且单位发生的电量大。

2.2镁作为牺牲阳极，有较快的溶解速度，镁在电解质中溶液中的腐蚀行为是由本身很负的电位和表面上保护膜的性质所决定。

2.3镁的标准电极电位为-2.37V(SHE);非平衡电极电位则随腐蚀

性介质的性质而变，例如：镁在海水中的电位为-1.5V(SCE)，镁在土壤之中的电位为 1.5V至-1.6(SCE)，镁在碱溶液中的电位约为-0.84V(SCE)。镁的电极电位与介质的PH值有密切关系,PH值在酸性范围内，电位较负，因为生成的腐蚀产物氢氧化镁在碱性介质中是难溶的。

正因为镁在酸性及中性介质中的电位较负和保护膜的不稳定性，所以镁在酸性和中性介质中的腐蚀速度较大。而在碱性介质中，镁的表面保护膜稳定，电位较正，腐蚀速度则因此而降低。

镁作为牺牲阳极使用时，与电位较正的金属相接触，这时，镁产生阳极化，会引起负的差异效应，即在阳极极化的影响下，金属的自溶大为增强。与其他牺牲阳极相比，镁的自溶倾向最大，这是镁阳极的电流效北较低的原因之一。

杂质及合金元素对镁的腐蚀速度有很大的影响，镁合金通常比镁的腐蚀速度大。镁阳极中的杂质主要成分是铁、镍、铜、钴，其中特别是铁的含量，由于这些金属有较正的电位，引起额外的腐蚀（寄生腐蚀）而使镁的阳极效率降低。添加锰可以抑制铁的影响，因为锰可以使铁在熔铸过程中沉淀出来，留在合金中的铁元素会被锰包围起来，使铁不能产生阴极性杂质的有害作用。对镁阳极影响较小的元素有：镉、锰、钠、硅、锌、铝、铅、钙和银等。

用纯镁作为牺牲阳极材料，对杂质的含量应有一定的限制，通常应是高纯镁（含镁大于99.95%），杂质铁的含量应控制在<0.002%以下。它的电位很负，机械加工性能好。镁适用于电阻率较高的土壤和淡水中。

镁在海水中应用时易造成过保护，或发生氢脆，故而很少用于海水中。镁在碰撞时易产生火花，因而，一般不能用于有防爆要求的场

合。

2、阳极种类的选择

通常根据土壤电阻率选择牺牲阳极的种类，根据保护电流的大小和使用寿命，选取阳极的规格和数量。在土壤中牺牲阳极选择的原则见表5-14。

表5-14土壤中牺牲阳极种类的应用选择

注：（1）在土壤潮湿情况下，锌阳极范围可扩大到30Ω.m；

（2）表中电位均相对于Cu/饱和CuSO4参比电极。

在土壤中使用牺牲阳极的形状多为棒形，其横截面有梯形和D形。在高电阻率的土壤中或某些特定场合，如套管内管道的保护等则用带状牺牲阳极。

3、工艺计算

3.1单支阳极接地电阻按下列公式计算：

（5-1）

（5-2）

式中：RH－水平式有填料阳极接地电阻（Ω）；

Rv－立式有填料阳极接地电阻（Ω）；

P－土壤电阻率（Ω.m）；

p

a

－填料电阻率（Ω.m）；

L－阳极长度（m）；

La－阳极填料柱长度（m）；

d－阳极等效直径，，C为边长（m）；

D－填料柱直径（m）；

t－阳极中心至地面的距离（m）。

3.2组合阳极接地电阻的计算

土壤电阻率Ω.m 可选阳极种类

＞100

60～100

40～60

＜40

＜15

＜5（含Cl-）

带状镁阳极

镁（-1.7V）

镁

镁（-1.5V）

镁（-1.5V，锌）

锌或Al-Zn-In-Si

（5－3）

－阳极组总接地电阻（Ω）；

式中：R

总

N－阳极数量（支）；

K－修正系数，查图5－2。

图5-2 修正系数K

3.3阳极输出电流的计算

（5-4）式中：Ia－阳极输出电流（A）；

Ec－阴极开路电位（V）；

Ea－阳极开路电位（V）；

ec－阴极极化电位（V）；

ea－阳极极化电位（V）；

Ra－阳极接地电阻（Ω）；

Rc－阴极过渡电阻（Ω）；

RN－回路导线电阻（Ω）；

△E－阳极有效电位差（V）；

R－回路总电阻（R）。

3.4所需阳极数量按下式计算

（5－5）