外加电流阴极保护

强制电流阴极保护

外加电流阴极保护，又称为强制电流阴极保护。外加电流阴极保护是通过外部电源来改变周围环境的电位，使得需要保护的设备的电位一直处在低于周围环境的状态下，从而成为整个环境中的阴极，这样需要保护的设备就不会因为失去电子而发生腐蚀了。这种强制外加电流的阴极保护系统是由整流电源、阳极地床、参比电极、连接电缆组成的，主要用在大型设备的阴极保护或者土壤电阻率比较高的环境中的设备的阴极保护，比如长距离输油输气等埋在地下的工业管道还有大型的储备石油等工业原料的储罐群都是使用这种外加电流的阴极保护方式。

定义

外加电流阴极保护系统的优点：适合比较大型设备结构的保护，各种大型储罐的阴极保护。

外加电流阴极保护系统的缺点：检测与维护的费用非常高；需要持续不断的外部电源供给；可能会导致过保护引发管道氢脆。

原理

一、铁生锈的过程可分为两类：

1、化学腐蚀，高温下铁直接和氧气反应，得到氧化铁。（不太普遍）

2、电化学腐蚀（普遍），分两种：析氢腐蚀，铁在酸性较强的潮湿环境中发生的腐蚀。

二、吸氧腐蚀，自然界中最为普遍。

条件：不纯的铁，空气，潮湿的环境。

道理是：在潮湿的环境中，不纯的铁（含碳）形成了铁---氧气--水无数个微小的原电池。

铁：负极：Fe-2e-=Fe2+

碳：正极：2H2O+O2+4e-=4OH-

Fe2++2OH-=Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

2Fe(OH)3+空气中失水=【Fe2O3·nH2O】（铁锈）+(3-n)H2O

由以上式可知：铁失电子后与氧、水形成铁锈而溶解在水中，这样钢结构就会一点一点的腐蚀掉。

既然上式中正极要得电子形成氢氧根，那么我们就通过外加电流提供给保护的钢结构（负极）电子，这样钢结构中的铁就不会失电子而被腐蚀了。

外加电流保护钢结构的原理就要先明白钢结构在海水（土壤）中受腐蚀的原理：

阴极保护系统

组成

该阴极保护系统由整流电源、阳极地床、参比电极、连接电缆组成（阳极地床：有多支阳极组成的阴极保护接地电极成为地床）。

阳极地床选址

在选择阳极地床场址时，不仅要考虑方便的电源盒较低的土壤电阻率，而且要考虑与外部管道的距离。要得到较低的阳极电压的方法很多，可以采用若干个阴极保护站，每个阴极保护站由较低的电流输出；可以加长阳极地床来降低接地电阻；可以强行降低所需的阳极电压或采用深井阳极。有20m厚的覆土层的深井阳极特别适用于都市中管道的阴极保护，因为都市中的管道与外部装置的距离较小。

优缺点

优点：

1、需要较大的电流场合，特别是裸露的或涂层较差的结构物的防护；

2、所有导电的电解质溶液内；

3、用于水箱里的大型热交换器、油加热处理器和其他容器保护

4、储水罐的内壁

5、地面上储存罐的外底

6、地下储罐

7、地下或水中的基桩和打板桩

缺点：

1、与牺牲阳极相比，需要更高的检测和维护费用；

2、需要外部电源，持续的电源供给费用；

3、具有引发杂散电流干扰的高风险。可导致过保护，引发防腐层的破坏及管材氢脆。

阳极材料

要求

外加电流阴极保护是防止地下金属结构如管道、储罐等腐蚀的有效方法。辅助阳极是外加电流系统中的重要组成部分，起作用是将保护电流经过介质传递到保护结构物表面上。地下结构物外加电流阴极保护用阳极通常并不直接埋在土壤中，而是在阳极周围填充碳质回填料而构成阳极地床。碳质回填料通常包括冶金焦炭、和石墨颗粒等。回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻，延长阳极寿命。

针对阳极的工作环境，结合实际工程的要求，理想的埋地用辅助阳极应当具备如下性能：

a、良好的导电性能，工作电流密度大，极化小；

b、在苛刻的环境中，有良好的化学和电化学稳定性，消耗率低，寿命长；

c、机械性能好，不易损坏，便于加工制造，运输和安装；

d、综合保护费用低。

废钢阳极

钢铁阳极是指角钢、扁钢、槽钢、钢管制作的阳极或其他用作阳极的废弃钢铁构筑物，阳极的消耗率8kg/（A.yr）~10kg/(A.yr)。废钢铁是早期外加电流阴极保护常用阳极材料，其来源广泛，价格低廉。由于是溶解性阳极，表面很少析出气体，因而地床中不存在气阻问题。其缺点是消耗速率大，使用寿命短，多用于临时性保护或高电阻率土壤中。

柔性阳极

另一种新型柔性阳极，即混合金属氧化物柔性阳极，用钛丝替代了到点聚合物，该阳极是将钛丝阳极每隔10米与电缆连接一次，并放置在填料带中，具有更好的机械强度，局部大电流输出，也不会造成阳极的损坏，电流分布更为均匀，克服了聚合物柔性阳极的缺点。

网状阳极

网状阳极是混合金属氧化物带状阳极与钛金属连接片垂直铺设、交叉点焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。将该阳极网予埋在储罐基础中，为储罐地板提供保护电流。网状阳极的优点电流分布均匀。输出可调，保证储罐充分能保护。产生的杂散电流很少，不会对其他结构造成腐蚀干扰。不需要回填料，安装简单。由于大量工作已经在工厂内完成，质量容易保证。储罐与管道之间不需要绝缘，不需对电气以及防雷接地系统做任何改造。不已受今后工程施工的损坏，使用寿命长。

混合物阳极

该阳极是将钛丝每隔10米与电缆连接一次，并放置在填料袋中，具有更好的机械强度，局部大电流输出，也不会造成阳极的损坏，电流分布更为均匀，克服了聚合物柔性阳极的缺点。

聚合物阳极

聚合物柔性阳极是在铜芯上包覆导电聚合物（聚合物中添加碳粉）而构成的连续性阳极，也称柔性阳极或缆行阳极。铜芯起导电的作用，而导电聚合物则参与电化学反应。由于铜芯具有优良的电导性，因此可以在数千米长的阳极上设一通电点，聚合物阳极在土壤中使用时，需在其周围填充焦炭粉末而构成阳极地床，其在地床最大允许工作电流为82mA/m，尽管与其他阳极相比，其工作电流密度很低，但由于可靠近被保护结构物铺设连续地床，因此可提供均匀的、有效的保护。

高硅铸铁阳极

高硅铸铁是阳极具有良好的导电性能，高硅铸铁阳极的允许电流密度5~80A/m2，消耗率小于0.5kg/A.Yr。除用于焦炭地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接埋地在低电阻率土壤中。

所用电源

电源类型

整流器、恒电位仪、太阳能电池、发电机、风力发电机、热点电池。在交流电源可以达到的地方，和其他外加电流电源相比，整流器无疑具有明显的经济性和操作优越性。

技术要求

对于阴极保护电源，基本的要求是具有恒电位输出、恒电压输出、恒电流输出功能。阴极保护电源还要求具有同步通断功能、数据远传、远控功能。

处于安全方面的考虑，恒电位仪输出电压一般限定在50v，如果必须提高输出电压，应对阳极地床位置进行安全防护，如用围栏围护或安装导电网、安全垫层等。

施工

外加电流阴极保护系统的施工应按照设计施工图、仪器设备使用说明书或安装规格书的要求执行，并应满足本规范的相关规定。

外加电流保护的施工安装规定

1.阴极保护整流器或其他电源的安装方式应使其损坏或认为破坏的可能性最小。