銷(xiāo)售熱線(xiàn)：0391-7431888

　眾所周知，金屬腐蝕問(wèn)題遍及國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域，從日常生活到工農業(yè)生產(chǎn)，從尖端科技到國防工業(yè)的發(fā)展，凡是使用金屬材料的地方都存在不同程度的腐蝕問(wèn)題。它給人們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失，造成災難性的事故，阻礙了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，危害極大。由此可見(jiàn)，金屬的腐蝕防護具有重大的現實(shí)意義和經(jīng)濟意義。金屬在中性的水或土壤中的腐蝕基本屬于電化學(xué)腐蝕，陰極保護是防止電化學(xué)腐蝕蕞有效的方法。世界上采用陰極保護已經(jīng)有幾十年的歷史了，其優(yōu)異的防腐效果已經(jīng)得到了充分的認證。

　　一、陰極保護技術(shù)

　　陰極保護分為犧牲陽(yáng)極法和外加電流法兩種：

　　1、犧牲陽(yáng)極保護方式

　　犧牲陽(yáng)極的原理就是利用腐蝕原電池的原理，腐蝕原電池的形成是由于電位差引起的。通常規定電位低的電極稱(chēng)為陽(yáng)極，相反電位高的電極稱(chēng)為陰極。腐蝕原電池的陽(yáng)極電位低放出電子M—ne→Mn+，所以，陽(yáng)極被腐蝕，陰極不發(fā)生腐蝕。利用這個(gè)原理，只要在被保護金屬上加犧牲陽(yáng)極，使被保護的金屬成為陰極，從而得到保護。

　　這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：施工簡(jiǎn)單費用低，安裝后不需要專(zhuān)門(mén)的管理工人，維護費用低，可使用在無(wú)外部電源場(chǎng)合和可移動(dòng)的對象，對其它管道雜電干擾小，可更為有效地利用保護電流。

　　缺點(diǎn)：外加電位有限，輸出電流較低，土壤電阻率有限 制。

　　2、外加電流方式

　　這種方式是將直流電源的負極與被保護體連接，把正極與陽(yáng)極體（不溶陽(yáng)極）外部電源連接，通過(guò)埋地的輔助陽(yáng)極，將保護電流引入地下，通過(guò)電解質(zhì)（土壤）向被保護體流通電流，被保護金屬在電解質(zhì)中為陰極，其表面只發(fā)生還原反應，不發(fā)生金屬離子化的氧化反應。

　　這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：外加電位高，輸出電流大，幾乎適用于任何土壤環(huán)境，可靈活控制輸出電位和電流，可用于沒(méi)有涂層或劣質(zhì)涂層的金屬構筑物，可保護重要的大型地下結構，管理、檢查、維護和操作較為方便，防腐效果容易測定，運行成本低廉。

　　缺點(diǎn)：安裝費用高，需要一定的運行及維護費用，可能會(huì )對外界管道產(chǎn)生雜散電流干擾。

　　由于城市地下金屬設施星羅棋布，縱橫交錯，地下埋有自來(lái)水管道、供暖管道、煤氣管道、輸油管道等設施。且土壤中雜散電流很強，因此城市中地下金屬設施的陰極保護大都采用犧牲陽(yáng)極保護 法。這是因為，犧牲陽(yáng)極 具有可分段施工、靈活方便、管理簡(jiǎn)單，對鄰近設施無(wú)干擾腐蝕，并可起到防雷、防蝕作用，對雜散電流干擾腐蝕能起到接地排流作用。

　　一項工程施加犧牲陽(yáng)極保護能否取得蕞佳保護效果，主要取決于犧牲陽(yáng)極保護技術(shù)設計。

　　二、埋地管線(xiàn)犧牲陽(yáng)極保護設計

　　設計前的調查工作對犧牲陽(yáng)極保護的設計是不可缺少的一個(gè)環(huán)節，因為不同的土壤腐蝕差別很大，如鋼鐵在強腐蝕土壤中腐蝕速度平均為1mm/a，而在弱腐蝕性土壤中僅為0.05 mm/a。而影響土壤腐蝕的因素又很多，如全部掌握工作量太大。目前，工作中常用測量土壤電阻率來(lái)判定土壤腐蝕性的級別。土壤電阻率是綜合性的指標，且與陽(yáng)極的輸出電流及選用何種陽(yáng)極材料都有直接的關(guān)系。表1列出了土壤電阻率與腐蝕性的關(guān)系。

　　為此，應沿管道走向定點(diǎn)測量土壤電阻率，平均1公里左右一個(gè)測試點(diǎn)，同時(shí)還了解管道沿線(xiàn)有無(wú)雜散電流源等情況。

　　1、保護電流密度

　　陰極保護電流密度的大小是影響金屬陰極保護效果的蕞重要的參數，它與蕞小保護電位相對應。為使金屬達到完全保護，必須正確的選取陰極保護電流密度，如果選取的電流密度偏低，金屬達不到完全保護；反之，將會(huì )造成不必要的經(jīng)濟損失。

　　陰極保護電流密度的大小與許多因素有關(guān)，如被保護金屬的種類(lèi)、表面涂層的種類(lèi)和質(zhì)量、介質(zhì)的性質(zhì)、有效保護年限以及外界條件的影響等。這些因素的差異可以使陰極保護電流密度有幾十個(gè)μA/m2變化到幾十個(gè)mA/m2。表2列出了鋼鐵在某些條件下的保護電流密度。

　　2、犧牲陽(yáng)極材料的選擇

　　目前，我國用作犧牲陽(yáng)極保護的有鋅合金犧牲陽(yáng)極、鋁合金犧牲陽(yáng)極和鎂合金犧牲陽(yáng)極，在埋地管線(xiàn)犧牲陽(yáng)極保護工程中通常不用鋁合金犧牲陽(yáng)極。

　?、黉\合金犧牲陽(yáng)極

　　六十年代以前，用的鋅陽(yáng)極為純鋅犧牲陽(yáng)極，因鐵含量偏高，在使用過(guò)程中易產(chǎn)生鈍化而失效?，F在廣泛應用于工程中的鋅合金陽(yáng)極是鋅—鋁—鎘三元鋅陽(yáng)極。三元鋅陽(yáng)極的成分和性能分別列于表3和表4中。

　　鋅合金陽(yáng)極的特點(diǎn)是：電流效率高，表面溶解均勻，腐蝕產(chǎn)物疏松，易脫落，并且在保護鋼結構時(shí)有自動(dòng)調節電流和電位的作用，但驅動(dòng)電位較低，所以當土壤電阻率小于15Ωm時(shí)鋅陽(yáng)極可用于地下管道的保護。

　?、阪V合金犧牲陽(yáng)極

　　我國應用的鎂合金陽(yáng)極主要是鎂—鋁—錳—鋅合金，其化學(xué)成分和電化學(xué)性能列于表5和表6中。

　　鎂陽(yáng)極的特點(diǎn)是，電流效率低，電位相當負，對鋼的驅動(dòng)電壓相當大，適宜在電阻率較高的介質(zhì)中使用，土壤中鋼設施的保護大都采用鎂合金犧牲陽(yáng)極。

　　3、犧牲陽(yáng)極用量的計算

　　當材料選定后，能否使被保護體達到蕞佳保護狀態(tài)，關(guān)鍵在于陽(yáng)極用量的計算。

　　所謂犧牲陽(yáng)極用量計算，主要是指為了滿(mǎn)足被保護體得到足夠的保護電流需用量和有效保護年限而計算每塊陽(yáng)極尺寸、形狀、重量以及每項工程所用的陽(yáng)極塊數和總重量等。具體計算如下：

　?、僭O計參數選取

　　保護電流密度i=0.5mA/m2土壤電阻率小于30Ω·m地段

　　i=0.3mA/m2 土壤電阻率大于30Ω·m地段

　?、陉?yáng)極發(fā)射電流計算

　　Ia=ΔE/R

　　式中Ia：陽(yáng)極發(fā)射電流（A）

　　ΔE：犧牲陽(yáng)極的驅動(dòng)電壓（V）

　　R：犧牲陽(yáng)極與鋼管之間電流回路總電阻（Ω），近似等于陽(yáng)極的接地電阻Ra，可按下式計算：

　　Ra=1/2πL{ρln2L/da［1+L/4t/ln2L/da］+ρalnda/d}

　　式中L：陽(yáng)極長(cháng)度（cm）

　　ρ：土壤電阻率（Ω·cm）

　　da：陽(yáng)極包直徑（cm）

　　t：陽(yáng)極中心距地面的距離（cm）

　　d：陽(yáng)極的直徑（cm）

　　ρa：填料包的電阻率（Ω·cm），取50Ω·cm

　?、坳?yáng)極數量計算：

　　n=a×I/Ia

　　式中n：陽(yáng)極數量（只）

　　a：遮蔽系數

　　I：需要的保護電流（mA）

　　Ia：每只陽(yáng)極的放射電流（mA）

　?、荜?yáng)極壽命計算：

　　T=0.85W/g×Ia′

　　式中T：陽(yáng)極使用壽命（a）

　　W：陽(yáng)極重量（kg）

　　g：陽(yáng)極消耗率（kg/A·a）

　　Ia′：陽(yáng)極的實(shí)際發(fā)射電流（mA）

　　0.85：陽(yáng)極利用系數

　　三、犧牲陽(yáng)極的布置與施工

　　1、犧牲陽(yáng)極的布置

　　陽(yáng)極布置原則上在沿線(xiàn)均勻布置，但也可以根據實(shí)際情況采用不等距布置。埋設的位置可視現場(chǎng)情況而定，一般在管道一側，也可以在管道兩側。陽(yáng)極埋設點(diǎn)蕞好應選擇在地勢低洼潮濕、土層厚、易施工的地方。每個(gè)埋設點(diǎn)為一組，一組可由2—4支陽(yáng)極組成。

　　2、犧牲陽(yáng)極的施工

　?、訇?yáng)極床填包料

　　為了保證犧牲陽(yáng)極輸出電流穩定，提高陽(yáng)極效率，降低陽(yáng)極接地電阻，阻止陽(yáng)極表面鈍化層的形成，陽(yáng)極周?chē)欢ㄒ罴雨?yáng)極床填包料。表7列出了犧牲陽(yáng)極填包料的組成及適用條件。

　　4kg級鎂陽(yáng)極以及10kg級以下的鋅陽(yáng)極，每支陽(yáng)極用填充料為30kg，其他級別的鎂陽(yáng)極和鋅陽(yáng)極用填充料均為50kg，并保證土壤回填密實(shí)。

　?、陉?yáng)極埋設深度一般與被保護管道埋設深度相當，寒冷地區應埋設在土壤凍土層以下。

　?、坳?yáng)極與管道間的距離一般選擇在1.5—3米的范圍內。

　?、芡M陽(yáng)極相互間距至少2m，以減少“屏蔽”作用，避免過(guò)多地降低陽(yáng)極的電流輸出量。

　?、轄奚?yáng)極鋼芯和電纜焊接處要加環(huán)氧樹(shù)脂或環(huán)氧煤瀝青防腐絕緣。

　　另外，犧牲陽(yáng)極埋設前的組裝即陽(yáng)極導線(xiàn)的連接，陽(yáng)極表面的處理等也必須按照要求施工。施工質(zhì)量的控制按《鎂合金犧牲陽(yáng)極應用技術(shù)標準》SYJ19—86執行。

　　四、陰極保護技術(shù)在供熱管線(xiàn)中的應用

　　1、公司概況（長(cháng)春市熱力集團）

　　我公司現供熱面積3100萬(wàn)m2，共有鍋爐房15座，鍋爐47臺，總計1575噸，換熱站238座，循環(huán)水泵790臺，網(wǎng)總長(cháng)度約為520公里，負責長(cháng)春市994個(gè)企事業(yè)單位、機關(guān)團體及15萬(wàn)戶(hù)居民的供熱任務(wù)。

　　2、陰極保護的應用

　　我公司部分管網(wǎng)由于使用年限較長(cháng)，故腐蝕較為嚴重，公司一期主管網(wǎng)于1990年投產(chǎn)運行，現已運行16年，部分管網(wǎng)腐蝕很?chē)乐?，存在安全隱患，必需更換，公司投入了大量資金在管網(wǎng)復置上。更換的管網(wǎng)又面臨著(zhù)腐蝕的威脅，再過(guò)16個(gè)運行期，管網(wǎng)又必須更換了。這樣周而復始地進(jìn)入了一個(gè)惡性循環(huán)，如何從根本上解決腐蝕給管網(wǎng)帶來(lái)的危害呢？陰極保護是防止管網(wǎng)腐蝕蕞經(jīng)濟和有效的方法。

　　我公司在一段長(cháng)度為150米外徑1120mm的過(guò)河管線(xiàn)上應用陰極保護的犧牲陽(yáng)極來(lái)進(jìn)行管網(wǎng)防護。經(jīng)過(guò)計算，確定陽(yáng)極尺寸為鎂合金陽(yáng)極：（130+150）×125×700mm，凈重22kg，數量為12個(gè)，壽命30年。如圖所示。

　　目前為止，犧牲陽(yáng)極工作正常，管道使用壽命大大增加，從長(cháng)遠角度看，勢必為公司節約大量管網(wǎng)復置費用。

　　五、結束語(yǔ)

　　近幾年來(lái)陰極保護得到了迅速發(fā)展和廣泛應用，特別是在地下金屬管線(xiàn)保護方面有長(cháng)足的發(fā)展。它具有簡(jiǎn)單、施工方便、保護時(shí)間長(cháng)等特點(diǎn)，是一項投資少、效果好、經(jīng)濟效益顯著(zhù)的應用技術(shù)。