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外加电流阴极保护系统介绍

当电路接通后,电源便输给金属设备以阴极电流,金属设备的电位就向负的方向移动。当电位降至腐蚀电池的阳极起始电位时,金属设备腐蚀就停止或腐蚀轻微,这就是外加电流阴极保护的基本原理。

若用极化图来说明,则外加电流阴极保护的原理。金属在未进行阴极保护时,金属的阳极极化曲线

和阴极极化曲线

相交于S 点。这时金属的腐蚀电流叫自然腐蚀电流(或稳定电流),即图中的I 自然。相应金属的总电位E x 叫自然腐蚀电位(或复合电位)。当进行阴极保护时,由于向金属施加了阴极电流,使金属的总电位向负的方向移动,从而导致比原来的自然腐蚀电流I 自然小,所以金属的腐蚀速度相应降低。当外加电流再大时,金属的电位继续向更负的方向移动,如达到金属的阳极起始电位

时,阳极腐蚀电流等于零,腐蚀停止。这时的外加阴极电流相当于

,称其为最小保护电流I保护。 上述说明仅是外加电流阴极保护的基本原理,实际的极化曲线因条件不同,情况要复杂一些。

图4-6  外加电流阴极保护示意图

(箭头表示保护电流方向)1—直流电源;2—阳极;3—被保护设备;4—导线;5—腐蚀介质

图4-7  外加电流阴极极化曲线图

外加电流阴极保护系统包括辅助阳极、阳极屏、参比电极和直流电源4个部分。

1)辅助阳极

在外加电流阴极保护系统中,与直流电源正极相连的外加电极称为辅助阳极,其作用是使电流从阳极经过介质到达被保护结构。通电时,阳极开始溶解。辅助阳极须有以下性能:

(1)导电性能良好。

(2)排流量大。

(3)耐腐蚀,消耗量小,使用寿命长。

(4)具有一定的机械强度,耐磨,耐冲击振动。

(5)容易加工,便于安装。

辅助阳极材料的种类很多,按其溶解性能可分为三类:可溶性阳极材料、微溶性阳极材料和不溶性阳极材料。可溶性阳极材料有钢和铝;微溶性阳极材料有硅铸铁、石墨、铝合金、磁性氧化铁等;不溶性阳极材料有铂、镀铂钛、镀铂钽、铂合金等。

2)阳极屏

在外加电流阴极保护系统工作时,阳极电流较大,在阳极周围的被保护结构的电位则往往很负,以致析出氢气,溶液的碱性增大,并使附近的涂层损坏,降低了保护效果。为防止电流短路,扩大电流分布范围,确保阴极保护效果,此时就应在阳极周围涂装屏蔽层,即阳极屏。

(1)阳极屏须有如下性能:

①有较高的粘附力和一定的韧性,以防止海水冲击而损坏。

②耐海水、Cl- 和OH- 的侵蚀。

③介电性高。

④使用寿命长。

⑤工艺性能好,施工简单,原料易得。

(2)目前使用的阳极屏材料有如下三类:

①涂层。环氧沥青和聚酰胺系涂料、氯丁橡胶和玻璃钢涂料等。使用时可将涂料直接涂在被保护结构的表面上。

②薄板。常用聚氯乙烯、聚乙烯等薄板。使用时用螺钉将薄板固定在被保护结构上,用密封胶将安装孔密封。

③覆盖绝缘层的金属板。先在金属薄板上涂覆绝缘涂层,固化后再将板焊接在被保护结构上。

(3)阳极屏的形状一般取决于阳极的形状。阳极屏的尺寸与阳极最大电流量及所用涂料种类有关,通常以确保阳极屏边缘被保护结构的电位不超过析氢电位为原则。

3)参比电极

在外加电流阴极保护系统中,参比电极的作用是测量被保护金属结构的电位和向恒电位仪提供信号,以便调节保护电流的大小,使被保护金属处于保护电位范围之内。参比电极须具有下列性能:

(1)在长期使用中电位稳定。

(2)重现性好。

(3)不易极化。

(4)使用寿命长。

(5)一定的机械强度。

参比电极一般使用铜一硫酸铜电极、银-氯化银电极、锌电极及甘汞电极等。

4)供电电源

供电电源有恒电位仪、整流器、直流发电机、太阳能电池等。


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