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外加電流陰極保護

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1定義

外加電流陰極保護,又稱為強制電流陰極保護。

2原理

要想明白外加電流保護鋼結構的原理就要先明白鋼結構在海水(土壤)中受腐蝕的原理:
外加電流陰極保護
鐵生鏽的過程可分為兩類:
  1、化學腐蝕,高溫下鐵直接和氧氣反應,得到氧化鐵。(不太普遍)
  2、電化學腐蝕(普遍),分兩種:析氫腐蝕,貼在酸性較強的潮濕環境中發生的腐蝕。
  二、吸氧腐蝕,自然界中最為普遍。
  條件:不純的鐵,空氣,潮濕的環境。
  道理是:在潮濕的環境中,不純的鐵(含碳)形成了鐵---氧氣--水無數個微小的原電池。
  鐵:負極:Fe-2e-=Fe2+
  碳:正極:2H2O+O2+4e-=4OH-
  Fe2++2OH-=Fe(OH)2
  4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
  2Fe(OH)3+空氣中失水=【Fe2O3·nH2O】(鐵鏽)+(3-n)H2O
由以上式可知:鐵失電子后與氧、水形成鐵鏽而溶解在水中,這樣鋼結構就會一點一點的腐蝕掉。
既然上式中正極要得電子形成氫氧根,那麼我們就通過外加電流提供給保護的鋼結構(負極)電子,這樣鋼結構中的鐵就不會是電子而被腐蝕了。

3陰極保護系統

陽極地床選址
在選擇陽極地床場址時,不僅要考慮方便的電源盒較低的土壤電阻率,而且要考慮與外部管道的距離。要得到較低的陽極電壓的方法很多,可以採用若干個陰極保護站,每個陰極保護站由較低的電流輸出;可以加長陽極地床來降低接地電阻;可以強行降低所需的陽極電壓或採用深井陽極。有20m厚的覆土層的深井陽極特別適用於都市中管道的陰極保護,因為都市中的管道與外部裝置的距離較小。
外加電流陰極保護系統的優缺點
缺點:
1、與犧牲陽極相比,需要更高的檢測和維護費用;
2、需要外部電源,持續的電源供給費用;
3、具有引發雜散電流干擾的高風險。可導致過保護,引發防腐層的破壞及管材氫脆。

4陽極材料

廢鋼陽極
鋼鐵陽極是指角鋼、扁鋼、槽鋼、鋼管製作的陽極或其他用作陽極的廢棄鋼鐵構築物,陽極的消耗率8kg/(A.yr)~10kg/(A.yr)。廢鋼鐵是早期外加電流陰極保護常用陽極材料,其來源廣泛,價格低廉。由於是溶解性陽極,表面很少析出氣體,因而地床中不存在氣阻問題。其缺點是消耗速率大,使用壽命短,多用於臨時性保護或高電阻率土壤中。
網狀陽極
網狀陽極是混合金屬氧化物帶狀陽極與鈦金屬連接片垂直鋪設、交叉點焊接組成的外加電流陰極保護輔助陽極。將該陽極網予埋在儲罐基礎中,為儲罐地板提供保護電流。網狀陽極的優點電流分佈均勻。輸出可調,保證儲罐充分能保護。產生的雜散電流很少,不會對其他結構造成腐蝕干擾。不需要回填料,安裝簡單。由於大量工作已經在工廠內完成,質量容易保證。儲罐與管道之間不需要絕緣,不需對電氣以及防雷接地系統做任何改造。不已受今後工程施工的損壞,使用壽命長。
外加電流陰極保護
聚合物陽極
聚合物柔性陽極是在銅芯上包覆導電聚合物(聚合物中添加碳粉)而構成的連續性陽極,也稱柔性陽極或纜行陽極。銅芯起導電的作用,而導電聚合物則參與電化學反應。由於銅芯具有優良的電導性,因此可以在數千米長的陽極上設一通電點,聚合物陽極在土壤中使用時,需在其周圍填充焦炭粉末而構成陽極地床,其在地床最大允許工作電流為82mA/m,儘管與其他陽極相比,其工作電流密度很低,但由於可靠近被保護結構物鋪設連續地床,因此可提供均勻的、有效的保護。
外加電流陰極保護
電源類型
整流器、恆電位儀、太陽能電池、發電機、風力發電機、熱點電池。在交流電源可以達到的地方,和其他外加電流電源相比,整流器無疑具有明顯的經濟性和操作優越性。

技術要求

對於陰極保護電源,基本的要求是具有恆電位輸出、恆電壓輸出、恆電流輸出功能。陰極保護電源還要求具有同步通斷功能、數據遠傳、遠控功能。
處於安全方面的考慮,恆電位儀輸出電壓一般限定在50v,如果必須提高輸出電壓,應對陽極地床位置進行安全防護,如用圍欄圍護或安裝導電網、安全墊層等。

5施工

外加電流陰極保護系統的施工應按照設計施工圖、儀器設備使用說明書或安裝規格書的要求執行,並應滿足本規範的相關規定。
外加電流保護的施工安裝規定
1.陰極保護整流器或其他電源的安裝方式應使其損壞或認為破壞的可能性最小。
2.與整流器相連的導線應遵循地方和國家電器規程,與所用的供電電源要求一致。應在交流迴路中提供外部斷路開關。整流器外殼應可靠接地。
3.所有電纜均應仔細檢查,檢測其絕緣缺陷,應小心進行以防損傷電纜的絕緣,電纜絕緣的缺陷必須進行修補。
4.陽極填充料應與技術規格書一致。

6設備位置選擇

外加電流陰極保護設備位置選擇應考慮的因素
1.有無現存的低壓電源;
2.保護電流需要量;
3.適合陽極地床的低電阻率環境;
4.對個人利益損害盡量少;
5.有良好的專門運輸線;
6.其他外部裝置與貴金屬陽極應有足夠的間距,使干擾影響最小。
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