外加電流陰極保護

外加電流陰極保護，又稱為強制電流陰極保護。外加電流陰極保護是通過外部電源來改變周圍環境的電位，使得需要保護的設備的電位一直處在低於周圍環境的狀態下，從而成為整個環境中的陰極，這樣需要保護的設備就不會因為失去電子而發生腐蝕了。這種強制外加電流的陰極保護系統是由整流電源、陽極地床、參比電極、連線電纜組成的，主要用在大型設備的陰極保護或者土壤電阻率比較高的環境中的設備的陰極保護，比如長距離輸油輸氣等埋在地下的工業管道還有大型的儲備石油等工業原料的儲罐群都是使用這種外加電流的陰極保護方式。

基本介紹

• 中文名：外加電流陰極保護
• 又稱為：強制電流陰極保護
• 優點：適合比較大型設備結構的保護
• 缺點：檢測與維護的費用非常高

定義

外加電流陰極保護系統的優點：適合比較大型設備結構的保護，各種大型儲罐的陰極保護。

外加電流陰極保護系統的缺點：檢測與維護的費用非常高；需要持續不斷的外部電源供給；可能會導致過保護引發管道氫脆。

原理

一、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，鐵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：鐵失電子後與氧、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，那么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失電子而被腐蝕了。

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：

陰極保護系統

組成

該陰極保護系統由整流電源、陽極地床、參比電極、連線電纜組成（陽極地床：有多支陽極組成的陰極保護接地電極成為地床）。

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。

優缺點

優點：

1、需要較大的電流場合，特別是裸露的或塗層較差的結構物的防護；

2、所有導電的電解質溶液內；

3、用於水箱裡的大型熱交換器、油加熱處理器和其他容器保護

4、儲水罐的內壁

5、地面上儲存罐的外底

6、地下儲罐

7、地下或水中的基樁和打板樁

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。

陽極材料

要求

外加電流陰極保護是防止地下金屬結構如管道、儲罐等腐蝕的有效方法。輔助陽極是外加電流系統中的重要組成部分，起作用是將保護電流經過介質傳遞到保護結構物表面上。地下結構物外加電流陰極保護用陽極通常並不直接埋在土壤中，而是在陽極周圍填充碳質回填料而構成陽極地床。碳質回填料通常包括冶金焦炭、和石墨顆粒等。回填料的作用是降低陽極地床的接地電阻，延長陽極壽命。

針對陽極的工作環境，結合實際工程的要求，理想的埋地用輔助陽極應當具備如下性能：

a、良好的導電性能，工作電流密度大，極化小；

b、在苛刻的環境中，有良好的化學和電化學穩定性，消耗率低，壽命長；

c、機械性能好，不易損壞，便於加工製造，運輸和安裝；

d、綜合保護費用低。

廢鋼陽極

鋼鐵陽極是指角鋼、扁鋼、槽鋼、鋼管制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。

柔性陽極

另一種新型柔性陽極，即混合金屬氧化物柔性陽極，用鈦絲替代了到點聚合物，該陽極是將鈦絲陽極每隔10米與電纜連線一次，並放置在填料帶中，具有更好的機械強度，局部大電流輸出，也不會造成陽極的損壞 ，電流分布更為均勻，克服了聚合物柔性陽極的缺點。

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線片垂直鋪設、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布均勻。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。

混合物陽極

該陽極是將鈦絲每隔10米與電纜連線一次，並放置在填料袋中，具有更好的機械強度，局部大電流輸出，也不會造成陽極的損壞，電流分布更為均勻，克服了聚合物柔性陽極的缺點。

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。

高矽鑄鐵陽極

高矽鑄鐵是陽極具有良好的導電性能，高矽鑄鐵陽極的允許電流密度5~80A/m2，消耗率小於0.5kg/A.Yr。除用於焦炭地床中以外，高矽鑄鐵陽極有時也可直接埋地在低電阻率土壤中。

所用電源

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。

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。

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.對個人利益損害儘量少；

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。