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海洋平台的阴极保护系统
2019-01-07 12:29:29 作者:本网整理 来源:船舶与海工装备专业

    海洋平台飞溅区以上使用涂料涂装保护,是非常有效的保护方法。但对飞溅区以下,特别是全浸区的保护,涂装就不那么安全可靠,如漆膜破损就会引起局部严重腐蚀和腐蚀疲劳。因此全浸区一般均不单独使用涂料涂层保护,实践证明,涂装加阴极电化学保护,才是完善的保护方法。


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    一、阴极保护原理与类型


    根据金属电化学保护原理,金属在电解质溶液中,由于表面存在着电化学不均匀性,就会在金属表面形成无数微电池,其阳极部分不断遭到腐蚀,阴极部分得到保护。若对金属通以直流电流,使其成为阴极,并供给大量电子使其阴极极化,当金属极化电位负到金属表面阳极的起始电位时,则腐蚀即可停止,金属也得到了完全的保护,这种方法称为阴极保护。海水是强电解质,平台在海水中的腐蚀是电化学腐蚀,只要向平台钢结构供给直流电流,使之极化成为阴极,即可得到保护。


    依据提供给受保护金属电流的方法,可把阴极保护分为外加电流阴极保护和牺牲阳极保护两类。


    1.外加电流阴极保护系统


    该系统是由外加直流电源供给直流电,直流电的负极与被保护的结构连接,正极与辅助阳极连接,并同处于海水中。当接通电路后,便向结构施加阴极电流,结构表面的电位就向负的方向移动,即阴极极化。当其电位降低到阳极起始电位时,结构就停止腐蚀而受到了保护。


    外加电流阴极保护系统是由直流电源、辅助阳极、电解质溶液(海水)、阴极(受保护结构)、参比电极以及控制仪表等构成。辅助阳极是向被保护结构供应电流的器件,可做辅助阳极的材料很多,主要有铝银合金、铝铂合金、镀铂钛、镀铂铌、石墨及废钢等。在这些材料中以铂为最佳,因为它是贵金属,所以将铂镀在金属铌、钛、钽等基体上使用。它输出的电流密度高(可达1000A/m2),消耗率低(仅为0.01克/年)。


    2.牺牲阳极阴极保护系统


    该系统是将电位较负的金属(如锌、铝合金等)作为阳极,与被保护的金属结构相连接,当浸入电解质溶液时,由于它们的电位差,电位较负的金属为阳极。阳极以离子状态溶解,靠阳极材料溶解而产生的直流电,使受保护的结构被极化为阴极而免遭腐蚀。


    牺牲阳极保护系统是由牺牲阳极、阴极(被保护的结构)和电解液(海水)构成。阳极材料有镁合金、锌及锌合金、铝合金等,这些金属可制成各种形状和尺寸,并以高效率的电流分布,给结构提供充足的保护电流。


    3.两种阴极保护系统的比较


    外加电流阴极保护系统的优点是:


    (1)电流电压可调性好,可随外界条件变化实现自动控制;


    (2)输出功率大,可满足金属结构需要大功率保护的要求;


    (3)根据保护工作的需要,可随时进行工作或停止工作;


    (4)辅助阳极保护半径大,所需阳极数量少;


    (5)重量较轻。


    缺点是:


    (1)保护系统初投资大,安装较复杂;


    (2)日常维护管理费用也较大;


    (3)阳极电缆和支架要严格绝缘;


    (4)设备一旦发生故障,保护系统即停止工作;


    (5)易于引起杂散电流。


    牺牲阳极保护系统的优点是:


    (1)保护系统不需外加电源,结构简单,安装方便;


    (2)不需要特殊照管;


    (3)不易产生杂散电流。


    缺点是:


    (1)功率小;


    (2)阳极有效作用半径小;


    (3)所得到的电能成本高;


    (4)电流输出量受工作表面积大小的限制;


    (5)导线电阻和介质电阻对电流输出量影响大;


    (6)牺牲阳极的体积和质量均较大。


    综上分析,一般小型平台,采用牺牲阳极保护比较经济;而大型导管架平台,采用外加电流阴极保护比较好。近年来研究表明,采用两种方法联合保护,会取得良好效果,特别是在结构复杂、管节点处受遮蔽地方得不到充分保护时,在外加电流系统中加装牺牲阳极是个好办法。

 

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