阴极保护

   

简述

阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。

定义

阴极保护：为了防止通信线路或设备被腐蚀，而使被保护的设备对地保持负电位的一种防腐蚀措施。

原理

阴极保护的原理是在线缆的金属外皮上人为接入负电位，在一定距离之外的电极上接正电极，确保线缆的金属外皮对地具有负电位。这样就不会出现电流通过线缆的外皮向外流出的现象，这样会起到保护线缆外皮的作用。

设备

阴极保护使用的场合较多，它通常由一个电源变压器和一个桥型整流器组成。阴极保护的电压是可以调节的，使用的电源负荷较大。它把交流220 V电源通过变压器和整流电路变成直流，将负电极接至金属外皮，正电极接地，确保线缆外皮对地保持适当的负电位，这样线缆的金属外皮就不容易受到腐蚀了。

阴极保护设备如果不用交流电，也可以用直流电池供电。但注意阴极设备应安装在线缆外皮平均正电位最高的地点。

阴极保护设备接地的正电极有大量的电流流出，如果采用金属接地体，这会消耗很大；通常采用石墨电极作为接地体。

将阳电极与线缆金属外皮相连并埋在地下，阳电极的电位高于线缆外皮电极的电位，它与电缆外皮构成原电池，由阳电极流向电缆外皮的电流，可以抵消电缆外皮流出的电流，这样阳电极就代替线缆的金属外皮受到腐蚀，“李代桃僵”通过牺牲阳电极的方式保护了电缆，大家应该知道，阳电极为何也称为“牺牲电极”了吧。

工作原理

金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时，电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa减小，反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为阴极保护效应。利用阴极保护效应减轻金属设备腐蚀的防护方法叫做阴极保护 。

由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应(失电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。

两种阴极保护法：外加电流阴极保护和牺牲阳极保护。

1、牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的相同的电位下。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型（电流一般小于1安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100欧姆.米）的金属结构。如，城市管网、小型储罐等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，认为牺牲阳极的使用寿命一般不会超过3年，最多5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳，限制了阳极的电流输出。产生该问题的主要原因是阳极成份达不到规范要求，其次是阳极所处位置土壤电阻率太高。因此，设计牺牲阳极阴极保护系统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。

2、外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极，是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，使被保护金属结构电位低于周围环境。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。

阴保方式

 

检查测试

1.所有强制电流电源每两月检查一次，间隔长一些或短一些也可能是合适的。运行正常的判据是：电流输出、正常的功耗、表示正常运行的信号或官道上令人满意的阴极保护水平。

2.作为预防性维护计划的一部分，为最大限度地减少使用中的损坏，所有强制电流保护设施应每年检查一次。检查内容包括电气故障、安全接地的连接点、仪表的精度、效率及回路电阻。

3.反向电流开关、二极管、干扰跨接和其他保护装置等，如果失效可能危及构筑物的保护，其正常的功能检查应每两个月一次。

4.应定期检查并评价绝缘接头、电连续性跨接及套管绝缘的有效性，可通过电测量完成。

具备条件

在采用阴极保护时，应具备以下条件：

1.被保护构筑物必须是可导电的金属件，且具有足够低的纵向导电率；

2.与低欧姆的接地装置不得有金属导电性连接；

3.容器和管道均应具有足够电阻率的防腐层。

注：随着防腐层电阻的增大，保护电流密度相应地降低，越加有利于电流均匀分布，扩大保护范围。当保护电流密度增大时对外部装置的干扰影响也增加。

若管道建在或运行在高压电装置附近，就必须遵循Akf第三号推荐标准。若考虑到防爆和放接触电压，需要与接地的外部设备进行电连接或者这类连接决不可被取消，这是应按照Afk第九号标准推荐采用局部阴极保护技术。

技术简介

阴极保护技术有两种：牺牲阳极阴极保护和强制电流（外加电流）阴极保护。

1）牺牲阳极阴极保护技术

牺牲阳极阴极保护技术是用一种电位比所要保护的金属还要负的金属或合金与被保护的阴极保护材料金属电性连接在一起，依靠电位比较负的金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护其它金属。优点：A:一次投资费用偏低，且在运行过程中基本上不需要支付维护费用B:保护电流的利用率较高，不会产生过保护C:对邻近的地下金属设施无干扰影响，适用于厂区和无电源的长输管道，以及小 规模的分散管道保护D:具有接地和保护兼顾的作用E:施工技术简单，平时不需要特殊专业维护管理。缺点：A:驱动电位低，保护电流调节范围窄，保护范围小B:使用范围受土壤电阻率的限制，即土壤电阻率大于50Ω.m时，一般不宜选 用牺牲阳极保护法C:在存在强烈杂散电流干扰区，尤其受交流干扰时，阳极性能有可能发生逆转D:有效阴极保护年限受牺牲阳极寿命的限制，需要定期更换

2）强制电流阴极保护技术

强制电流阴极保护技术是在回路中串入一个直流电源，借助辅助阳极，将直流电通向被保护的金属，进而使被保护金属变成阴极，实施保护。优点：A:驱动电压高，能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保护电流 输出量，适用于保护范围较大的场合B:在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用C:选用不溶性或微溶性辅助阳极时，可进行长期的阴极保护D:每个辅助阳极床的保护范围大，当管道防腐层质量良好时， 一个阴极保护站的保护范围可达数十公里E:对裸露或防腐层质量较差的管道也能达到完全的阴极保护 缺点：A:一次性投资费用偏高，而且运行过程中需要支付电费B:阴极保护系统运行过程中，需要严格的专业维护管理C:离不开外部电源，需常年外供电D：对邻近的地下金属构筑物可能会产生干扰作用