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犧牲陽極的效率犧牲陽極的效率根據(jù)犧牲陽極的合金成分和所應(yīng)用的環(huán)境有關(guān)?！ τ跔奚枠O，釋放電流是因?yàn)殛枠O向被保護(hù)結(jié)構(gòu)提供的陰極保護(hù)電流，還有一部分是因?yàn)槠浔砻嫔系木植孔愿g電池。 陽極的消耗與其表面釋放的電流成正比?！ 奚枠O的效率是指用于陰極保護(hù)電流所消耗的金屬與金屬總消耗的比率。鎂陽極效率一般低于50%，而鋅陽極的效率可達(dá)到90%，鋁陽極的效率可達(dá)到85%?！ ∩鲜鋈N犧牲陽極廣泛應(yīng)用于陰極保護(hù)系統(tǒng)中
發(fā)布時(shí)間：2025-05-14
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?犧牲陽極在不同陰極保護(hù)工程中的應(yīng)用
腐蝕對于國民的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類的生活和社會(huì)環(huán)境造成很大的破壞，大多數(shù)長輸管道埋在地下，由于土壤中的水份、空氣、水溶性礦物鹽和酸、堿這些成分都會(huì)使金屬管道遭到腐蝕和破壞。因此 陰極保護(hù)在我國的應(yīng)用始于1958年，到了60年代，陰極保護(hù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于輸油管道。到目前為止，幾乎所有輸油氣管道、儲(chǔ)罐、海洋結(jié)構(gòu)都施加了陰極保護(hù)。犧牲陽極陰極保護(hù)的原理是利用不同金屬的電位差異，為受保護(hù)的金屬提供電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài). 金屬表面各點(diǎn)電位降低到同一負(fù)電位，使金屬表面各點(diǎn)之間不再有電位差，不再有電子的流動(dòng)，金屬原子不再失去電子而變成離子溶入溶液,達(dá)到減緩腐蝕的目的。由于在實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)過程中，較活潑的金屬被腐蝕，所以被稱為犧牲陽極陰極保護(hù)?！ ∵@種方法簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型或處于低土壤電阻率環(huán)境下的金屬結(jié)構(gòu)?！ ∫虼嗽谒橘|(zhì)中，鎂表面的微觀腐蝕電池驅(qū)動(dòng)力大，保護(hù)膜易于溶解，鎂的自腐蝕很強(qiáng)烈，適用于電阻率較高的土壤和淡水中金屬構(gòu)件的保護(hù)。它由純鎂和鎂合金組成，它具有高驅(qū)動(dòng)電壓、低電流效率、高造價(jià)的特點(diǎn)?！ ′\陽極的種類很多，可以根據(jù)顧客的要求提供不同形狀的鋅陽極,如矩形,方形,鐲式,以及其他各種異型?！ ′\犧牲陽極自腐蝕速率小，電流效率高，使用壽命長，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)電流性的特性，鋅陽極的陰極保護(hù) 法是在被保護(hù)鋼鐵設(shè)備上連接一種更易失去電子的金屬或合金。它是一種比較活潑的金屬，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，被腐蝕的是那種比鐵更活潑的金屬，而鐵被保護(hù)了。通常在輪船的尾部和在船殼的水線以下部分，裝上一定數(shù)量的鋅塊，來防止船殼的腐蝕。
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鎂陽極成為陰極保護(hù)常用的材料的原因
根據(jù)用途，陽極材料主要分為三種類型: 1.鋁合金犧牲陽極:主要用于海洋或集裝箱(儲(chǔ)罐)的陰極保護(hù) 2.鋅合金犧牲陽極:主要用于土壤環(huán)境，在使用條件下土壤電阻率≤15ω·m 3.鎂合金犧牲陽極:主要用于土壤環(huán)境，在使用條件下土壤電阻率≥15ω·m 工程上常用的犧牲陽極材料主要有鎂及鎂合金、鋅及鋅合金和鋁合金。在一些工程項(xiàng)目中，由于特殊情況，采用鐵陽極或錳陽極作為陰極保護(hù)的犧牲陽極。 鎂基犧牲陽極因其負(fù)開路電位和大驅(qū)動(dòng)電壓而廣泛用于土壤、海水、海泥和工業(yè)用水中金屬結(jié)構(gòu)的陰極保護(hù)。然而，它的低電流效率是一個(gè)主要缺點(diǎn)。鋅基犧牲陽極的開路電位不如鎂基陽極負(fù)，驅(qū)動(dòng)電壓也不大，但仍可廣泛用于低電阻率土壤、海水和海泥環(huán)境中的犧牲陽極保護(hù)。鋁基犧牲陽極的開路電位略低于鋅基陽極，其理論電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋅基和鎂基陽極，具有獨(dú)特的性能。然而，它是一種容易鈍化的金屬材料。容易在表面上產(chǎn)生具有良好粘附性的致密連續(xù)氧化物膜，甚至產(chǎn)生高電阻硬殼，這阻礙了金屬的活化和溶解。目前，鋁基陽極廣泛用于海水中保護(hù)船舶、平臺(tái)和碼頭等海洋結(jié)構(gòu)物。它們也已經(jīng)成功地應(yīng)用于海洋泥漿(海底管道)和鹽水系統(tǒng)，但是它們不能應(yīng)用于土壤環(huán)境。 鎂是一種典型的輕金屬，原子序數(shù)12，相對原子量24.31，密度1.74克/厘米，化合價(jià)2，熔點(diǎn)651℃。鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37(SHE)。鎂的特點(diǎn)是密度低，化學(xué)活性高。電極電勢非常低。低極化率;驅(qū)動(dòng)電位大，鐵的驅(qū)動(dòng)電位可達(dá)0.6V以上;理論電容很大。在鎂陽極表面形成屏蔽保護(hù)膜并不容易。鎂和鎂合金系列犧牲陽極 具有非常低的電流效率，通常只有大約50%。很容易在鎂表面形成強(qiáng)腐蝕性原電池，導(dǎo)致更高的自溶解速率。此外，這種材料在碰撞時(shí)容易產(chǎn)生火花，這也限 制了其在高安全性能領(lǐng)域的應(yīng)用，如油輪、敏感易燃易爆區(qū)域等特定場所。
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提升鎂陽極使用壽命的方法
鎂陽極的腐蝕，主要是由于合金和雜質(zhì)元素讓鎂陽極中出現(xiàn)了第二相，鎂陽極發(fā)生化學(xué)腐蝕大多是離不開溶液的pH值、溶液的性質(zhì)、合金的成分及所處環(huán)境等影響的。它的腐蝕形態(tài)主要有：電偶腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、晶間腐蝕和絲狀腐蝕和高溫氧化?！ ∫胩岣哝V陽極材料的使用壽命，我們可以選擇提高鎂陽極的耐腐蝕，像：合金元素、雜質(zhì)元素、相組成和微結(jié)構(gòu)。鎂陽極表面處理技術(shù)的研究，也給提升鎂陽極的耐腐蝕性帶來了一定的生機(jī)。也有人選擇采用離子注入、激光退火和快速凝固等工藝，讓金屬表面形成均勻、無定形的表面結(jié)構(gòu)膜。
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什么是犧牲陽極的陰極保護(hù) 法?
一般海船的外殼上都會(huì)嵌入鋅塊因?yàn)榇w是用鋼鐵造的鋼鐵在海水里會(huì)發(fā)生點(diǎn)化學(xué)反映腐蝕船體而鋅的活動(dòng)性比鐵強(qiáng)在海水中鋅會(huì)比鐵先反應(yīng)鋅失去電子被腐蝕而鐵就不會(huì)被腐蝕了船體也就被保護(hù)起來在這個(gè)反應(yīng)中鋅作為陽極失去電子被腐蝕而鐵作為陰極被保護(hù)這就是所謂的犧牲陽極的陰極保護(hù) 法。
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鎂合金陽極材料概述
眾所周知，在高電阻率土壤和淡水環(huán)境中，一般采用鎂合金陽極材料來保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)。鎂是電化學(xué)陰極保護(hù)工程中常用的一種犧牲陽極材料，具有化學(xué)活性高、電極電位負(fù)、驅(qū)動(dòng)電壓高的特點(diǎn)。同時(shí)，在鎂合金表面很難形成有效的保護(hù)膜。因此，在水介質(zhì)中，微腐蝕電池對鎂表面有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，保護(hù)膜容易溶解，鎂的自腐蝕非常強(qiáng)，在陰極處發(fā)生析氫反應(yīng)。鎂基犧牲陽極有三種:純鎂、鎂錳合金和鎂鋁鋅錳合金。它們的共同特點(diǎn)是低密度、大理論電容、低負(fù)電勢、低極化率和高驅(qū)動(dòng)電壓。適用于高電阻率土壤和淡水中金屬部件的保護(hù)?！ ℃V可以為地下管道、倉庫、煉油廠、電廠、污水處理廠、建筑物、油井套管等設(shè)施提供有效的陰極保護(hù)。適用于表土電阻率很高的地區(qū)，或者即使電阻率相對較低，涂膜較淺，位置高，電阻較低的地區(qū)。在這些條件下，需要一個(gè)大的淺埋陽極，并且它遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)，以獲得足夠低的接地線。然而，要安裝深井陽極，深層地層必須有足夠的低電阻率。與表層土壤相比，在施加適當(dāng)電壓的情況下鎂合金陽極可以產(chǎn)生一定的電流。當(dāng)陽極安裝在低電阻率地層深部時(shí)，可以獲得非常均勻的結(jié)構(gòu)電流分布。即使表土完全適合設(shè)計(jì)淺陽極床，鎂合金陽極也適合結(jié)構(gòu)密集的區(qū)域。由于淺埋陽極布置困難，只能布置在遠(yuǎn)離管道等結(jié)構(gòu)的地方。
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鎂陽極的熔煉技術(shù)直接關(guān)系到鎂陽極的質(zhì)量
鎂陽極的熔煉關(guān)系到鎂陽極的質(zhì)量，原材料的質(zhì)量、所運(yùn)用到的溶劑、熔煉辦法、配備等，都會(huì)影響資料質(zhì)量的要素。鎂陽極在熔煉時(shí)，爐料有是干燥的，沒有油、氧化物和銹蝕等污染，還不能混有異種金屬。溶劑有兩種效果，掩蓋和精粹效果?！ ℃V是較活潑的元素，在熔煉的進(jìn)程中會(huì)被氧化，鎂在焚燒時(shí)表會(huì)構(gòu)成一層氧化鎂薄膜，氧化鎂是保溫材料，疏松多孔，當(dāng)鎂焚燒時(shí)放出大都數(shù)熱量，因?yàn)檠趸V的絕熱效果，使這些熱量很難散出去，外界的冷空氣也進(jìn)不來構(gòu)成惡性循環(huán)，使表面溫度急劇升高，鎂溶液的氧化也就越來越嚴(yán)峻。鎂在熔煉的進(jìn)程中要使用恰當(dāng)?shù)霓k法來將鎂熔體與空氣阻隔。
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鎂陽極材料概述
眾所周知，在高電阻率土壤和淡水環(huán)境中，一般采用鎂陽極材料來保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)。鎂是電化學(xué)陰極保護(hù)工程中常用的一種犧牲陽極材料，具有化學(xué)活性高、電極電位負(fù)、驅(qū)動(dòng)電壓高的特點(diǎn)。同時(shí)，在鎂合金表面很難形成有效的保護(hù)膜。因此，在水介質(zhì)中，微腐蝕電池對鎂表面有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，保護(hù)膜容易溶解，鎂的自腐蝕非常強(qiáng)，在陰極處發(fā)生析氫反應(yīng)。鎂基犧牲陽極有三種:純鎂、鎂錳合金和鎂鋁鋅錳合金。它們的共同特點(diǎn)是低密度、大理論電容、低負(fù)電勢、低極化率和高驅(qū)動(dòng)電壓。適用于高電阻率土壤和淡水中金屬部件的保護(hù)?！ ℃V可以為地下管道、倉庫、煉油廠、電廠、污水處理廠、建筑物、油井套管等設(shè)施提供有效的陰極保護(hù)。適用于表土電阻率很高的地區(qū)，或者即使電阻率相對較低，涂膜較淺，位置高，電阻較低的地區(qū)。在這些條件下，需要一個(gè)大的淺埋陽極，并且它遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)，以獲得足夠低的接地線。然而，要安裝深井陽極，深層地層必須有足夠的低電阻率。與表層土壤相比，在施加適當(dāng)電壓的情況下，鎂陽極可以產(chǎn)生一定的電流。當(dāng)陽極安裝在低電阻率地層深部時(shí)，可以獲得非常均勻的結(jié)構(gòu)電流分布。即使表土完全適合設(shè)計(jì)淺陽極床，鎂陽極也適合結(jié)構(gòu)密集的區(qū)域。由于淺埋陽極布置困難，只能布置在遠(yuǎn)離管道等結(jié)構(gòu)的地方。
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犧牲陽極的設(shè)計(jì)
(1)電防護(hù) 法在選用時(shí)應(yīng)符合以下要求：當(dāng)土壤電阻率>100~2·m時(shí)不宜使用犧牲陽極犧牲陽極的使用壽命與天然氣管道相匹配，一般為15a左右;所有被保護(hù)的埋地鋼質(zhì)管道應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置絕緣接頭或絕緣法蘭?！ ?2)采用犧牲陽極法時(shí)，選用陽極的保護(hù)準(zhǔn)則為：相對硫酸銅參比電極的陰極極化電位應(yīng)達(dá)到一0.85V或更負(fù);管道表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定飽和銅/硫酸銅參比電極之問的陰極極化電位差值為100mV。 (3)通常根據(jù)土壤電阻率選取犧牲陽極的種類(見表1)，根據(jù)保護(hù)電流的大小選取陽極的規(guī)格?！ ?4)犧牲陽極的埋設(shè)分為軸向和徑向，埋設(shè)位置與被保護(hù)的燃?xì)夤艿赖木嚯x宜為3～5m，但不宜小于一0.3m;埋設(shè)深度在冰凍線以下，且埋設(shè)在潮濕的土壤中;埋沒形式可采用立式或臥式。在陽極與被保護(hù)管道之間，嚴(yán)禁沒置其他金屬構(gòu)筑物?！ ?5)犧牲陽極檢測樁、檢測頭在設(shè)置時(shí)應(yīng)符合下列要求：犧牲陽極的陰極保護(hù)測試系統(tǒng)應(yīng)能提供被保護(hù)體的自然電位、陽極性能、保護(hù)電位的功能;測試樁、檢測頭宜沒置在燃?xì)庵鞲晒苎鼐€;宜每兩組犧牲陽極或至少lkm處設(shè)置1個(gè)檢陰極保護(hù)測試樁。
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陰極保護(hù)的工作原理
金屬—電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時(shí)，電位負(fù)移，金屬陽極氧化反應(yīng)過電位ηa減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)。利用陰極保護(hù)效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護(hù)方法叫做陰極保護(hù)Cathodic Protection簡稱CP。由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)(失電子反應(yīng))受到抑制。當(dāng)金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時(shí)，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)?！ 煞N陰極保護(hù) 法：“外加電流陰極保護(hù)”和“犧牲陽極保護(hù)”?！ ?、犧牲陽極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型(電流一般小于1安培)或處于低土壤電阻率環(huán)境下(土壤電阻率小于100歐姆.米)的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲(chǔ)罐等。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料的報(bào)道，對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽極的使用壽命一般不會(huì)超過3年，5年。犧牲陽極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，陽極的電流輸出。產(chǎn)生該問題的主要原因是陽極成份達(dá)不到規(guī)范要求，其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計(jì)犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，除了嚴(yán)格控制陽極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置?！ ?、外加電流陰極保護(hù)是通過外加直流電源以及輔助陽極，是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長輸埋地管道，大型罐群等。
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陰極保護(hù)材料之絕緣接頭
眾所周知絕緣接頭是人們根據(jù)絕緣法蘭在使用過程中存在的問題進(jìn)行改良的換代產(chǎn)品，是鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中必不可少的重要壓力元件，廣泛的應(yīng)用于鋼制的管道陰極保護(hù)系統(tǒng)。我公司研發(fā)生產(chǎn)的絕緣接頭參照了國外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，采用了獨(dú)特設(shè)計(jì)，克服了絕緣法蘭易泄漏、剛度小、不能埋地、壽命短等弊病，實(shí)現(xiàn)了埋地免維護(hù)的強(qiáng)大功能，使絕緣接頭的使用壽命和配套的管線大致相同?！ 〗^緣法蘭在應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下幾點(diǎn)：絕緣部件要使用具有高抗壓強(qiáng)度以及具有良好穩(wěn)定性的絕緣材料制成。絕緣法蘭套件在安裝過程中，要使法蘭墊片在溫度較低的時(shí)候進(jìn)行安裝，防止在螺栓擰緊后墊片由于熱脹冷縮而松弛，導(dǎo)致泄漏發(fā)生?！ 〗^緣接頭或絕緣法蘭是管道陰極保護(hù)系統(tǒng)中必不可少的重要管件,但在現(xiàn)場安裝時(shí)都曾出現(xiàn)過絕緣性達(dá)不到規(guī)范要求值的問題。對此現(xiàn)象進(jìn)行了剖析，指出影響電絕緣性的主要原因是絕緣連接頭的絕緣材料制造、裝配等方面的質(zhì)量問題。 提出了提高電絕緣值的建議: ?、俳^緣法蘭在出廠前必須按要求進(jìn)行絕緣性檢查; ②對絕緣材料制造廠提出靜壓吸水率的要求; ?、蹖^緣接頭設(shè)置滲漏觀察孔,可及時(shí)檢查處理密封圈或絕緣墊內(nèi)的滲漏。
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犧牲陽極與外加電流陰極保護(hù)
腐蝕電化學(xué)基礎(chǔ)，金屬腐蝕是一種普遍存在的熱力學(xué)傾向，在海水、淡水、土壤、超市大氣和酸、鹽等工業(yè)介質(zhì)中服役的金屬結(jié)構(gòu)物和設(shè)備都會(huì)遭到腐蝕破壞，這些環(huán)境介質(zhì)都是電解質(zhì)體系。金屬在電解質(zhì)中腐蝕過程實(shí)際上是一個(gè)電化學(xué)過程。金屬通過其他電解質(zhì)界面處電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕反應(yīng)是一般電化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和特征，這些規(guī)律和特征就是腐蝕電化學(xué)的基礎(chǔ)，陰極保護(hù)就是基于腐蝕電化學(xué)原理而發(fā)展起來的控制技術(shù)?！ ?shí)施陰極保護(hù)的基本原理是，從外部對被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)物施加陰極性電流，通過陰極極化使被保護(hù)金屬的電極電位負(fù)移某個(gè)保護(hù)電位范圍，從而抑阻金屬結(jié)構(gòu)物的電化學(xué)腐蝕。陰極保護(hù)可分為犧牲陽極法和外加電流法 犧牲陽極陰極保護(hù)：選擇一種電極電位比被保護(hù)金屬更負(fù)的活潑金屬，把它與共同置于電解質(zhì)環(huán)境中的被保護(hù)金屬從外部實(shí)現(xiàn)電連接，活潑金屬在所構(gòu)成的電化學(xué)電池中為陽極而優(yōu)先溶解，釋放出的電子使被保護(hù)金屬陰極極化到所需的電位，從而使被保護(hù)金屬得到保護(hù)。犧牲陽極法陰極保護(hù)的局限性： 1.由于輸出功率小，犧牲陽極系統(tǒng)在高電阻環(huán)境中應(yīng)慎用，過高電阻率環(huán)境中則不宜使用; 2.可提供的保護(hù)電流小，可調(diào)節(jié)的電流范圍小; 3消耗有色金屬，重量大，工作壽命短，若干年后需要更換。
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