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陰極保護是埋地鋼管的一種防腐蝕手段。
陰極保護的基本原理
陰極保護是根據(jù)金屬復(fù)試的電化學原理，依靠從外部流入陰極極化電流是金屬的電位負移，從而降低其腐蝕速度的防腐蝕方法。
陰極保護的效果常按照保護對象達到的電位來判定，地下管道通電時的電位應(yīng)達到-0.85V或更低。這是指相對于統(tǒng)-飽和硫酸銅參比電極而言，或者通電時的電位較自然腐蝕電位負移大于300mV，不過，保護電位也不能過負，否則金屬上會發(fā)生顯著的析氫反應(yīng)。這有可能導(dǎo)致涂層剝離和材料氫脆，是應(yīng)該避免的。對于有涂層的地下管道，規(guī)定保護電位 負取-1.5V。
為了使地下管道達到規(guī)定的保護電位，管道表面上應(yīng)有足夠大的保護電流密度通過，其數(shù)值大小主要取決于秒面涂層的情況。裸露鋼管需5~50mA/㎡，如果有良好的涂層，則只要有0.05~0.2mA/㎡就可以了。因此，在世紀工程中陰極保護差不多是與表面涂層相結(jié)合使用的。實施陰極保護時需要設(shè)置輔助陽極，與作為陰極的保護對象構(gòu)成電氣回路，才能提供所需的保護電流。
根據(jù)提供保護電流的外加電動勢的來源，陰極保護有犧牲陽極法和外加電流兩種方式。
犧牲陽極法
犧牲陽極由電位較負的金屬材料制成，當它與被保護的管道連接時，自身發(fā)生優(yōu)先離解，從而抑制了管道的腐蝕，故成為犧牲陽極。犧牲陽極應(yīng)有足夠負的未定電位，以保持足夠大的驅(qū)動電壓，同時有較大的理論發(fā)生電量，還要有高而穩(wěn)定的電流效率。實用的犧牲陽極材料有鎂基、鋅基、鋁基合金三大類。
鎂陽極的特點是比重小、電位負，但電流效率低。作為商品的有純鎂、Mg-Mn合金和MG-Al-Zn-Mn合金。鎂合金適合于土壤電阻率較高的場合。
鋅陽極的特點是比重大，單位重量的點亮小，但它的電流效率較高。目前應(yīng)用的有純鋅和Zn-Al-Cd合金(ZAC三元鋅)。
純鋁不用作犧牲陽極，因鋁容易鈍化。鋁合金陽極的理論發(fā)生電量大，在含氯離子的環(huán)境中，陽極性能好，單位發(fā)生電量價格便宜。鋁合金適用于海泥中，受此啟發(fā)，人們正在研究用適合的填包料，使鋁合金可用于一般土壤中。
各種犧牲陽極均可按照需要選擇使用。他們制成各種形狀和大小。大部分犧牲陽極為鑄造狀態(tài)，截面有梯形、圓形、矩形等。新近已有擠壓成型的帶狀鎂陽極。鑄造鎂合金極常用的規(guī)格有8Kg、11Kg和14Kg。犧牲陽極中部埋置有鋼芯，它是在澆鑄陽極時埋入的，有一端或兩端露出。其目的是引導(dǎo)陽極電流，同時便于固定陽極，并起到增大陽極機械強度的作用。往往在犧牲陽極周圍填充電阻率比土壤低的物質(zhì)，成為填充料，其中石膏，使陽極腐蝕均勻，膨潤土機及硅藻土，保持土壤水分，添加硫酸鈉是為了降低土壤的電阻率。
外加電流法
依靠外部電源提供白虎電流的陽極保護技術(shù)稱為外加電流法。整個系統(tǒng)除了被保護管道之外，主要包括輔助陽極、直流電源以及參比電極。
輔助陽極的作用是引入保護電流經(jīng)過土壤達到被保護結(jié)構(gòu)，對它的要求是：到點性能良好，排流量大，消耗量小，使用壽命長。實用的輔助陽極很多，實際工程中用的 為普遍的是石墨和高硅鑄鐵。
外加電流陰極保護用的電源有整流器、恒電位儀等。它們在本質(zhì)上是一個直流電源，負極連接需要保護的管道，正極連接輔助陽極。整流器結(jié)構(gòu)簡單，長期工作穩(wěn)定可靠，地下管道。
工況變化不大，是比較實用的保護電源。恒電位儀是一種能夠被保護對象的電位控制在指定數(shù)值的電子儀器。它根據(jù)由參比電極測得的電位與給定值相比較而得的差值信號，隨時調(diào)整輸出的保護電流，從而保持電位恒定。配備有微機的恒電位儀可在系統(tǒng)運行過程中進行數(shù)據(jù)管理，按要求打印結(jié)果。
犧牲陽極與外加電流法的比較
這兩種保護方式的選擇，主要決定于一下幾方面因素：工程規(guī)模大小;有無經(jīng)濟方便的電源;所需保護電流密度大小;與周圍金屬結(jié)構(gòu)建筑的相互影響;土壤電阻率的高低等。在工程設(shè)計中，應(yīng)綜合考慮上述因素，全面分析比較，則有選用。例如，當被保護管道的防護涂層良好、土壤電阻率較低、周圍底下金屬構(gòu)筑物較多時，宜采用犧牲陽極保護法。
地下管道陰極保護的經(jīng)濟型
根據(jù)國內(nèi)外資料介紹，管道陰極保護的費用，對于長輸管道一般只占工程投資總額的1%，城市管道則為工程投資總額的2~4%。陰極保護能延長設(shè)備的使用壽命。在設(shè)計中，安裝和管理都正常的情況下，不難達到80%的保護效率，相當于延長了使用壽命的四五倍。投入與節(jié)約相比較，經(jīng)濟效益是非常明顯的。
就兩種陰極保護方式而言，對于管徑小、距離短，具有良好涂層的管道，應(yīng)用犧牲陽極即可達到足夠用的保護，大口徑長輸管道由于保護面積大，需要的保護電流多，因此采用外加電流法較為經(jīng)濟。
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