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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)。 對于犧牲陽極，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,?！ ￡枠O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%,。 上述三種犧牲陽極廣泛應(yīng)用于陰極保護(hù)系統(tǒng)中
發(fā)布時間：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,，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)動電壓、低電流效率,、高造價的特點(diǎn),。 鋅陽極的種類很多,，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,。 鋅犧牲陽極自腐蝕速率小,，電流效率高,，使用壽命長，具有自動調(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,，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?！ ℃V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)動電位大，鐵的驅(qū)動電位可達(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,。 要想提高鎂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嵌入鋅塊因?yàn)榇w是用鋼鐵造的鋼鐵在海水里會發(fā)生點(diǎn)化學(xué)反映腐蝕船體而鋅的活動性比鐵強(qiáng)在海水中鋅會比鐵先反應(yīng)鋅失去電子被腐蝕而鐵就不會被腐蝕了船體也就被保護(hù)起來在這個反應(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)動電壓高的特點(diǎn),。同時,，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,，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，都會影響資料質(zhì)量的要素。鎂陽極在熔煉時,，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,。 鎂是較活潑的元素,，在熔煉的進(jìn)程中會被氧化,，鎂在焚燒時表會構(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)動電壓高的特點(diǎn),。同時,，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，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) 法在選用時應(yīng)符合以下要求：當(dāng)土壤電阻率>100~2·m時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，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，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,，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng),。 兩種陰極保護(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，使整個被保護(hù)金屬處于一個較負(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)、小型儲罐等,。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料的報道,，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,，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; ?、趯^緣材料制造廠提出靜壓吸水率的要求; ③對絕緣接頭設(shè)置滲漏觀察孔,可及時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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