海上風(fēng)電犧牲陽極陰極保護(hù)方案
時(shí)間：2025-05-16??
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海上風(fēng)電犧牲陽極陰極保護(hù)是通過犧牲陽極材料（如鋁合金,、鋅合金等）為金屬結(jié)構(gòu)（如風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、鋼管樁,、水下鋼構(gòu)件等）提供電化學(xué)保護(hù)的技術(shù),，可有效防止海水環(huán)境中的腐蝕。
犧牲陽極：
材料選擇：常用鋁合金陽極（適用于海水及高電阻率環(huán)境,，如 pH 7~9 的海水,，電流效率高）、鋅合金陽極（適用于海水及中性土壤,，電位穩(wěn)定）,。
形狀規(guī)格：塊狀、帶狀,、鐲式等,，需根據(jù)保護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸和腐蝕環(huán)境設(shè)計(jì)。
參比電極：用于監(jiān)測保護(hù)電位,，常用銀 / 氯化銀電極（海水環(huán)境）或銅 / 硫酸銅電極（土壤環(huán)境）,。
連接電纜：導(dǎo)靜電電纜（如銅芯電纜），確保陽極與被保護(hù)結(jié)構(gòu)可靠電連接,。
犧牲陽極的電位比被保護(hù)金屬（如鋼）更負(fù),，作為 “陽極” 優(yōu)先腐蝕，釋放電子流向被保護(hù)金屬,，使其成為 “陰極”,，從而抑制金屬腐蝕。
鋼在海水中的保護(hù)電位需達(dá)到 **-0.85 V（相對于銀 / 氯化銀電極）** 或更負(fù),，確保完全極化,。
需避免過保護(hù)（電位過負(fù)可能導(dǎo)致氫脆）。
保護(hù)電流密度：海水環(huán)境中,，鋼的保護(hù)電流密度通常取 10~30 mA/m2（流速,、鹽度、生物附著等因素會(huì)影響取值）,。
陽極質(zhì)量計(jì)算：m=Z×ηI×t×8760
其中：
I：保護(hù)電流（A）,；
t：設(shè)計(jì)保護(hù)年限（年）；
Z：陽極理論電容量（A?h/kg,，如鋁合金約 2500 A?h/kg）,；
η：電流效率（鋁合金約 85%，鋅合金約 95%）,。
均勻分布：圍繞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ),、鋼管樁等結(jié)構(gòu)對稱布置，避免保護(hù)盲區(qū)。
距離控制：陽極與被保護(hù)結(jié)構(gòu)的距離一般為 0.5~3 m,，太遠(yuǎn)會(huì)增加回路電阻,，太近可能導(dǎo)致局部過保護(hù)。
防沖刷固定：海底陽極需用混凝土基床,、支架或抱箍固定,，防止洋流沖刷移位。
結(jié)構(gòu)表面處理：清除被保護(hù)金屬表面的氧化皮,、海生物附著層,，確保導(dǎo)電良好（必要時(shí)進(jìn)行噴砂除銹）。
陽極預(yù)處理：檢查陽極外觀,、電纜連接點(diǎn)密封性,，測試陽極開路電位（鋁合金約 - 1.05 V，鋅合金約 - 1.10 V vs 銀 / 氯化銀電極）,。
潛水作業(yè)設(shè)備：ROV（水下機(jī)器人）或潛水員裝備,，用于水下安裝。
水下焊接：通過潛水員或 ROV 將陽極支架焊接到樁身指定位置（如泥面以下 3~5 m 區(qū)域,，腐蝕嚴(yán)重）,，再固定陽極塊。
鐲式陽極：對于直徑較大的樁,，可采用分體式鐲式陽極,，環(huán)繞樁身拼接固定，通過電纜與樁體焊接連接,。
矩陣式布置：在群樁外圍海底鋪設(shè)陽極陣列,，用混凝土壓載塊固定,，通過電纜連接至各樁基礎(chǔ),。
跨接電纜：若多根樁之間未電氣連通,，需用電纜跨接,，確保保護(hù)電流均勻分布,。
復(fù)合保護(hù)：潮差區(qū)（海水漲落交替區(qū)域）腐蝕劇烈,，可結(jié)合涂層防護(hù)（如環(huán)氧富鋅漆）與犧牲陽極,，陽極采用帶狀或鐲式結(jié)構(gòu),，緊密貼合金屬表面,。
焊接工藝：電纜與金屬結(jié)構(gòu)采用鋁熱焊或螺栓壓接，確保低電阻連接（接觸電阻＜0.01 Ω）,。
絕緣處理：連接處用防水膠帶,、熱縮套管密封，防止海水滲入導(dǎo)致腐蝕,。
電位測試：
安裝后測試保護(hù)電位,，確保達(dá)到 - 0.85 V 以下；
定期監(jiān)測陽極消耗速率和電位穩(wěn)定性,，評估保護(hù)效果,。
問題：海床泥沙沉積或淡水混入可能導(dǎo)致局部電阻率升高,，降低陽極效率。
解決：采用高電位鋁合金陽極（如添加銦,、鋅元素）,，或增加陽極數(shù)量、減小安裝間距,。
智能監(jiān)測系統(tǒng)：集成電位傳感器,、數(shù)據(jù)采集模塊,，通過海底電纜或無線傳輸（如水聲通信）實(shí)時(shí)監(jiān)測電位、電流數(shù)據(jù),。
定期巡檢：每 1~2 年通過潛水或 ROV 檢查陽極剩余質(zhì)量,、電纜連接狀態(tài)，及時(shí)更換消耗殆盡的陽極,。
國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：
《鋼質(zhì)海洋結(jié)構(gòu)物犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB/T 37561）,；
《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（JTS 257）中關(guān)于陰極保護(hù)的驗(yàn)收要求。
國際標(biāo)準(zhǔn)：
NACE RP0176《Sacrificial Anode Cathodic Protection for Offshore Structures》,；
ISO 15285《Cathodic protection of metallic structures - General principles》,。
某海上風(fēng)電場單樁基礎(chǔ)采用鋁合金犧牲陽極保護(hù)，每個(gè)基礎(chǔ)布置 8 塊 100 kg 陽極塊,，呈環(huán)狀分布于泥面以下 2 m 處,，設(shè)計(jì)保護(hù)年限 20 年。運(yùn)行 3 年后監(jiān)測顯示,，鋼樁保護(hù)電位穩(wěn)定在 - 0.92 V,，陽極平均消耗率約 3.5 kg / 年，滿足預(yù)期效果,。
通過合理設(shè)計(jì)陽極類型,、布置方式及監(jiān)測體系，犧牲陽極陰極保護(hù)可顯著延長海上風(fēng)電設(shè)施的服役壽命,，降低維護(hù)成本,，是海洋工程中成熟可靠的腐蝕控制技術(shù)。
