牺牲阳极

全面讲解牺牲阳极阴极保护法

2021-09-15 15:01:20 admin

目录

  1. 简介

  2. 牺牲阳极阴极保护法设计流程

  3. 保护电流

  4. 阳极输出电流

  5. 牺牲阳极数量

  6. 牺牲阳极寿命

  7. 牺牲阳极电流输出的季节性变化

一、牺牲阳极阴极保护法简介

牺牲阳极阴极保护法的基本原理是电化学电池。在外加电流阴极保护的情况下,高能(潜在)电子被迫从阳极流向要保护的结构。在牺牲阳极阴极保护系统中,被保护结构需要达到的保护电位与外加电流阴极保护系统相同。高电势电子是通过腐蚀活性金属,如镁或锌,而产生的。在这种类型的系统中,牺牲阳极材料被消耗或牺牲,为了获得持续的保护,必须定期更换阳极。为了尽量减少定期更换牺牲阳极,通常需要提供足够的阳极材料,因此阳极更换间隔一般设计为数年。埋地系统的通常做法是设计系统的阳极寿命为10至15年。对于浸没在水中的系统,或者对于难以更换阳极的埋地系统,较长的(20- 30年)阳极寿命通常被用作设计标准。

牺牲阳极阴极保护系统的优点。牺牲阳极阴极保护系统比外加电流阴极保护系统的主要优点是简单可靠。在牺牲阳极系统中,整流器等关键部件较少。在外加电流阴极保护系统中,从阳极到整流器正极的连接电缆是易发生故障的因素,极易由于电缆断裂而使系统失效。在牺牲阳极系统中,阳极到结构的电缆处于负(保护)电位。牺牲阳极阴极保护系统在某些情况下比外加电流阴极保护系统的安装和维护成本更低。对于电流要求较小的系统(≤0.5 A/30米线性结构)尤其如此。安装牺牲阳极阴极保护系统时,无须考虑电力供应等问题,非常适合野外环境。牺牲阳极阴极保护系统的另一个主要优点是几乎不存在干扰问题。牺牲阳极阴极保护系统一般为分布阳极型。这是由于所使用的阳极材料的驱动电位有限,每个阳极只能保护有限的线性距离或者有限的面积。

牺牲阳极阴极保护系统的缺点。牺牲阳极阴极保护系统的主要缺点是牺牲阳极的驱动电位有限且不可调节,这限制了阳极的电流输出,并限制了使用单个阳极可以保护的结构面积。阳极消耗在牺牲阳极系统中也是不可避免的,必须保证定期更换阳极。


二、牺牲阳极阴极保护法设计流程

牺牲阳极阴极保护系统设计的基本原则是:先确定总电流,再确定每个阳极输出电流。然后确定所需阳极的数量和阳极的寿命。如果需要,可以调整系统参数(阳极尺寸或类型)以提供所需的系统性能,主要是实现所需的阳极寿命。


三、保护电流

牺牲阳极型阴极保护系统设计的第一步是确定系统所需的总电流。这就固定了由牺牲阳极提供的电流。


四、阳极输出电流

单个阳极在环境中的输出是确定的。这可以通过一种简化的方法来确定,该方法使用标准的阳极类型和尺寸以及驱动电位。单阳极输出也可以通过使用阳极和结构之间的驱动电位和总电路电阻来确定。在大多数情况下,阳极对电解液的电阻是一个主要因素。这种方法与外加电流系统的设计过程基本相同。

4.1常见情况的简化方法。下面给出的公式可以用来估计在电阻率高于500Ω.cm的环境中锌或镁阳极的需求量。下面的公式给出了在许多情况下电流输出的一个很好的近似计算方法。

4.2使用阳极-电解液电阻测定输出。在外加电流系统中,这种方法确定了阴极保护电路的总电阻,包括阳极到电解液、结构到电解液的电阻,以及所有电气连接和接头的电阻。然后利用阳极~~~阅读全文


五、牺牲阳极数量

确定每个阳极输出电流后,计算保护所需的阳极数量。这是通过总输出除以每个阳极的输出来完成的。在实践中,考虑到系统设计的不准确性、阳极输出的季节性变化以及阳极消耗导致的阳极输出下降,一般会留有10%的设计余量。安装额外的阳极并不浪费,如果系统调整,额外的阳极只会延长保护时间。


六、牺牲阳极寿命

阳极寿命是根据电流、阳极重量和阳极效率来计算的。计算涉及每单位重量阳极材料消耗的阳极产生的安培小时数。阳极消耗可通过以下公式计算:牺牲阳极、铝阳极、锌阳极


对于某些阳极材料,阳极效率取决于如图1所示的阳极电流密度。对于这些材料,阳极消耗可以用以下公式计算:牺牲阳极、铝阳极、锌阳极

对于标准镁合金阳极材料,阳极效率基本恒定在250 mA/ft²以上的阳极面积。如果在运行时的阳极电流密度下阳极效率低,阳极材料就会由于自腐蚀而浪费。当阳极效率为50%时,一半阳极材料用于自腐蚀,一半用于提供保护电流。如果使用最初选择的阳极材料和尺寸不能获得所需的阳极寿命,则替换不同尺寸的阳极或不同材料中的一个,并以迭代的方式重复这一过程,直到获得所需的特性。


七、牺牲阳极电流输出的季节性变化

阳极输出会随着环境电阻率的变化而变化。与埋地系统中的土壤水分或河口海水稀释有关的季节变化可能导致阳极输出的变化。幸运的是,在大多数情况下,当环境电阻率增加时,保护所需的电流也会减少,因此这种影响是部分自补偿的。然而,在某些情况下,阳极输出将低于或高于保护的限制,系统将需要季节性调整或增强,以提供足够的保护。

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