燃气管道牺牲阳极保护

1、燃气管道牺牲阳极保护燃气管道牺牲阳极保护牺牲阳极法是最早应用的电化学保护法。它简单易行，又不干扰邻近的设施。牺牲阳极还是抗干扰腐蚀的一种手段，可用来排流、防雷及防静电接地。与强制电流保护法相比，牺牲阳极法具有独特的优点和功能，因而同样受到人们的重视。近年来，牺牲阳极技术在我国得到了推广和发展。在生产上也向标准化、系列化方向发展。并在油、气管道、海船及海上结构物的防护上得到了成功的应用。一、牺牲阳极保护原理一、牺牲阳极保护原理根据电化学原理，把不同电极电位的两种金属置于电解质体系内，当有导线连接时就有电流流动，这时，电极电位较负的金属为阳极、利用两金属的电极电位差作阴极保护的电流源。这就是牺牲阳

2、极法的基本原理。见图 10-54。二、牺牲阳极材料二、牺牲阳极材料由于牺牲阳极法是通过阳极自身的消耗，给被保护金属体提供保护电流。因此，对牺牲阳极材料就产生了性能要求。图 10-54 牺牲阳极装配示意图1要有足够负的电位，在长期放电过程中很少极化。2腐蚀产物应不粘附于阳极表面，疏松易脱落，不可形成高电阻硬壳，且无污染。3自腐蚀小，电流效率高。4单位重量发生的电流量大，且输出电流均匀。5有较好的力学性能，价格便宜，来源广。常用的牺牲阳极有镁及镁合金、锌及锌合金以及铝合金三大类。它们的电化学性能见表 10-59。牺牲阳极的电化学性能取决于材料的成分和杂质含量。在牺牲阳极的标准规范中都有规定。表表

3、10-5910-59 牺牲阳极的电化学性能牺牲阳极的电化学性能性能单位Zn、Zn合金Mg、Mg-MnMg-6Al-3Zn Al-Zn-In相对密度g/cm37.11.741.772.83阳极开路单位(SCE)V-1.03-1.56-1.48-1.08相对铁的保护的电位差V-0.20-0.75-0.65-0.25理论发生电量Ah/g0.822.202.212.87海水中(3mA/cm2)电流效率%95505580实际发生电量Ah/g0.781.101.222.30消耗率kg/Aa 11.88.07.23.8土壤中(0.03mA/cm2)电流效率%65405065实际发生电量Ah/g0.530.8

4、81.111.85消耗率kg/Aa 17.2510.07.924.68三、牺牲阳极种类及规格型号三、牺牲阳极种类及规格型号(一)镁合金牺牲阳极镁是比较活泼的金属，表面不易极化，电极电位比较负，所以是理想的牺牲了极材料。但是，钝镁的电流效率不高，造价太高，所以一般都使用镁合金做牺牲阳极材料。目前世界上流行的镁阳极成分很多，但归纳起来只有三个系列：高纯镁系、镁锰系和镁铝锌锰系。其典型的代表成分见表 10-60。这三个系列中，Mg-6 Al-3 Zn-0.15Mn 是使用最广泛的，也是国内定型生产的商品化镁阳极，用于土壤和淡水中性能最佳。表表 10-6010-60 镁合金牺牲阳极的典型成分镁合金牺牲

5、阳极的典型成分系列成分(质量分数%)备注AlZnMnMgSiCuNi0.01 0.03 99.95 0.01 0.001 0.001JISH61250.01 -0.51.3余量-0.02 0.001Galvomag5.36.72.53.50.150.6余量0.1 0.02 0.03SYJ19-1986镁阳极的化学成分应符合表 10-61 的规定。镁阳极电化学性能必须符合表 10-62 的指标。表表 10-6110-61 镁阳极化学成分镁阳极化学成分合金元素杂质不大于(质量分数，%)ZnMnMgFeNiCuSi2.53.50.150.6余量0.0050.003 0.02 0.1表表 10-621

6、0-62 镁阳极电化学性能镁阳极电化学性能项目单位指标测试方法开路电位V-1.50(Cu/CuSO4)SYJ23-1986理论电容量Ah/kg2210按化学成分计算电流效率%55GB/T4948-1985 附录 C注：GB/T 49481985 附录 C 的介质为海水本标准应用时试验介质应改用当地土壤，并用当地地下水饱和，在被检阳极四周应有 510mm 厚的填包料。镁阳极规格按净重分为 2kg、4kg、8kg、11kg、14kg 和 22k6 种。其形式均为梯形断面。2kg 阳极参考长度为 206mm，4kg 阳极参考长度为 360mm，其余均为 700mm。用作导电的钢芯，采用直径不小于 6

7、mm 的钢筋制成。钢芯表面应镀锌，外露长度为 100mm。阳极基体和钢芯必须结合好，接触电阻应小于 0001。镁阳极表面为铸造表面，其表面应清洁、平滑，无明显铸造缺陷。镁阳极应储存在室内仓库内，严禁沾染油污、油漆和接触酸、碱、盐等化工产品。在镁阳极验收时，应对外观、重量进行检验。钢芯与阳极的接触电阻、化学成分及电化学性能，应按批量进行抽样检查。抽查率为 3%，但至少不少于 3 支。若不合格，加倍抽查，其中再有一支不合格，则判定该批不合格。当化学成分不合格，而接触电阻和电化学性能合格时，可以使用。接触电阻测试方法是 GB/T 49481985 附录 B；化学成分分析方法按供方采用的标准方法进行；

8、电化学性能按表 10-62 中的测试方法进行。镁阳极的优点：对钢铁阴极保护(-085V)的激励电压力-0.7V 左右，适应的土壤电阻率范围广，阳极表面不极化，腐蚀产物易脱落。不宜用于易燃液体环境中。(二)锌牺牲阳极锌是阴极保护中应用最早的牺牲阳极材料。锌的电极电位比铁负，表面不易极化，是理想的牺牲阳极材料。锌不仅可以用于低电阻率土壤中，还可广泛用于海洋中。目前，锌牺牲阳极成分均已标准化。如 ASTMB418、GB4950 等。从阳极成分来分，锌阳极可分为两个系列：高纯锌系和锌铝镉系。它们的成分见表 10-63 中。表表 10-6310-63 锌阳极的成分锌阳极的成分阳极系列化学成分(%)备注A

9、lCdZn FeCuPbSi0.005 0.003余量0.00140.30.60.050.12余量0.005 0.005 0.006 0.1250.10.50.0250.15余量0.005 0.005 0.0060.30.6-余量0.005 0.005 0.006 0.125锌阳极的开路电位应为-11V(相对 Cu/CuSO4)，在海水中电流效率为 95%、土壤中为 5060，理论发生电量为 820Ah/kg，消耗率为 11kg/Aa 左右。锌阳极的最大特点是表面不易极化，电流效率高，材料来源广，价格便宜。锌阳极的不足之处是相对铁的保护电位(-085V)激励电压小，只有 0.25V，相当于镁阳

10、极的 1/3，因此，应用范围较窄。在土壤中使用，一般很制在150m 中(GB/T 4950)。当土壤潮湿时，可扩大到30m(SYJ201986)。根据使用的要求，土壤中应用的锌阳极典型规格见表 10-64。表表 10-6410-64 土壤中常用的锌阳极规格尺寸土壤中常用的锌阳极规格尺寸阳极尺寸/mm重量/kg有效电量/Aa阳极尺寸/mm重量/kg有效电量/Aa35351000 6.80.650501500 22.22.050501000 14.81.335351500 10.20.9(三)铝合金阳极铝合金作为牺牲阳极材料是近年发展起来的新品种。由于铝是自钝化金属，所以不论是纯铝还是铝合金，从电化学观点看，都是一种似乎不可克服的弊病，即阳极表面极易钝化，造成电位正移，活性降低。由于铝的自饨化性能，所以钝铝不能作为牺牲阳极材料。目前已开发了 Al-Zn-Hg 系、Al-Zn-In 系等几个系列，其典型成分见表 10-65。由于汞对环境的污染及冶炼困难，目前各国都限制含汞的铝阳有生产。而 AI-Zn-In 系是目前各国公认的有前途的铝阳极系列。表表 10-6510-65 铝阳极的代表成分铝阳极的代表成分合金系列合金成分(%)备注ZnHgInCdMgSiAl0.45 0.45余量