浅析外加电流阴极保护系统的原理及操作须知

海洋工程装备种类繁多，主要有：船舶、海洋钻井平台、浮式生产系统等装备。海洋工程装备体积庞大，且主体多是钢结构制成，他们服役期间长，多达20多年，而且海水腐蚀性很强，海洋工程设备腐蚀破坏，污染海洋环境，甚至出现安全事故，严重危害工作人员安全，海洋工程装备防腐工作越来越多的引起人们的重视。目前，海洋工程装备防腐方式主要用防腐涂层、牺牲阳极和外加电流保护系统等方法。防腐涂层可以有效隔绝海水与装备金属面的接触，进而实现防腐。但在船舶航行、海洋工程设备安装施工过程中涂层会受到破坏，金属表面开始腐蚀。牺牲阳极保护方法对于海洋工程装备来说，外部悬挂的牺牲阳极增加其航行的阻力，也增加了结构物的重量和额外费用。在牺牲阳极消耗过程中，其释放的金属离子也会污染周围环境，最主要的是牺牲阳极设计寿命较短，难以满足长期服役装备的需要。外加电流阴极保护系统具有使用寿命长、保护效果好、维护费用低，可以通过一个AC-DC电源转换产生电压电流，干扰船体金属与海水发生化学反应，从而保护船体不被腐蚀。一、外加阴极保护原理阴极保护的定义：通过外加直流电源或者比船体表面金属更活跃的金属，将想要保护的金属电位降低至不受腐蚀的电位，使得发生氧化还原化学反应所需的电子通过外加电源的电流或活泼金属给出。当船体表面金属处于比此电位更低的电位时，该金属就不会参加氧化还原反应了，也就不再受到海水腐蚀。电化学腐蚀是由于活泼金属与电解质溶液在一起发生氧化还原反应所引起的，与原电池的原理相同。因为船体是由活泼金属—铁构成的，而海水便是电解质溶液，他们之间发生了氧化还原反应。由以上化学公式可得：铁失去电子后与氧、水发生反应形成铁锈而溶解在水中，这样周而复始船体就会腐蚀掉。从正极公式可知得到电子形成氢氧根，那么通过外加电流提供给保护的船体电子，这样船体就不会因为失去电子而被腐蚀，这就是外加电流阴极保护的原理依据。船体ICCP系统原理如下：二、W轮的外加电流阴极保护系统组成W轮外加电流阴极保护系统由恒电位仪、辅助阳极和阳极屏蔽层、参考电极组成。ICCP系统适用于水下船体的海水腐蚀防护，利用恒电位仪提供的直流电使船体与海水形成回路进行极化，正极接辅助阳极，负极接船体，通过对参考电极的监测，使水下船体达到保护电位，从而保护船体不受腐蚀。恒电位仪是调整保护电流达到保护船体不受腐蚀，输入440V/60Hz,输出100A/16V,通过恒定位器施加电流，迫使船体阳极区变为阴极区，从而保护船体不受腐蚀。随着电流增加，电子在阴极表面集聚，导致电势处于负极化，当负电位达到一定程度，船体达到等电位时，使船体成为阴极，腐蚀自然停止。辅助阳极连接电源正极，通过海水对钢板施加保护电流。阳极屏蔽层涂层一般涂刷在辅助阳极周围，当电源输入到ICCP系统，大量的电流从辅助阳极流出，均匀的分布在船体上。屏蔽层涂层具有良好的绝缘性能，并且耐碱、耐海水的性能，一般采用环氧树脂。参比电极在ICCP系统中，基准阳极作为被保护对象电位测量的基准，并向恒电位仪提供保护电位与被测量电位的比较信号，使被保护电位保持不变。参比电极为非极性电极，具有性能稳定、准确、灵敏等特点。在实际应用过程中，保护电流的密度并不是恒定不变的。海洋结构物表面电势会受到海洋环境的变化而改变，例如海水温度、涂层破损程度和海区盐度等变化。如果通向结构物的电流太小，则结构物得不到有效的防护，结构物会继续受到海水腐蚀，其使用寿命会因而减少。若通向结构物的电流太大，这样会引起钢结构出现氢脆的问题。氢脆会大大降低钢铁的韧性，从而致使结构物难以抵抗外部大风大浪所产生的外力冲击，严重时会出现断裂的危险状况。另外，过大的电流同样会降低电极的寿命，从而影响整个系统的寿命。因此，在对海洋结构物进行外加电流阴极保护设计时，要实现系统的自适应变化，即依据环境变化，自动控制输出电流的大小，使得所保护结构物在最佳保护电位范围内。三、W轮外加电流阴极保护运行原理该电路主要包括主电路、功率放大、脉冲触发、超差监测和控制回路。三相恒电位仪是至关重要的，恒电位仪的核心部分是比较放大器，现在普遍使用性能优良的集成运算放大器。将参比电极作为采样输入，输出则经过跟随放大、控制移相和振荡等电路产生触发脉冲，晶闸管整流电路则组成了极化电源，输出调节则是通过改变导通角进行实现。恒电位仪在实际使用中，对被保护物进行保护，主要分为恒电流和恒电位两种工作状态。对于采用模拟控制的恒电位仪，其控制功能的实现主要通过模拟电路，其核心控制器是比较放大器和移相触发器。恒电位和恒电流保护原理类似，都是给定信号与参比信号在比较放大器中进行比较放大，移相触发器会根据比较放大器的输出信号，通过调整脉冲的移相时间，进而改变可控硅的导通角，最终改变的电流或电压大小，从而实现恒电位和恒电流保护。五、日常维护保养ICCP系统的主要参数为保护电位，对船体钢板保护电位在0.05V-0.25V之间。一般情况下，输出电流和输出电压会根据海水盐度、海水温度和航行速度等因素发生变化，这些变化都是正常现象。常规性的检查可以延长设备的使用寿命和降低故障部件的维修成本。1、

定期检查电源的接线情况，是否出现松动腐蚀现象。2、

定期检查三相输入电压是否正常，有没有出现缺相情况。3、

定期检查电路中的保险丝是否出现熔断。4、

定期检查一次船体电极，打开船体水密盖，确保水密盖保持干燥，检查连接线是否松动。5、

船舶每次进坞厂修，都要对电极进行检查，防止消耗殆尽，正常运行情况下每十年更换一次。对于ICCP的超差保护故障报警的调节步骤如下：1、

关闭电源，将恒电位旋钮、手动旋钮、恒电流旋钮依次逆时针旋转归零。2、

将选择开关1选择至手动挡，选择开关2选择至给定电位，打开电源（保证所有电源供应），顺时针旋转手动挡旋钮，观察电压变示数，若电压出现呈顺序式依次上升，属于正常现象；如果出现跳动式上升或电压直接调至5V以上且调节不动作，则说明三相电源相序错误，将任意两相进行对调即可，再次开机检测，直至正常上升，完成后将所有旋钮归零。3、

将选择开关1选择至恒电位，选择开关2选择至给定电位