金屬結構陰極保護防腐的應用

張 宇

(五常市水務局，黑龍江五常 150200)

金屬結構陰極保護防腐的應用

張 宇

(五常市水務局，黑龍江五常 150200)

金屬結構采取多種措施防腐，陰極保護防腐是其中之一。犧牲陽極陰極保護防腐在國內外早有研究應用，效果良好。本文介紹陰極保護防腐原理和在我國供水供氣管道、海港碼頭鋼管樁、大型油氣罐、水工金屬閘門等陰極防腐應用情況，推薦有關工程設計時參考應用。

水工金屬結構;犧牲陽極陰極防腐

0 前言

陰極保護是用輔助陽極或犧牲陽極材料的腐蝕來代替被保護金屬設備的腐蝕。從而達到延長被保護金屬設備的使用壽命，提高其安全性和經濟性的目的［1］。

上世紀70年代初陰極保護技術日趨完善，成為歐、美、日等國的聯邦法規標準。我國早期的部頒標準SYJ7-84就已規定油、氣管道建設必須實施陰極保護。

現在陰極保護防腐技術在供水供氣管道、海港碼頭鋼管樁、大型油氣罐中廣泛應用，在江蘇省秦淮新閘和武定門節制閘等閘門防腐中應用效果良好。實踐證明這是一項投資少，其經濟和社會效益明顯的技術。

1 犧牲陽極陰極防腐原理

每種金屬浸在一定介質中都有一定的電位(自然電位)，腐蝕電位可表示為金屬失去電子的難易，腐蝕電位愈負愈容易失去電子，失去電子的部位為陽極區，得到電子的部位為陰極區［2］。陽極區失去電子受到腐蝕，而陰極區得到電子得到保護免遭腐蝕。

犧牲陽極陰極保護是指將被保護金屬進行陰極極化，將電位更負的金屬與被保護的金屬相連，處于同一電解質中，使該金屬上電子轉移到被保護的金屬上去，使被保護金屬整體處于電子過剩狀態，使金屬表面各點達到同一負電位，避免被保護金屬失去電子。

通常以鎂、鋅、鋁這3類金屬或合金作為犧牲陽極，靠著自身腐蝕速度的增加向被保護金屬提供陰極保護電流。

根據介質電阻率不同選用不同的犧牲陽極，鋅陽極適用于電阻率＜15Ω的土壤中。鋁陽極適用于海水、污水、石油等介質中。鎂陽極適用于任何電阻率的土壤中。

2 犧牲陽極陰極保護的應用

目前在西方發達國家，金屬陰極保護防腐得到了廣泛應用，并取得明顯的效果。如英、美、日等國在相關的工業法規中規定:未加陰極保護而只有防腐覆蓋層的新建金屬管道禁止使用。我國埋地管網陰極保護做得較好，一般都要求埋地的新建金屬管道必須采用陰極保護，儲罐和鋼質管道在改造時應逐步采用陰極保護。

根據目前電力行業金屬構筑物使用越來越多的情況，借鑒與采用國際 API、ASTM、NACE及國家GB、SYJ、SY/T的相關設計與產品標準規程、測試方法、施工與驗收規范，首先大力推廣陰極保護在變電所、發電廠及交直流高壓輸電鐵路塔接地裝置金屬防腐蝕方面上的應用;其次，在電力行業發電廠內推廣應用金屬結構材料電化學腐蝕的陰極保護，如保護水源地取水泵房的進水攔污柵(粗濾網)，保護水源底部取水口的內頂面、底面、側面及上部的進水柵欄，保護冷卻水引水管線系統、循環水泵、埋地油罐等，進而將應用領域擴展到地下、水中及化工介質中的管道、容器、港口碼頭、船舶、混凝土構筑物及化工金屬設備等方面，尤其是開拓埋地管道、埋地儲罐容器(埋地儲油罐、埋地儲氣罐、埋地儲水罐)、卸煤港口碼頭和船舶方面的應用，都具有極其廣闊的前景。

2.1 應用于油田集輸管道、大型儲罐、加油站儲罐等工程

油田集輸管道、大型儲罐，加油站儲罐等工程全部采用了陰極防腐技術。

金屬管道等結構物的防腐通常采用不同形式的非金屬涂敷層，由于非金屬涂敷層在施工中產生的漏涂、運輸安裝過程中的劃傷，隨使用時間的延長而產生的老化以及涂敷層本身的滲水性，造成金屬結構表面涂層的局部破壞，進而產生局部腐蝕，嚴重可導致金屬結構物的穿孔、斷裂，這對于輸油管道、煤氣管道、油氣貯罐等是十分致命的，極易引發災難性的事故。

陰極保護彌補了非金屬涂敷層的缺點，涂層局部暴露部分的防腐可以由陰極保護來完成，管道及鋼質儲罐等金屬構筑物采用非金屬涂敷層和陰極保護聯合防腐的方法，是最經濟、最有效、最可靠的防腐措施。

2.2 應用于海岸干貨散裝碼頭

某海岸干貨散裝碼頭采用DN 1 200 mm鋼管樁480根，安裝鋁合金犧牲陽極408塊，在海水中陰極保護有效年限:t≥30 a。

在有效保護時間內，被保護鋼管樁的保護電位為-0.85 V～-1.1 V(相對硫酸銅參比電極)。

在有效保護期內，保證鋼管樁的腐蝕得到有效的抑制，表面無銹蝕，不產生蝕坑等集中腐蝕現象，樁壁無明顯減薄。

2.3 應用于輸水管道埋地預應力鋼筒混凝土管

輸水管道埋地預應力鋼筒混凝土管(PCCP)，利用金屬鋅塊做犧牲陽極，經過對輸水管線管道保護電位測量，測量結果為-0.95～1.20 V(相對硫酸銅參比電極)符合設計要求，達到防腐的目的。

2.4 應用于鋼閘門

在水利工程中江蘇秦淮河、鎮江、鹽城、淮河如海擋潮等100多個鋼閘門采用了非金屬防腐層和犧牲陽極陰極保護相結合技術，比較典型的有以下2種類型:

2.4.1 秦淮河節制閘

秦淮河節制閘 12孔，鋼閘門寛6.10 m，高5.40 m，水下部位采取噴鋅加涂料與犧牲陽極陰極保護結合設計使用壽命＞15 a。

2.4.2 武定門節制閘

武定門節制閘6孔，為上下扉平面鋼閘門，上扉閘門寛8.50 m、高4.15 m，下扉門寬8.06 m。高8.00 m，在常年水下部位采取了陰極保護措施，設計使用壽命15 a，通過檢查測量，鋼閘門測點保護電位處于-0.923～-1.320 V范圍(相對硫酸銅參比電極)，所有測點電位均小于-0.85 V的保護電位。

經過多年運行監測，鋼閘門防腐效果穩定，水下部位防腐效果良好。

3 在水利工程金屬結構防腐的必要

黑龍江省水利工程中，水庫、堤防、灌區使用的鋼閘門、攔污柵及水電站壓力內襯鋼管，常年接觸腐蝕性介質，一般采用噴涂料、刷防腐漆等防腐措施。由于非金屬涂層受冰凍、撞擊、劃傷等外界因素破壞，局部防腐保護失效，造成鋼結構腐蝕。采用犧牲陽極陰極保護技術與非金屬涂層相結合，可有效解決防腐問題。

犧牲陽極陰極保護技術不需要外接電源，對鄰近金屬構造物干擾小，不需要有專人看管，幾乎不需要養護。管理維護工程費用少。不足之處是犧牲陽極需定期更換有色金屬，雜散電流干擾大時不能使用。現在國內犧牲陽極生產廠家眾多，各種規格、材質的犧牲陽極產品齊全，犧牲陽極安裝簡便，可操作性強，具備了廣泛使用的條件。

4 結語

水工金屬結構采用犧牲陽極陰極技術與非金屬涂層結合防腐，是經濟、合理、長效、穩定、環保的防腐措施，建議在黑龍江省水利工程金屬結構防腐工程中大力推廣使用。

［1］胡治平，池華建.陰極保護防腐蝕技術在變電所及發電廠的應用［J］.江蘇電機工程，2006，25(02):82-84.

［2］陳光章，吳建華.腐蝕與控制［M］.北京:化學工業出版社，2002:46-48.

TV34

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1007-7596(2014)05-0173-02

2014-01-09

張宇(1973-)，男，黑龍江五常人，工程師。