燃气管道牺牲阳极保护

　　评论：　更新日期：2013年08月10日

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

　　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。这就是牺牲阳极法的基本原理。见图10-54。

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10-59 牺牲阳极的电化学性能

性能		单位	Zn、Zn合金	Mg、Mg-Mn	Mg-6Al-3Zn	Al-Zn-In
相对密度		g/cm³	7.1	1.74	1.77	2.83
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/g	0.82	2.20	2.21	2.87
海水中(3mA/cm²)	电流效率	%	95	50	55	80
	实际发生电量	Ah/g	0.78	1.10	1.22	2.30
	消耗率	kg/A·a	11.8	8.0	7.2	3.8
土壤中(0.03mA/cm2)	电流效率	%	65	40	50	65
	实际发生电量	Ah/g	0.53	0.88	1.11	1.85
	消耗率	kg/A·a	17.25	10.0	7.92	4.68

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10-60 镁合金牺牲阳极的典型成分

系列	成分(质量分数%)								备注
系列	Al	Zn	Mn	Mg	Si	Cu	Ni	Fe	备注
纯镁	<0.01	<0.03	<0.01	>99.95	<0.01	<0.001	<0.001	<0.002	JISH6125
镁锰	<0.01	-	0.5～1.3	余量	-	<0.02	<0.001	<0.03	Galvomag
镁铝锌锰	5.3～6.7	2.5～3.5	0.15～0.6	余量	<0.1	<0.02	<0.03	<0.005	SYJ19-1986

　　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10-61 镁阳极化学成分

合金元素				杂质不大于(质量分数，%)
Al	Zn	Mn	Mg	Fe	Ni	Cu	Si
5.3～6.7	2.5～3.5	0.15～0.6	余量	0.005	0.003	0.02	0.1

表10-62 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	A·h/kg	2210	按化学成分计算
电流效率	%	≥55	GB/T4948-1985附录C

　注：GB/T 4948—1985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5～10mm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6mm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0．001Ω。
　　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 4948—1985附录B；化学成分分析方法按供方采用的标准方法进行；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(-0．85V)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。