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燃气管道牺牲阳极保护

  
评论: 更新日期:2013年08月10日

 

表10-63 锌阳极的成分

阳极系列化学成分(%)备注
AlCdZnFeCuPbSi
ASTMⅡ型<0.005<0.003余量<0.0014   ASTM418-1973
Zn-Al-Cd0.3~0.60.05~0.12余量<0.005<0.005<0.006<0.125GB/T4950-1985
Zn-Al-Cd0.1~0.50.025~0.15余量<0.005<0.0050.006 MIL-A-18001H
An-Al0.3~0.6-余量<0.005<0.005<0.006<0.125SYJ20-1986


  锌阳极的开路电位应为-1.1V(相对Cu/CuSO4),在海水中电流效率为95%、土壤中为50%~60%,理论发生电量为820A·h/kg,消耗率为11kg/A·a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(-0.85V)激励电压小,只有0.25V,相当于镁阳极的1/3,因此,应用范围较窄。在土壤中使用,一般很制在ρ<150Ω·m中(GB/T 4950)。当土壤潮湿时,可扩大到ρ<30Ω·m(SYJ20—1986)。
  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10-64 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/A·a阳极尺寸/mm重量/kg有效电量/A·a
35×35×10006.80.650×50×150022.22.0
50×50×100014.81.335×35×150010.20.9


  (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10-65 铝阳极的代表成分

合金系列合金成分(%)备注
ZnHgInCdMgSiAl
Al-Zn-Hg0.450.45    余量GalValum1
Al-Zn-In4.9~5.5 0.018~0.02 <0.8 余量管道设计院
Al-In  0.15~0.2   余量邮电部五所
Al-Zn-In-Si3.0 0.015  0.1余量Ga1ValumⅢ
Al-Zn-In-Ca2.5~4.5Sn0.018~0.0500.005~0.02 <0.13余量GB4948-1985
Al-Zn-In-Sn2.2~5.20.018~0.0350.02~0.045  <0.13余量GB4948-1985


  为改善阳极的电化学性能,在三元素合金基础上又添加了第四、第五元素。世界上流行最广的GalValumⅢ型铝阳极为Al-Zn-In-Si系列。
  铝合金牺牲阳极开路电位是-1.18~-1.10V(相对饱和甘汞电极),工作电位为-1.12~-1.05V(相对饱和甘汞电极),实际发生电量大于2400A·h/kg,海水中电流效率大于80%,消耗率约3.8kg/A·a。
  铝是产量最多的有色金属,资源广,价格便宜;其单位重量产生的电量大,是锌的3.6倍,是镁的1.35倍,作为牺牲阳极有着广阔的前途。其不足之处是电流效率和溶解性能随阳极成分、制造工艺的不同而异。在土壤中常由于胶体AI(OH)3的聚集而使阳极过早报废,因此铝阳极在土壤中的应用还有待于探索。
  表10-66列出了几种可用于土壤的铝合金阳极的规格尺寸。

四、牺牲阳极保护的施工
  (一)阳极种类的选择
 

表10-66 土壤中使用的铝阳极规格

尺寸①/mm重量/kg有效电量/A·a尺寸①/mm重量/kg有效电量/A·a
47×(33+47)×10005.11.441×(29+41)×20007.52.0
60×(40+60)×10008.12.175×(61+75)×200027.47.2


  注:①括号内为梯形截面的上底和下底长度。
  牺牲阳极种类的选择主要是根据土壤电阻率、土壤含盐类及被保护管道的覆盖层状态来选取阳极。表10-67列出了土壤中选择牺牲阳极种类的推荐意见。一般说,镁阳极适用于各种土壤环境,锌阳极适用于土壤电阻率低的潮湿环境,而铝阳极还没有统一认识,国外一直不主张用于土壤环境中,国内已有不少实践,推荐用于低电阻率、潮湿和氯化物的环境中。
 

表10-67 土壤中牺牲阳极使用的选择

土壤电阻率/(Ω·m)推荐使用的牺牲阳极
>100不宜采用牺牲阳极
60~100高电位的纯镁系或镁锰系镁阳极
15~60镁铝锌锰系镁阳极
<15镁铝锌锰系镁阳极或锌合金阳极
<10(含Cl-)锌合金或铝锌系合金阳极


  (二)牺牲阳极地床
  为了防止土壤对阳极的钝化作用,一般在阳极四周都要填有一定的化学填料,填料的作用为:
  1.改良阳极周围环境,确保稳定、良好的电流效率。
  2.降低阳极接地电阻,增加阳极输出电流。
  3.溶解电极腐蚀产物,防止阳极极化。
  4.吸收周围土壤中水分,维持阳极四周长久湿润,提高阳极的工作电位。
  化学填料的推荐配方列于表10-68中。
  不同的阳极、不同的适用环境需采用不同的填包料。
  表10-68中的膨润土系一种特殊的硅酸盐土壤,具有强的吸水性,并能形成半透膜,阻止土壤中阴离子(在填包料中)的流失。因此,膨润土不可用粘土来代替。
 

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