阴极保护基本原理(6)

聚合物阳极是在铜芯上包覆导电聚合物而构成的连续性阳极，也称柔性阳极或缆形阳极。铜芯起导电的作用，而导电聚合物则参与电化学反应。由于铜芯具有优良的电导性，因此可以在数千米长的阳极上设一汇流点，聚合物阳极在土壤中使用时，需在其周围填充焦碳粉末而构成阳极地床，其在地床中最大允许工作电流为82mA/m，尽管与其它阳极相比，其工作电流密度很低，但由于可靠近被保护结构物铺设连续地床，因此可提供均匀、有效的保护。

聚合物阳极安装简便，特别适于裸管或涂层严重破坏的管道、受屏蔽的复杂管网区的保护以及高电阻率的土壤中。但应注意不能过度弯曲。 2.7 混合金属氧化物阳极

混合金属氧化物阳极是在钛基体上被覆一层具有电催化活性的混合金属氧化物而构成，最早应用于氯碱工业，后推广应用于其它工业，包括阴极保护领域。由于采用钛为基体，因而易于加工成各种所需的形状，并且重量轻，这为搬运和安装带来了方便。由于电极表面为高催化活性的氧化物层所覆盖，在表面的一些缺陷处露出的钛基体的电位通常不会超过2伏，因此钛基体不会产生表面钝化膜击穿破坏（在土壤中使用时，外加电压一般控制在60伏以下）。混合金属氧化物阳极还具有极优异的物理、化学和电化学性能。其涂层的电阻率为10-7Ω.m，极耐酸性环境的作用，极化小并且消耗

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率极低。通过调整氧化物层的成份，可以使其适于不同的环境，如海水、淡水、土壤中。

混合金属氧化物阳极在地床中于100A/m2，工作电流密度下使用寿命可达20年，其消耗速率约2mg/A.a，由于混合金属氧化物阳极具有其它阳极所不具备的优点，它已成为目前最为理想和最有前途的辅助阳极材料。 牺牲阳极接地电阻以及发电量计算

内容：

一、阳极接地电阻 Ra=ρln(L/r)/2πL Ra=阳极接地电阻(ohms) ρ=土壤电阻率(ohm-m) L=阳极长度(m) r=阳极半径（m）

需要指出的是，由于填料电阻率很低，阳极的长度和半径是根据填料袋尺寸来确定。 二、阳极驱动电位

假设被保护结构的极化电位为-1.0V，则驱动电压 ΔV=V+1.0。

V=阳极电位：高电位镁阳极-1.75V，低电位镁阳极-1.55V，锌阳极电位-1.10V。 三、阳极发电量计算

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阳极实际发电量I=ΔV/Ra 四、应用举例：

某埋地管道，长度为13公里，直径159毫米，环氧粉末防腐层，处于土壤电阻率30欧姆.米环境中，牺牲阳极设计寿命15年。计算阳极的用量。

由于土壤电阻率较高，设计采用高电位镁阳极阴极保护系统。

1、被保护面积：A=π×D×L D=管道直径，159mm L=管道长度，13x103m A=3.14×0.159×13000=6490m2

2、所需阴极保护电流：I=A×Cd×（1-E） I=阴极保护电流

Cd=保护电流密度，取10mA/m2 E=涂层效率，98% I=6490×10×2%=1298mA

3、根据设计寿命以及阳极电容量计算阳极用量 W=8760It/ZUQ I=阳极电流输出(Amps) t=设计寿命(years) U=电流效率(0.5)

Z=理论电容量(2200Ah/kg)

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Q=阳极使用率（85%） W=阳极重量(Kg)

W=8760×1.298×15/（2200×0.5×0.85）=183Kg 选用7.7公斤镁阳极，需要24支。 4、根据阳极实际发电量计算阳极用量 Ra=ρln(L/r)/2πL Ra=阳极接地电阻(ohms) ρ=土壤电阻率(ohm-m) L=阳极长度(m) r=阳极半径（m）

7.7Kg阳极填包后尺寸为：长=762mm，直径=152mm。 Ra=30×ln(2×0.762/0.152)/（2×3.14×0.762）=16.9Ω

假设管道的自然电位为-0.55V，极化电位-1.0V，保护电流1298mA，则管道的接地电阻为=0.35Ω，加上导线电阻，则电路电阻共计17.5Ω。

假设管道的极化电位为-1.0V，镁阳极的驱动电位为-1.75V，则镁阳极的驱动电压为0.75V。

单支阳极的输出电流为：0.75/17.5=43mA，输出1298mA电流需要阳极为1298/43=30.1支，取30支。

由于根据接地电阻计算的阳极用量大于根据电流量计算的阳极用量，所以，取30支阳极。

将30支阳极沿管道每隔433米埋设一支，然后与管道连接。

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5．牺牲阳极系统实际寿命验算：

t=WZUQ/8760I=30×7.7×2200×0.5×0.85÷（8760×1.298）=19 t=19years

牺牲阳极系统的实际寿命为19年。 阴极保护主要参数与阴极保护准则

内容：

1、自然电位

自然电位是金属埋入土壤后，在无外部电流影响时的对地电位。自然电位随着金属结构的材质、表面状况和土质状况，含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然电位在-0.4～0.7VCSE之间，在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，一般取平均值-0.55V。 2、最小保护电位

金属达到完全保护所需要的最低电位值。一般认为，金属在电解质溶液中，极化电位达到阳极区的开路电位时，就达到了完全保护。 3、最大保护电位

如前所述，保护电位不是愈低愈好，是有限度的，过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气，造成涂层与管道脱离，即，阴极剥离，不仅使防腐层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆进而发生氢脆断

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