辅助阳极

辅助阳极

油气储运工程

07级本科二班 姓名：黄伟

学号：200711011230

辅助阳极

辅助阳极用做阴极保护系统中的辅助电极，称为辅助阳极，通过其本身的溶解，与介质（如土壤、水）、电源、管道形成电回路。辅助阳极在不同的环境中使用不同的材料，有高硅铸铁阳极，铂钛阳极，铂铌阳极，钛基金属氧化物阳极，石墨阳极，埋地金属氧化物阳极等。

辅助阳极的基本要求

在外加电流阴极保护系统中与直流电源正极相连接的电极称为辅助阳极。它的作用是使外加阴极电流得以从阳极经过介质流到被保护体, 构成电流的回路。辅助阳极的电化学性能、机械性能、工艺性能以及阳极的形状, 布置方法等均对阴极保护的效果有重要的影响, 因此, 必须合理地选用阳极材料。辅助阳极应满足以下要求: (1) 具有良好的导电性和较小的表面输出电阻; (2) 在高电流密度下阳极极化小, 而排流量大。即在一定的电压下, 阳极单位面积上能通过较大的电流;

(3)具有较低的溶解速度, 耐蚀性好, 使用寿命长; (4) 具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击振动;

(5) 材料带源方便, 价格便宜, 容易制作。

辅助阳极是外加电流阴极保护系统的重要组成部分。 阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。阴极保护分为牺牲阳极保护和强制电流保护两种方法。在这里我们只研究辅助阳极法。

牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属和合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低速率的方法。 在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极。通常用作牺牲阳极的材料有镁和镁合金、锌合金、铝合金等。镁阳极适用于淡水和土壤电阻率较高的土壤中，锌阳极大多用于土壤电阻率较低的土壤和海水中，铝阳极主要应用在海水、海泥以及原油储罐污水介质中。 牺牲阳极保护法的主要特点是： (1) 适用范围广，尤其是中短距离和复杂的管网 (2) 阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小 (3) 随管道安装一起施工时，工程量较小 (4) 运行期间，维护工作简单。 (5) 阳极输出电流不能调节，可控性较小。

辅助阳极材料的性能：

在外加电流阴极保护系统中与直流电源正极连接的外加电极称为辅助阳极，作用是使电

流从阳极经介质到达被保护结构的表面。辅助阳极用做阴极保护系统中的辅助电极，通过其本身的溶解，与介质（如土壤、水）、电源、管道形成电回路。辅助阳极在不同的环境中使用不同的材料，有高硅铸铁阳极，铂钛阳极，铂铌阳极，钛基金属氧化物阳极，石墨阳极，埋地金属氧化物阳极等。

常用辅助阳极型号规格

型号 Model CYB-3 CYB-4 CYB-2 CYY-2 CYQ-5 CYQ-6 CYQ-7 DYY-1 DYY-2 DYY-3 DYY-4 DYY-5 埋地金属氧化物阳极 DYY-6 DYY-7 DYY-1/n DYY-2/n YGT-1 YGT-2 YGT-3 YGT-4

目前常用的阳极材料有：

土壤中常用的辅助阳极材料有碳素钢，铸铁，高硅铸铁，石墨，磁性氧化铁，钛基贵金属氧化物，柔性阳极，铂及镀铂材料。其中中间使用最多的是高硅铸铁，钛基贵金属氧化物阳极，在含有氯离子的环境中，宜采用含鉻的高硅铸铁阳极（从理论上讲，任何导电材料均可做阳极材料，但从经济上考虑，很多材料就不合适了。）

通常高硅铸铁阳极的引出线和阳极的接触电阻应当小于0.01欧姆，接头密封可靠，阳极表面应无明显缺陷。一般阳极铸铁阳极的消耗率为0.5kg/（A.a）左右。

按阳极的埋设方式分，阳极地床分浅埋阳极地床和深井阳极地床两种。深井阳极地床的优点是保护距离大，电流分配比较均匀，从而保护电位分布均匀，且可以减轻阳极地床对周围邻近地下金属构筑物干扰，占用土地少，特别是需要占用农田时或地面建筑物密集时。选用何种铺设方式取决于被保护套管外壁的面积大小，现场实际情况，经济因素，运行要求以

高硅铸铁阳极 圆柱 串状 管状 铅银微铂阳极 名称 Name 规格Specification 工作电流范围 寿命 形状 长×宽×高 Operating Current Life Shape （直径×高） A a L×W×H（D×H）/mm 长条 长条 长条 长条 长条 长条 长条 800×180×25 600×180×25 920×180×40 φ340×33 1200×253×33 920×180×40 1340×180×40 540×180×40 φ25×1000 φ25×700 φ50×650 φ50×800 φ50×1000 6.35×0.635 12.7×0.635 φ25×1000×n φ25×700×n φ50×1500 φ75×1200 φ75×1500 φ100×1500 ≤70 ≤50 ≤50 ≤50 ≤100 1.5—30 2.5—50 1.0—20 8—12 5—8 10 12.5 15 2.3 4.6 （8－12）×n （5－8）×n 1.2—18.8 1.5—22.6 1.8—28.3 2.4—37.7 20 10 30 10 15 20 铂铌复合阳极 铂钛复合阳极 CYY-1 钛基金属氧化物阳极 圆盘

及设计因素。

浅埋阳极地床的安装，辅助阳极位置与套管垂直距离宜采用50-300米，并应选择在水位较高或低洼潮湿，土层厚，无石块，便于施工处，对邻近的地下构筑物干扰小，阳极与套管之间不应有其他的金属构筑物，还应当适应阳极附近地区的近期发展规划，以免将来相互影响。

辅助阳极地床应当填充填料，以降低阳极接地电阻，减少阳极消耗，并利于阳极产生的气体（氧气，二氧化碳，一氧化碳等）的逸出。

通常高硅铸铁阳极的填充料为焦炭渣，其上下部的焦炭总厚度为300mm，焦炭渣最大粒径应小于i15mm，含碳量应大于85%。焦炭渣多为多孔结构，导电性良好，作为地床的填充料不仅可以避免气阻现象，又可以加大阳极的尺寸，减小阳极的接地电阻，延长阳极的是用寿命。

填充焦炭渣时，不得混入泥土且应压实，以确保高硅铸铁阳极与焦炭渣电接触良好。阳极地床安装以后，回填之前应浇透水，以减小阳极接地电阻。

在焦炭渣填料层上方应敷设一层砾石或粗砂，起作用是便于阳极工作时产生的气体的逸出。

高硅铸铁阳极质硬，性脆，易碎，搬运和安装时宜轻拿轻放，以防阳极的损坏，为保证阳极安装的数量，通常适量增加阳极的备料量。

阳极的并联母线与直流电源输出阳极，电缆的连接可以通过接线箱连接，在油田或其他需防爆的场所，应采用防爆接线箱。

深井阳极的安装，安装时与套管的距离也在50-300米之间，地床条件的选择跟浅埋阳极相同。

在安装时根据施工设计要求打阳极井，在阳极井中先填充一些焦炭，然后将阳极体逐渐下放到井中，安装完毕后再向井中填充焦炭，再向阳极井中灌水，使焦炭充分吸收水分以增加阳极体的导电性，最后对阳极井进行回填。

在安装阳极时，首先阳极体的导气管应对齐，以便于气体的排出，避免造成气阻现象，同时用固定螺栓将阳极体固定连接。 阳极地床电阻;

为了减少外加电能在阳极地床上的消耗，我们希望阳极地床有较小的接地电阻。 一般要求阳极地床接地电阻小于1欧姆（设计时一般取0.5欧姆）。 阳极地床与地下管道的安全距离

一般要求阳极地床与地下管道的安全距离为300-500米，当保护电流过大时，还应用阳极电场电位梯度小于0.5mV/m来校核。 外加电流阴极保护：

将被保护的金属构件整体接至直流电源的负极，通过外加阴极电流使金属阴极极化，这种方法叫外加电流阴极保护法。系统中阳极为一个不溶性的辅助件，二者组成宏观电池，实现阴极保护。 基本原理:

1.如果将金属的电位向负方向调整金属将进入不腐蚀区，其阳极溶解便被抑制。

2.为此向被保护件引入阴极电流，使其发生阴极极化。这是金属处于金属/溶液体系中腐蚀电池的电流作用与外加电流的作用的综合作用下。通过调整外加电流可以达到控制金属腐蚀的目的。

3.当外加电流有辅助阳极流向阴极时，阴极本身还承受着腐蚀原电池的阳极电流。 4.当外阴极电流等于阴极电流时，阳极电流则为0，阳极反应停止，金属腐蚀停止。

外加电流保护法中，保护电流由外部直流电源提供，靠电源的电压来驱动电流，辅助阳

极起传送电流的作用，材料为导体，如高硅铸铁等。

对于长输管道，我们采用最小保护电位作为标准。 金属处于完全保护时所具有的电位称为最小保护电位。它相当于金属表面最活泼的阳极点的开路电位，它和最小保护电流相对应。对金属所加阴极电位高于最小保护点位时（按绝对值）（实际上是使金属的电位更负）金属处于保护状态。

地下长输管路，电流流经管路时，要产生电压降，为保证管路沿线个点电位都高于最小电位。通过点电位越高，保护距离也就越长。但是在实际中，通电点电位不能加的太高（即不能更负），最高不能超过最大保护电位，即通电点的电位收到最大保护电位的限制。

金属构件的负电位高于最小保护电位时，金属得到保护。但过高的负电位可能导致金属表面发生析氢，氢气泡会破坏金属表面防腐绝缘层，也可能导致发生氢脆。

此外，负电位过高也会对临近构件产生不良影响。

使金属得到充分保护而不致出现析氢等危害所施加的最高负电位，称为最大保护电位。 例如，钢在海水中的保护电位在-0.8—-0.9.（相对于 银/氧化银/海水 参比电极）。当电位比值-0.8更正时，钢不能得到完全保护，所以该值又称为最小保护电位，当电位比-0.9更负时，阴极(即钢）上可能析氢，因而又发生氢脆的危险。

自然电位，又作自然腐蚀电位，它是指电解液的组成、温度、等影响电极电位的因素维持在自然状态时金属的电极电位。

对于地下管道来说，自然电位就是未加保护是钢管的电位。 另外，网状阳极阴极保护方法是目前国际上流行且成熟的针对新建储罐罐底外壁的一种有效的阴极保护新方法，在国际和国内都得到了广泛应用。网状阳极是混合金属氧化物带状阳极与钛金属连接片交叉焊接组成的外加电流阴极保护辅助阳极。阳极网预铺设在储罐基础中，为储罐底板提供保护电流。