阴极保护电参数的取值和测试

河南汇龙合金材料有限公司刘珍

阴极保护电参数的取值和测试

随着科技的发展和中国石油天然气管网的建设，阴极保护因其投资小、见效快、效果好等优点越来越受到用户的认可，但是在阴极保护工程设计和日常维护中，由于对阴极保护参数的取值不准确，造成投资浪费，严重的还会产生过保护或欠保护等问题，因此如何取值是一个既重要又严肃的问题。河南汇龙合金材料有限公司刘珍

（一）电位标准

阴极保护需要对被保护的金属结构施加阴极电流，通过阴极极化使其电位负移，从而使腐蚀过程完全停止（完全保护）或使腐蚀速度降低到人们可以接受的程度（有效保护）。被保护结构的电位是判断阴极保护效果的关键参数和标准，也是实施现场阴极保护控制和监测、判断阴椒保护系统工作是否正常的重要依据。

保护电位，是指通过阴极保护使金属结构达到完全保护或有效保护所需达到的电位值。保护电位有时是一个电位区间，人们习惯上将为达到阴极保护所用诸极化电位中的最正的电位称为最小保护电位；而将最负的电位称作最大保护电位。如果被保护结构的电位太负，超过最大保护电位，不仅会造成电能的浪费，而且还可能由于被保护结构表面析出氢

河南汇龙合金材料有限公司刘珍气，造成表面涂层严重剥落或导致金属的氢脆，即出现过保护的情况。保护电位的数值与被保护金属的种类及其所处的环境等因素有关。不少国家已将保护电位列入了各种标准和规范中，可供阴极保护设计参考。表7一9一30取自英国标准所制定的《阴极保护实施规范》，给出了一些金属在海水和土壤中进行阴极保护时的保护电位值。美国腐蚀工程师协会（NACE）在《埋地和水下金属管道外部腐蚀控制推荐规范》RP一01一69(1983年）的标准中，对阴极保护准则做出了某些规定。对于在天然水和土壤中的钢和铸铁构筑物，规定保护电位至少应为一0.85V（相对于饱和Cu/Cuso、参比电极，即SCSE）。同时提出有关阴极保护的电位移动原则，认为通过施加阴极电流使被保护结构的电位从其开路电位负移300mV，便可使中性水溶液和土壤中的钢铁结构得到有效保护。如果在中断保护电流的瞬间测量，则电位负偏移值应大于1OOmV。断电流电位测量结果中由于不包括电流通过电解质所造成的IR电位降，所以保护条件更为确定。在我国，埋设在土壤中的钢管道其保护电位通常为一O.85V(SCSE)；在厌氧的硫酸盐还原菌存在的土壤中，则为一0.95V(SCSE）。在土壤中钢管道自然电位相当负时，取负向偏移O.3V为保护的标准。实际上，这也是全世界公认的阴极保护标准。

河南汇龙合金材料有限公司刘珍注：①此表数据取自1983年8月英国标准研究所制定的阴极保护规范。

②全部电位值均以0.O5V进行舍或入。海水系指洁净、充气且未稀释的海水。

③电位太负时，由于局部环境碱化，铝会加速腐蚀。因此规定了电位的上、下限。

在海水和上壤等介质中，由于国内外己有多年的阴极保护实际经验，保护电位值可根据有关标准或经验选取。但对于某些体系，积累的经验和数据较少，因而有时需要通过实验确定保护参数。此外，阴极保护的电位标准并非在任何条件下都是固定不变的，实际工作人员应利用自己的知识和经验，具体问题具体分析，以便做出好的设计。

（二）保护电流密度

在阴极保护中，使被保护结构达到最小保护电位所需的阴极极化电流密度称为最小保护电流密度，达到最大保护电位所需的电流密度称为最大保护电流密度。保护电流密度也是阴极保护的重要参数之一。

保护电流密度的大小与被保护金属的种类、腐蚀环境条例、保护系统中电路的总电阻等因素有关，这些因素有时能使保护电流密度在很宽的范围内变化。例如在下列环境中保

河南汇龙合金材料有限公司刘珍

护未加涂层的钢结构，其保护电流分别为：

土壤10～1OOmA/㎡

淡水20～50mA/m,

静止海水50～150mA/m,

流动海水150～300Ma/m,

采用涂层和阴极保护联合保护时，由于表面有有机涂层，故保护电流密度可降低为裸钢的几十分之一到几分之一。例如，保护具有玻璃纤维强化的沥青涂层的钢结构，保护电流密度大约是0.1～1.0mA/㎡；而对于具有聚乙烯或环氧类涂层的结构，保护电流密度只有0.01～O.10mA/㎡。这时只有涂层的针孔和缺陷处需要保护电流。因此保护电流密度的大小随涂层质量的高低和被破坏的程度不同而不同。通常，随保护时间延长、表面涂层的破坏程度增大，相应的保护电流密度也要增加。采用联合保护时，电流的分散能力非常好。但去极化剂的阴极还原会造成被保护结构表面pH值升高，因此需选用耐碱的涂料。

在含有钙、镁离子的海水等介质中，金属表面碱度增大会促进CaCO3，在表面沉积；在较高的电流下，Mg2＋也可能会以Mg(OH)2的形式沉积出来。钙·镁沉积物可在一定程度上具有保护作用，同样会降低所需的保护电流密度。介质的流动速度也会影响保护电流密度。例如，随海水流动

河南汇龙合金材料有限公司刘珍

速度增大或船舶的航速增大，由于促进了氧的去极化作用，会使保护电流密度随之增加。实践表明，航行中的船舶的保护电流密度约为停航时的两倍，高速航行的舰艇则可达3～4倍。

此外，对海洋设施的阴极保护中，海水的温度、盐度、风浪大小、污染程度等对保护电流密度也有一定影响。据挪威船级社推荐的资料《阴极保护设计》RP.B401介绍，裸钢在世界各海域要求的保护电流密度差异很大，通常为1 30mA／㎡，有的可为110mA/㎡（如印度尼西亚海域、墨西哥湾），高的可达18OmA/㎡（如北海北部海域一一北纬57°～～62°）。由此可见，保护电流密度不是固定不变的。因此，在阴极保护的设计中，保护电流密度的选择除了根据有关标准的规定外，还要综合考虑各种有关因素。对于某些体系，必要时还需通过实验最终确定保护电流密度的值。

有关保护电流密度的数据一般仅能为阴极保护设计提

供必要的参考，但不能做为判断保护程度的判据和控制参数。

（三）最佳保护参数

阴极保护最佳保护参数的选择应既能达到较高的保护

河南汇龙合金材料有限公司刘珍

程度，又能达到较高的保护效率。

保护程度（P）可由下式表示：

式中jcorr一未加阴极保护时的金属腐蚀电流密度；

ja一阴极保护时的金属腐蚀电流密度。保护效率（Z）可由下式表示：

式中jd一jappl一阴极保护时外加的电流密虹；

jcorr和ja的意义。

给出了某些金属阴极保护的计算指数。由该表可以看出，随着ja/jcorr。的减小、jappl/jcorr的增大，电位负移值△甲的增大，保护程度尸不断提高，而保护效率Z却随之下降。在达到完全保护（ja=0）时，保护效率仅仅是0.27％。所以，要达到完全的保护，不一定是适宜的。河南汇龙合金材料有限公司刘珍