金屬結(jié)構(gòu)陰極保護防腐的應(yīng)用

張 宇

(五常市水務(wù)局，黑龍江五常 150200)

金屬結(jié)構(gòu)陰極保護防腐的應(yīng)用

張 宇

(五常市水務(wù)局，黑龍江五常 150200)

金屬結(jié)構(gòu)采取多種措施防腐，陰極保護防腐是其中之一。犧牲陽極陰極保護防腐在國內(nèi)外早有研究應(yīng)用，效果良好。本文介紹陰極保護防腐原理和在我國供水供氣管道、海港碼頭鋼管樁、大型油氣罐、水工金屬閘門等陰極防腐應(yīng)用情況，推薦有關(guān)工程設(shè)計時參考應(yīng)用。

水工金屬結(jié)構(gòu);犧牲陽極陰極防腐

0 前言

陰極保護是用輔助陽極或犧牲陽極材料的腐蝕來代替被保護金屬設(shè)備的腐蝕。從而達到延長被保護金屬設(shè)備的使用壽命，提高其安全性和經(jīng)濟性的目的［1］。

上世紀(jì)70年代初陰極保護技術(shù)日趨完善，成為歐、美、日等國的聯(lián)邦法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。我國早期的部頒標(biāo)準(zhǔn)SYJ7-84就已規(guī)定油、氣管道建設(shè)必須實施陰極保護。

現(xiàn)在陰極保護防腐技術(shù)在供水供氣管道、海港碼頭鋼管樁、大型油氣罐中廣泛應(yīng)用，在江蘇省秦淮新閘和武定門節(jié)制閘等閘門防腐中應(yīng)用效果良好。實踐證明這是一項投資少，其經(jīng)濟和社會效益明顯的技術(shù)。

1 犧牲陽極陰極防腐原理

每種金屬浸在一定介質(zhì)中都有一定的電位(自然電位)，腐蝕電位可表示為金屬失去電子的難易，腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子，失去電子的部位為陽極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)［2］。陽極區(qū)失去電子受到腐蝕，而陰極區(qū)得到電子得到保護免遭腐蝕。

犧牲陽極陰極保護是指將被保護金屬進行陰極極化，將電位更負(fù)的金屬與被保護的金屬相連，處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上電子轉(zhuǎn)移到被保護的金屬上去，使被保護金屬整體處于電子過剩狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負(fù)電位，避免被保護金屬失去電子。

通常以鎂、鋅、鋁這3類金屬或合金作為犧牲陽極，靠著自身腐蝕速度的增加向被保護金屬提供陰極保護電流。

根據(jù)介質(zhì)電阻率不同選用不同的犧牲陽極，鋅陽極適用于電阻率＜15Ω的土壤中。鋁陽極適用于海水、污水、石油等介質(zhì)中。鎂陽極適用于任何電阻率的土壤中。

2 犧牲陽極陰極保護的應(yīng)用

目前在西方發(fā)達國家，金屬陰極保護防腐得到了廣泛應(yīng)用，并取得明顯的效果。如英、美、日等國在相關(guān)的工業(yè)法規(guī)中規(guī)定:未加陰極保護而只有防腐覆蓋層的新建金屬管道禁止使用。我國埋地管網(wǎng)陰極保護做得較好，一般都要求埋地的新建金屬管道必須采用陰極保護，儲罐和鋼質(zhì)管道在改造時應(yīng)逐步采用陰極保護。

根據(jù)目前電力行業(yè)金屬構(gòu)筑物使用越來越多的情況，借鑒與采用國際 API、ASTM、NACE及國家GB、SYJ、SY/T的相關(guān)設(shè)計與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程、測試方法、施工與驗收規(guī)范，首先大力推廣陰極保護在變電所、發(fā)電廠及交直流高壓輸電鐵路塔接地裝置金屬防腐蝕方面上的應(yīng)用;其次，在電力行業(yè)發(fā)電廠內(nèi)推廣應(yīng)用金屬結(jié)構(gòu)材料電化學(xué)腐蝕的陰極保護，如保護水源地取水泵房的進水?dāng)r污柵(粗濾網(wǎng))，保護水源底部取水口的內(nèi)頂面、底面、側(cè)面及上部的進水柵欄，保護冷卻水引水管線系統(tǒng)、循環(huán)水泵、埋地油罐等，進而將應(yīng)用領(lǐng)域擴展到地下、水中及化工介質(zhì)中的管道、容器、港口碼頭、船舶、混凝土構(gòu)筑物及化工金屬設(shè)備等方面，尤其是開拓埋地管道、埋地儲罐容器(埋地儲油罐、埋地儲氣罐、埋地儲水罐)、卸煤港口碼頭和船舶方面的應(yīng)用，都具有極其廣闊的前景。

2.1 應(yīng)用于油田集輸管道、大型儲罐、加油站儲罐等工程

油田集輸管道、大型儲罐，加油站儲罐等工程全部采用了陰極防腐技術(shù)。

金屬管道等結(jié)構(gòu)物的防腐通常采用不同形式的非金屬涂敷層，由于非金屬涂敷層在施工中產(chǎn)生的漏涂、運輸安裝過程中的劃傷，隨使用時間的延長而產(chǎn)生的老化以及涂敷層本身的滲水性，造成金屬結(jié)構(gòu)表面涂層的局部破壞，進而產(chǎn)生局部腐蝕，嚴(yán)重可導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)物的穿孔、斷裂，這對于輸油管道、煤氣管道、油氣貯罐等是十分致命的，極易引發(fā)災(zāi)難性的事故。

陰極保護彌補了非金屬涂敷層的缺點，涂層局部暴露部分的防腐可以由陰極保護來完成，管道及鋼質(zhì)儲罐等金屬構(gòu)筑物采用非金屬涂敷層和陰極保護聯(lián)合防腐的方法，是最經(jīng)濟、最有效、最可靠的防腐措施。

2.2 應(yīng)用于海岸干貨散裝碼頭

某海岸干貨散裝碼頭采用DN 1 200 mm鋼管樁480根，安裝鋁合金犧牲陽極408塊，在海水中陰極保護有效年限:t≥30 a。

在有效保護時間內(nèi)，被保護鋼管樁的保護電位為-0.85 V～-1.1 V(相對硫酸銅參比電極)。

在有效保護期內(nèi)，保證鋼管樁的腐蝕得到有效的抑制，表面無銹蝕，不產(chǎn)生蝕坑等集中腐蝕現(xiàn)象，樁壁無明顯減薄。

2.3 應(yīng)用于輸水管道埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

輸水管道埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)，利用金屬鋅塊做犧牲陽極，經(jīng)過對輸水管線管道保護電位測量，測量結(jié)果為-0.95～1.20 V(相對硫酸銅參比電極)符合設(shè)計要求，達到防腐的目的。

2.4 應(yīng)用于鋼閘門

在水利工程中江蘇秦淮河、鎮(zhèn)江、鹽城、淮河如海擋潮等100多個鋼閘門采用了非金屬防腐層和犧牲陽極陰極保護相結(jié)合技術(shù)，比較典型的有以下2種類型:

2.4.1 秦淮河節(jié)制閘

秦淮河節(jié)制閘 12孔，鋼閘門寛6.10 m，高5.40 m，水下部位采取噴鋅加涂料與犧牲陽極陰極保護結(jié)合設(shè)計使用壽命＞15 a。

2.4.2 武定門節(jié)制閘

武定門節(jié)制閘6孔，為上下扉平面鋼閘門，上扉閘門寛8.50 m、高4.15 m，下扉門寬8.06 m。高8.00 m，在常年水下部位采取了陰極保護措施，設(shè)計使用壽命15 a，通過檢查測量，鋼閘門測點保護電位處于-0.923～-1.320 V范圍(相對硫酸銅參比電極)，所有測點電位均小于-0.85 V的保護電位。

經(jīng)過多年運行監(jiān)測，鋼閘門防腐效果穩(wěn)定，水下部位防腐效果良好。

3 在水利工程金屬結(jié)構(gòu)防腐的必要

黑龍江省水利工程中，水庫、堤防、灌區(qū)使用的鋼閘門、攔污柵及水電站壓力內(nèi)襯鋼管，常年接觸腐蝕性介質(zhì)，一般采用噴涂料、刷防腐漆等防腐措施。由于非金屬涂層受冰凍、撞擊、劃傷等外界因素破壞，局部防腐保護失效，造成鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。采用犧牲陽極陰極保護技術(shù)與非金屬涂層相結(jié)合，可有效解決防腐問題。

犧牲陽極陰極保護技術(shù)不需要外接電源，對鄰近金屬構(gòu)造物干擾小，不需要有專人看管，幾乎不需要養(yǎng)護。管理維護工程費用少。不足之處是犧牲陽極需定期更換有色金屬，雜散電流干擾大時不能使用?，F(xiàn)在國內(nèi)犧牲陽極生產(chǎn)廠家眾多，各種規(guī)格、材質(zhì)的犧牲陽極產(chǎn)品齊全，犧牲陽極安裝簡便，可操作性強，具備了廣泛使用的條件。

4 結(jié)語

水工金屬結(jié)構(gòu)采用犧牲陽極陰極技術(shù)與非金屬涂層結(jié)合防腐，是經(jīng)濟、合理、長效、穩(wěn)定、環(huán)保的防腐措施，建議在黑龍江省水利工程金屬結(jié)構(gòu)防腐工程中大力推廣使用。

［1］胡治平，池華建.陰極保護防腐蝕技術(shù)在變電所及發(fā)電廠的應(yīng)用［J］.江蘇電機工程，2006，25(02):82-84.

［2］陳光章，吳建華.腐蝕與控制［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:46-48.

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2014-01-09

張宇(1973-)，男，黑龍江五常人，工程師。