陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù):為了防止通信線路或設(shè)備被腐蝕，而使被保護(hù)的設(shè)備對(duì)地保持負(fù)電位的一種防腐蝕措施。

中文名:陰極保護(hù)

外文名:Cathode Protection

別稱(chēng):無(wú)

應(yīng)用學(xué)科:信息通信

特點(diǎn):腐蝕、負(fù)電位、防腐蝕措施

陰極保護(hù)的原理是在線纜的金屬外皮上人為接入負(fù)電位，在一定距離之外的電極上接正電極，確保線纜的金屬外皮對(duì)地具有負(fù)電位。這樣就不會(huì)出現(xiàn)電流通過(guò)線纜的外皮向外流出的現(xiàn)象，這樣會(huì)起到保護(hù)線纜外皮的作用。如圖1所示。

陰極保護(hù)使用的場(chǎng)合較多，它通常由一個(gè)電源變壓器和一個(gè)橋型整流器組成。陰極保護(hù)的電壓是可以調(diào)節(jié)的，使用的電源負(fù)荷較大。它把交流220 V電源通過(guò)變壓器和整流電路變成直流，將負(fù)電極接至金屬外皮，正電極接地，確保線纜外皮對(duì)地保持適當(dāng)?shù)呢?fù)電位，這樣線纜的金屬外皮就不容易受到腐蝕了。

陰極保護(hù)設(shè)備如果不用交流電，也可以用直流電池供電。但注意陰極設(shè)備應(yīng)安裝在線纜外皮平均正電位最高的地點(diǎn)。

如上圖，陰極保護(hù)設(shè)備接地的正電極有大量的電流流出，如果采用金屬接地體，這會(huì)消耗很大;通常采用石墨電極作為接地體。

我們?cè)谛g(shù)語(yǔ)"線路防蝕"中還提到陽(yáng)電極的保護(hù)方法，這種防腐蝕措施的原理和陰極保護(hù)的原理是一致的。但陽(yáng)電極的方法不需要電源。將陽(yáng)電極與線纜金屬外皮相連并埋在地下，陽(yáng)電極的電位高于線纜外皮電極的電位，它與電纜外皮構(gòu)成原電池，由陽(yáng)電極流向電纜外皮的電流，可以抵消電纜外皮流出的電流，這樣陽(yáng)電極就代替線纜的金屬外皮受到腐蝕，"李代桃僵"通過(guò)犧牲陽(yáng)電極的方式保護(hù)了電纜，大家應(yīng)該知道，陽(yáng)電極為何也稱(chēng)為"犧牲電極"了吧。

Cathodic Protection

金屬-電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時(shí)，電位負(fù)移，金屬陽(yáng)極氧化反應(yīng)過(guò)電位ηa 減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱(chēng)為陰極保護(hù)效應(yīng)。利用陰極保護(hù)效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護(hù)方法叫做陰極保護(hù) 。

由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)(失電子反應(yīng))受到抑制。當(dāng)金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時(shí)，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。

兩種陰極保護(hù)法:外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極保護(hù)。

1、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型(電流一般小于1安培)或處于低土壤電阻率環(huán)境下(土壤電阻率小于100歐姆.米)的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲(chǔ)罐等。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)資料的報(bào)道，對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽(yáng)極的使用壽命一般不會(huì)超過(guò)3年，最多5年。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽(yáng)極的電流輸出。產(chǎn)生該問(wèn)題的主要原因是陽(yáng)極成份達(dá)不到規(guī)范要求，其次是陽(yáng)極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計(jì)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，除了嚴(yán)格控制陽(yáng)極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽(yáng)極床位置。

2、外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周?chē)h(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如:長(zhǎng)輸埋地管道，大型罐群等。

在采用陰極保護(hù)時(shí)，應(yīng)具備以下條件:

1.被保護(hù)構(gòu)筑物必須是可導(dǎo)電的金屬件，且具有足夠低的縱向?qū)щ娐?

2.與低歐姆的接地裝置不得有金屬導(dǎo)電性連接;

3.容器和管道均應(yīng)具有足夠電阻率的防腐層。

注:隨著防腐層電阻的增大，保護(hù)電流密度相應(yīng)地降低，越加有利于電流均勻分布，擴(kuò)大保護(hù)范圍。當(dāng)保護(hù)電流密度增大時(shí)對(duì)外部裝置的干擾影響也增加。

若管道建在或運(yùn)行在高壓電裝置附近，就必須遵循Akf第三號(hào)推薦標(biāo)準(zhǔn)。若考慮到防爆和放接觸電壓，需要與接地的外部設(shè)備進(jìn)行電連接或者這類(lèi)連接決不可被取消，這是應(yīng)按照Afk第九號(hào)標(biāo)準(zhǔn)推薦采用局部陰極保護(hù)技術(shù)。

陰極保護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，廣泛應(yīng)用到土壤、海水、淡水、化工介質(zhì)中的鋼質(zhì)管道、電纜、鋼碼頭、艦船、儲(chǔ)罐罐底、冷卻器等金屬構(gòu)筑物等的腐蝕控制。

1834年--法拉第→陰極保護(hù)原理奠定基礎(chǔ)

1890年--愛(ài)迪生→提出強(qiáng)制電流保護(hù)船舶

1902年--柯恩→ 實(shí)現(xiàn)了愛(ài)迪生的設(shè)想

1905年 --美國(guó)用于鍋爐保護(hù)

1906年 --德國(guó)建立第一個(gè)陰極保護(hù)廠

1913年 --命名為電化學(xué)保護(hù)

1924年 --地下管網(wǎng)陰極保護(hù)