燃氣管道犧牲陽極保護犧牲陽極法是最早應(yīng)用的電化學(xué)保護法。它簡單易行，又不干擾鄰近的設(shè)施。犧牲陽極還是抗干擾腐蝕的一種手段，可用來排流、防雷及防靜電接地。與強制電流保護法相比，犧牲陽極法具有獨特的優(yōu)點和功能，因而同樣受到人們的重視。近年來，犧牲陽極技術(shù)在我國得到了推廣和發(fā)展。在生產(chǎn)上也向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方向發(fā)展。并在油、氣管道、海船及海上結(jié)構(gòu)物的防護上得到了成功的應(yīng)用。一、犧牲陽極保護原理依據(jù)電化學(xué)原理，把不同電極電位的兩種金屬置于電解質(zhì)體系內(nèi)，當(dāng)有導(dǎo)線連接時就有電流流動，這時，電極電位較負(fù)的金屬為陽極、利用兩金屬的電極電位差作陰極保護的電流源。這就是犧牲陽極法的基本原理。見圖10-54。二、犧牲陽極材料由于犧牲陽極法是通過陽極自身的消耗，給被保護金屬體提供保護電流。因此，對犧牲陽極材料就產(chǎn)生了性能要求。圖10-54犧牲陽極裝配示意圖.要有足夠負(fù)的電位，在長期放電過程中很少極化。.腐蝕產(chǎn)物應(yīng)不粘附于陽極表面，疏松易脫落，不可形成高電阻硬殼，且無污染。.自腐蝕小，電流效率高。.單位重量發(fā)生的電流量大，且輸出電流均勻。.有較好的力學(xué)性能，價格便宜，來源廣。常用的犧牲陽極有鎂及鎂合金、鋅及鋅合金以及鋁合金三大類。它們的電化學(xué)性能見表10-59。犧牲陽極的電化學(xué)性能取決于材料的成分和雜質(zhì)含量。在犧牲陽極的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都有規(guī)定。表10-59犧牲陽極的電化學(xué)性能??a17.2510.07.924.68三、犧牲陽極種類及規(guī)格型號（一）鎂合金犧牲陽極鎂是比較活潑的金屬，表面不易極化，電極電位比較負(fù)，所以是理想的犧牲了極材料。但是，鈍鎂的電流效率不高，造價太高，所以一般都使用鎂合金做犧牲陽極材料。目前世界上流行的鎂陽極成分很多，但歸納起來只有三個系列：高純鎂系、鎂鎰系和鎂鋁鋅鎰系。其典型的代表成分見表10-60。這三個系列中，Mg-6Al-3Zn-0.15Mn是使用最廣泛的，也是國內(nèi)定型生產(chǎn)的商品化鎂陽極，用于土壤和淡水中性能最正確。表10-60鎂合金犧牲陽極的典型成分鋅鎰5.3?6.72.5?3.50.15?0.6余量0.10.020.030.005SYJ19-1986鎂陽極的化學(xué)成分應(yīng)符合表10-61的規(guī)定。鎂陽極電化學(xué)性能必須符合表10-62的指標(biāo)。表10-61鎂陽極化學(xué)成分合金元素雜質(zhì)不大于(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)AlZnMnMgFeNiCuSi5.3?6.72.5?3.50.15?0.6余量0.0050.0030.020.1表10-62鎂陽極電化學(xué)性能項目單位指標(biāo)測試方法開路電位VW-1.50(Cu/CuSO4)SYJ23-1986理論電容量A?h/kg2210按化學(xué)成分計算電流效率％三5568/14948-1985附錄C注：GB/T4948—1985附錄C的介質(zhì)為海水?本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用時試驗介質(zhì)應(yīng)改用當(dāng)?shù)赝寥?，并用?dāng)?shù)氐叵滤柡?，在被檢陽極四周應(yīng)有5?10mm厚的填包料。鎂陽極規(guī)格按凈重分為2kg、4kg、8kg、11kg、14kg和22k6種。其形式均為梯形斷面。2kg陽極參照長度為206mm,4kg陽極參照長度為360mm，其余均為700mm。用作導(dǎo)電的鋼芯，采納直徑不小于6mm的鋼筋制成。鋼芯表面應(yīng)鍍鋅，外露長度為100mm。陽極基體和鋼芯必須結(jié)合好，接觸電阻應(yīng)小于0.001Q。鎂陽極表面為鑄造表面，其表面應(yīng)清潔、平滑，無顯然鑄造缺陷。鎂陽極應(yīng)儲存在室內(nèi)倉庫內(nèi)，嚴(yán)禁沾染油污、油漆和接觸酸、堿、鹽等化工產(chǎn)品。在鎂陽極驗收時，應(yīng)對外觀、重量進行檢驗。鋼芯與陽極的接觸電阻、化學(xué)成分及電化學(xué)性能，應(yīng)按批量進行抽樣檢查。抽檢率為3%,但至少不少于3支。假設(shè)不合格，加倍抽檢，其中再有一支不合格，則判定該批不合格。當(dāng)化學(xué)成分不合格，而接觸電阻和電化學(xué)性能合格時，可以使用。接觸電阻測試方法是GB/T4948—1985附錄B；化學(xué)成分分析方法按供方采納的標(biāo)準(zhǔn)方法進行；電化學(xué)性能按表10-62中的測試方法進行。鎂陽極的優(yōu)點：對鋼鐵陰極保護(-0.85V)的激勵電壓力-0.7V左右，適應(yīng)的土壤電阻率范圍廣，陽極表面不極化，腐蝕產(chǎn)物易脫落。不宜用于易燃液體環(huán)境中。(二)鋅犧牲陽極鋅是陰極保護中應(yīng)用最早的犧牲陽極材料。鋅的電極電位比鐵負(fù)，表面不易極化，是理想的犧牲陽極材料。鋅不僅可以用于低電阻率土壤中，還可廣泛用于海洋中。目前，鋅犧牲陽極成分均已標(biāo)準(zhǔn)化。如ASTMB418、GB4950等。從陽極成分來分，鋅陽極可分為兩個系列：高純鋅系和鋅鋁鎘系。它們的成分見表10-63中。表10-63鋅陽極的成分陽極系列化學(xué)成分(%)備注AlCdZnFeCuPbSiASTMII MIL-A-18001HAn-Al0.3?0.6-余量0.0050.0050.0060.125SYJ20-1986鋅陽極的開路電位應(yīng)為-1.1V(相對Cu/CuSO4),在海水中電流效率為95%、土壤中為50%?60%,理論發(fā)生電量為820A?h/kg,消耗率為11kg/A-a左右。鋅陽極的最大特點是表面不易極化，電流效率高，材料來源廣，價格便宜。鋅陽極的不夠之處是相對鐵的保護電位(-0.85V)激勵電壓小，只有0.25V,相當(dāng)于鎂陽極的1/3,因此，應(yīng)用范圍較窄。在土壤中使用，一般很制在p150Q-m中（GB/T4950）。當(dāng)土壤潮濕時，可擴展到p30Q?m（SYJ20—1986）。依據(jù)使用的要求，土壤中應(yīng)用的鋅陽極典型規(guī)格見表10-64。表10-64土壤中常用的鋅陽極規(guī)格尺寸陽極尺寸/mm重量/kg有效電量/A?a陽極尺寸/mm重量/kg有效電量/A-a35X35XX50XX50XX35X150010.20.9（三）鋁合金陽極鋁合金作為犧牲陽極材料是近年發(fā)展起來的新品種。由于鋁是自鈍化金屬，所以不管是純鋁還是鋁合金，從電化學(xué)觀點看，都是一種似乎不可克服的弊病，即陽極表面極易鈍化，造成電位正移，活性降低。由于鋁的自飩化性能，所以鈍鋁不能作為犧牲陽極材料。目前已開發(fā)了Al-Zn-Hg系、Al-Zn-In系等幾個系歹L其典型成分見表10-65。由于汞對環(huán)境的污染及冶煉困難，目前各國都限制含汞的鋁陽有生產(chǎn)。而AI-Zn-In系是目前各國公認(rèn)的有前途的鋁陽極系列。表10-65鋁陽極的代表成分余量管道制定院Al-In III0.13余量GB4948-1985為改善陽極的電化學(xué)性能，在三元素合金基礎(chǔ)上又添加了第四、第五元素。世界上流行最廣的GalValumlll型鋁陽極為Al-Zn-In-Si系列。鋁合金犧牲陽極開路電位是-1.18-1.10V(相對飽和甘汞電極)，工作電位為-1.12?-1.05V(相對飽和甘汞電極)，實際發(fā)生電量大于2400A??a。鋁是產(chǎn)量最多的有色金屬，資源廣，價格便宜；其單位重量產(chǎn)生的電量大，是鋅的3.6倍，是鎂的1.35倍，作為犧牲陽極有著廣闊的前途。其不夠之處是電流效率和溶解性能隨陽極成分、制造工藝的不同而異。在土壤中常由于膠體AI(OH)3的聚集而使陽極過早報廢，因此鋁陽極在土壤中的應(yīng)用還有待于探究。表10-66列出了幾種可用于土壤的鋁合金陽極的規(guī)格尺寸。四、犧牲陽極保護的施工(一)陽極種類的選擇表10-66土壤中使用的鋁陽極規(guī)格尺寸①/mm重量/kg有效電量/Az尺寸①/mm重量/kg有效電量/A藝47X(33+47)XX(29+41)XX(40+60)XX(61+75)X200027.47.2注：①括號內(nèi)為梯形截面的上底和下底長度。犧牲陽極種類的選擇主要是依據(jù)土壤電阻率、土壤含鹽類及被保護管道的覆蓋層狀態(tài)來選取陽極。表10-67列出了土壤中選擇犧牲陽極種類的推舉看法。一般說，鎂陽極適用于各種土壤環(huán)境，鋅陽極適用于土壤電阻率低的潮濕環(huán)境，而鋁陽極還沒有統(tǒng)一熟悉，國外一直不主張用于土壤環(huán)境中，國內(nèi)已有不少施行，推舉用于低電阻率、潮濕和氯化物的環(huán)境中。表10-67土壤中犧牲陽極使用的選擇土壤電阻率/（。而推舉使用的犧牲陽極100不宜采納犧牲陽極60?100高電位的純鎂系或鎂鎰系鎂陽極15?60鎂鋁鋅鎰系鎂陽極15鎂鋁鋅鎰系鎂陽極或鋅合金陽極10（含Cl-）鋅合金或鋁鋅系合金陽極（二）犧牲陽極地床為了防止土壤對陽極的鈍化作用，一般在陽極四周都要填有一定的化學(xué)填料，填料的作用為：.改良陽極四周環(huán)境，保證穩(wěn)定、優(yōu)良的電流效率。.降低陽極接地電阻，增加陽極輸出電流。.溶解電極腐蝕產(chǎn)物，防止陽極極化。.汲取四周土壤中水分，維持陽極四周長期濕潤，提升陽極的工作電位。化學(xué)填料的推舉配方列于表10-68中。不同的陽極、不同的適用環(huán)境需采納不同的填包料。表10-68中的膨潤土系一種特別的硅酸鹽土壤，具有強的吸水性，并能形成半透膜，阻止土壤中陰離子（在填包料中）的流失。因此，膨潤土不可用粘土來代替。表10-68犧牲陽極化學(xué)填料推舉配方陽極類型填料成分（重量）（%）備注石膏粉硫酸鈉硫酸鎂生石灰氯化納膨潤土適用環(huán)境。（Q?m）鎂陽極50 50W20SYJ16-19862525 50W20755 2021151520 50202135 5020鋅陽極20飽水土壤鋁陽505 45潮濕土壤SYJ20-1985755極20306020飽水土壤鋁陽30填包料宜采納棉布袋或麻袋預(yù)包裝。不可采納人造纖維織物布袋?？梢栽诂F(xiàn)場包封。填包料厚度不應(yīng)小于50mm。應(yīng)保證陽極四周的填包料厚度一致、密實。填包料應(yīng)調(diào)拌均勻，不能混入石塊、泥土和雜草等。在將裝設(shè)好陽極電纜的陽極塊放入填包料之前。應(yīng)先將陽極表面用砂布打磨干凈。除去氧化皮并去除油污。對鋁合金陽極也可用10%NaOH溶液浸泡數(shù)分鐘，以除去陽極表面的氧化膜，然后用清水沖洗干凈。在裝填袋裝陽極時應(yīng)注意：.防止陽極鋼芯與電纜引出頭焊接處的折斷。.陽極所有裸露的表面均需除凈油污等雜物。.擦洗凈的陽極表面，嚴(yán)禁用手直接拿放，并應(yīng)及時裝入填包袋中，以防污染。.袋裝陽極引出電纜與袋口綁扎要結(jié)實，防止散口。（三）陽極布置與埋設(shè)犧牲陽極的分布可采納單支或集中成組兩種方式。陽極埋設(shè)分立式、水平式兩種。埋設(shè)方向分軸向和徑向。陽極埋設(shè)位置一般距管道外壁3?5m,最小不宜小于0.3m。埋設(shè)深度以陽極頂部距地面不小于1m為宜。成組布置時，陽極間距以2?3m為宜。見圖10-55。圖10-55犧牲陽極埋設(shè)示意圖1—管道2—測試樁3—連接電纜4—犧牲陽極犧牲陽極必須埋在凍土層以下。在地下水位低于3m的干燥地帶，犧牲陽極應(yīng)適用加深埋設(shè)。在河流、湖泊地帶，犧牲陽極應(yīng)盡量埋設(shè)在河床（湖底）的安全部位，以防洪水沖刷和挖泥清淤時損壞。在城市和管網(wǎng)區(qū)使用犧牲陽極時，要注意陽極與管道之間不應(yīng)有其他金屬構(gòu)筑物。例如電纜、水、氣管道等。.犧牲陽極施工依據(jù)施工條件，選擇經(jīng)濟合理的陽極施工方式。立式陽極宜采納鉆孔法施工；臥式宜采納開挖溝槽施工。按制定要求在埋設(shè)點挖好陽極坑和電纜溝，檢查袋裝陽極電纜接頭的導(dǎo)電性能，合格后袋裝陽極就位，放入陽極坑內(nèi)。陽極連接電纜，埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.7m,四周墊有5?10cm的細砂，砂的上部應(yīng)覆蓋水泥護板或紅磚。陽極電纜與管道應(yīng)用強化板（材質(zhì)與管材一致）上焊銅鼻子的方法連接。在焊強化板的管道表面上防腐層應(yīng)剝除干凈。放上強化板，強化板與管道應(yīng)采納四周角焊，焊縫長度不少于100mm。電纜與管道強化板通過銅鼻子錫焊或銅焊連接。焊后，必須將連接處重新進行防腐絕緣處理，其材料和等極應(yīng)和原有防腐層一致。陽極連接電纜和陽極鋼芯采納銅焊或錫焊連接，雙邊焊縫長度不得小于50mm。電纜與陽極鋼芯焊接后，應(yīng)采用必要的保護措施，以防接頭損壞。電纜在敷設(shè)時，要有一定的裕量，以防止土壤下沉變形而造成接頭處受力。電纜與電纜接頭及露出陽極端面的鋼芯均要防腐絕緣。絕緣材料應(yīng)用環(huán)氧樹脂或相同功效的其他涂料。鎂陽極連接電纜應(yīng)滿足地下敷設(shè)條件的要求，耐壓500V,并帶有絕緣護套。通常使用銅芯電纜。推舉型號為：VV29?500/1X10和XV29-500/1X10o確認(rèn)各焊點、連接點、絕緣防腐合格后，回填土壤。在回填土將陽極布袋埋住后，向陽極坑內(nèi)灌水。使陽極填料飽和吸滿水后，將回填土夯實，恢復(fù)地貌。.犧牲陽極的運行管理犧牲陽極投入運行后的測量項目有：（1）電位包括：1）陽極開路電位；2）陽極閉路電位；3）管道開路電位（投運前為自然電位）；4）管道保護電位。（2）電流包括：1）單支陽極輸出電流；2）組合陽極聯(lián)合輸出電流。(3)電阻包括：1)單支陽極接地電阻；2)組合陽極聯(lián)合接地電阻。(4)埋設(shè)點土壤電阻率所有參數(shù)的測量應(yīng)符合《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護電參數(shù)測試方法》(SYJ23—1986)的規(guī)定。犧牲陽極保護參數(shù)投產(chǎn)測試，必須是在陽極埋入地下、填包料澆水10d后進行。為便于測量，在相鄰兩組陽極的管段中間，依據(jù)需要適當(dāng)設(shè)置電位測試樁。樁間距以不大于500m為宜。鎂陽極投入運行后，相鄰兩組陽極之間的管道保護電位，應(yīng)為-0.85V或更負(fù)。犧牲陽極投入運行后，應(yīng)定期進行監(jiān)測，至少每半年測量一次管道保護電位和陽極輸出電流，并依據(jù)測量結(jié)果進行保護電流的調(diào)節(jié)(一般以每年調(diào)節(jié)一次為宜)。對鎂陽極保護系統(tǒng)，每年至少應(yīng)維護一次。測試樁可用混凝土或鋼管制作。測試盒放在樁的內(nèi)部。要注意樁的布置整齊，安全，設(shè)置在路旁或人行道上時，不宜高出地面，以免影響交通。油漆標(biāo)色醒目，標(biāo)有號碼，對蓋板要做防銹處理，測試盒要防水必封。測試盒內(nèi)連接要便于測量，其接線柱應(yīng)注明管道及陽極的編號。犧牲陽極保護檔案資料。應(yīng)包括：犧牲陽極質(zhì)量保證書，完工圖紙，施工說明書，陽極位置及電纜走向的說明，投產(chǎn)時保護參數(shù)測量結(jié)果，歷年維護更新，檢查測試的資料。（四）犧牲陽極的其他用途.作接地極用犧牲陽極具有電氣接地和防腐雙功能。郵電部門把它作為防靜電、防雷和防蝕的措施。犧牲陽極是安全接地、靜電接地和防雷接地的理想接地極材料。當(dāng)然。以接地為主要功能的陽極形狀和安裝方式不同于防蝕用陽極。圖10-56是目前常使用的鋅陽極接地極。圖10-56鋅接地極鋼質(zhì)貯罐、變壓器、輸電鐵塔、超高壓輸電線路等大型的構(gòu)筑物，都有防雷、避雷用的接地設(shè)施，這些接地極都可使用鋅或鎂的接地極。.作參比電