金属结构阴极保护防腐的应用

张 宇

(五常市水务局，黑龙江五常 150200)

金属结构阴极保护防腐的应用

张 宇

(五常市水务局，黑龙江五常 150200)

金属结构采取多种措施防腐，阴极保护防腐是其中之一。牺牲阳极阴极保护防腐在国内外早有研究应用，效果良好。本文介绍阴极保护防腐原理和在我国供水供气管道、海港码头钢管桩、大型油气罐、水工金属闸门等阴极防腐应用情况，推荐有关工程设计时参考应用。

水工金属结构;牺牲阳极阴极防腐

0 前言

阴极保护是用辅助阳极或牺牲阳极材料的腐蚀来代替被保护金属设备的腐蚀。从而达到延长被保护金属设备的使用寿命，提高其安全性和经济性的目的［1］。

上世纪70年代初阴极保护技术日趋完善，成为欧、美、日等国的联邦法规标准。我国早期的部颁标准SYJ7-84就已规定油、气管道建设必须实施阴极保护。

现在阴极保护防腐技术在供水供气管道、海港码头钢管桩、大型油气罐中广泛应用，在江苏省秦淮新闸和武定门节制闸等闸门防腐中应用效果良好。实践证明这是一项投资少，其经济和社会效益明显的技术。

1 牺牲阳极阴极防腐原理

每种金属浸在一定介质中都有一定的电位(自然电位)，腐蚀电位可表示为金属失去电子的难易，腐蚀电位愈负愈容易失去电子，失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区［2］。阳极区失去电子受到腐蚀，而阴极区得到电子得到保护免遭腐蚀。

牺牲阳极阴极保护是指将被保护金属进行阴极极化，将电位更负的金属与被保护的金属相连，处于同一电解质中，使该金属上电子转移到被保护的金属上去，使被保护金属整体处于电子过剩状态，使金属表面各点达到同一负电位，避免被保护金属失去电子。

通常以镁、锌、铝这3类金属或合金作为牺牲阳极，靠着自身腐蚀速度的增加向被保护金属提供阴极保护电流。

根据介质电阻率不同选用不同的牺牲阳极，锌阳极适用于电阻率＜15Ω的土壤中。铝阳极适用于海水、污水、石油等介质中。镁阳极适用于任何电阻率的土壤中。

2 牺牲阳极阴极保护的应用

目前在西方发达国家，金属阴极保护防腐得到了广泛应用，并取得明显的效果。如英、美、日等国在相关的工业法规中规定:未加阴极保护而只有防腐覆盖层的新建金属管道禁止使用。我国埋地管网阴极保护做得较好，一般都要求埋地的新建金属管道必须采用阴极保护，储罐和钢质管道在改造时应逐步采用阴极保护。

根据目前电力行业金属构筑物使用越来越多的情况，借鉴与采用国际 API、ASTM、NACE及国家GB、SYJ、SY/T的相关设计与产品标准规程、测试方法、施工与验收规范，首先大力推广阴极保护在变电所、发电厂及交直流高压输电铁路塔接地装置金属防腐蚀方面上的应用;其次，在电力行业发电厂内推广应用金属结构材料电化学腐蚀的阴极保护，如保护水源地取水泵房的进水拦污栅(粗滤网)，保护水源底部取水口的内顶面、底面、侧面及上部的进水栅栏，保护冷却水引水管线系统、循环水泵、埋地油罐等，进而将应用领域扩展到地下、水中及化工介质中的管道、容器、港口码头、船舶、混凝土构筑物及化工金属设备等方面，尤其是开拓埋地管道、埋地储罐容器(埋地储油罐、埋地储气罐、埋地储水罐)、卸煤港口码头和船舶方面的应用，都具有极其广阔的前景。

2.1 应用于油田集输管道、大型储罐、加油站储罐等工程

油田集输管道、大型储罐，加油站储罐等工程全部采用了阴极防腐技术。

金属管道等结构物的防腐通常采用不同形式的非金属涂敷层，由于非金属涂敷层在施工中产生的漏涂、运输安装过程中的划伤，随使用时间的延长而产生的老化以及涂敷层本身的渗水性，造成金属结构表面涂层的局部破坏，进而产生局部腐蚀，严重可导致金属结构物的穿孔、断裂，这对于输油管道、煤气管道、油气贮罐等是十分致命的，极易引发灾难性的事故。

阴极保护弥补了非金属涂敷层的缺点，涂层局部暴露部分的防腐可以由阴极保护来完成，管道及钢质储罐等金属构筑物采用非金属涂敷层和阴极保护联合防腐的方法，是最经济、最有效、最可靠的防腐措施。

2.2 应用于海岸干货散装码头

某海岸干货散装码头采用DN 1 200 mm钢管桩480根，安装铝合金牺牲阳极408块，在海水中阴极保护有效年限:t≥30 a。

在有效保护时间内，被保护钢管桩的保护电位为-0.85 V～-1.1 V(相对硫酸铜参比电极)。

在有效保护期内，保证钢管桩的腐蚀得到有效的抑制，表面无锈蚀，不产生蚀坑等集中腐蚀现象，桩壁无明显减薄。

2.3 应用于输水管道埋地预应力钢筒混凝土管

输水管道埋地预应力钢筒混凝土管(PCCP)，利用金属锌块做牺牲阳极，经过对输水管线管道保护电位测量，测量结果为-0.95～1.20 V(相对硫酸铜参比电极)符合设计要求，达到防腐的目的。

2.4 应用于钢闸门

在水利工程中江苏秦淮河、镇江、盐城、淮河如海挡潮等100多个钢闸门采用了非金属防腐层和牺牲阳极阴极保护相结合技术，比较典型的有以下2种类型:

2.4.1 秦淮河节制闸

秦淮河节制闸 12孔，钢闸门寛6.10 m，高5.40 m，水下部位采取喷锌加涂料与牺牲阳极阴极保护结合设计使用寿命＞15 a。

2.4.2 武定门节制闸

武定门节制闸6孔，为上下扉平面钢闸门，上扉闸门寛8.50 m、高4.15 m，下扉门宽8.06 m。高8.00 m，在常年水下部位采取了阴极保护措施，设计使用寿命15 a，通过检查测量，钢闸门测点保护电位处于-0.923～-1.320 V范围(相对硫酸铜参比电极)，所有测点电位均小于-0.85 V的保护电位。

经过多年运行监测，钢闸门防腐效果稳定，水下部位防腐效果良好。

3 在水利工程金属结构防腐的必要

黑龙江省水利工程中，水库、堤防、灌区使用的钢闸门、拦污栅及水电站压力内衬钢管，常年接触腐蚀性介质，一般采用喷涂料、刷防腐漆等防腐措施。由于非金属涂层受冰冻、撞击、划伤等外界因素破坏，局部防腐保护失效，造成钢结构腐蚀。采用牺牲阳极阴极保护技术与非金属涂层相结合，可有效解决防腐问题。

牺牲阳极阴极保护技术不需要外接电源，对邻近金属构造物干扰小，不需要有专人看管，几乎不需要养护。管理维护工程费用少。不足之处是牺牲阳极需定期更换有色金属，杂散电流干扰大时不能使用。现在国内牺牲阳极生产厂家众多，各种规格、材质的牺牲阳极产品齐全，牺牲阳极安装简便，可操作性强，具备了广泛使用的条件。

4 结语

水工金属结构采用牺牲阳极阴极技术与非金属涂层结合防腐，是经济、合理、长效、稳定、环保的防腐措施，建议在黑龙江省水利工程金属结构防腐工程中大力推广使用。

［1］胡治平，池华建.阴极保护防腐蚀技术在变电所及发电厂的应用［J］.江苏电机工程，2006，25(02):82-84.

［2］陈光章，吴建华.腐蚀与控制［M］.北京:化学工业出版社，2002:46-48.

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1007-7596(2014)05-0173-02

2014-01-09

张宇(1973-)，男，黑龙江五常人，工程师。