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城镇燃气埋地钢质管道牺牲阳极法
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海底管线牺牲阳极阴极保护
& & & & 海底管线包括输送石油、天然气、海水、淡水和污水管道。海底管线是一项耗资巨大、施工复杂的永久性工程，一般要求在不加维修的条件下能正常使用20年以上。
& & & & 海底管线所处的环境为海水或海泥沉积物，是较强的电解质。钢结构在海泥区平均腐蚀速度为0.03～0.07mm/a，而局部腐蚀深度达0.1mm/a以上。另外，在厌氧条件下，硫酸盐还原菌的活动会使钢管遭受严重的点蚀，其腐蚀速度可以提高到15倍。
& & & & 阴极保护参数的选取，主要包括保护电位和保护电流密度。
1. 保护电位
& & & &海底管线钢结构的阴极保护电位见表1。
表1 海底管线钢结构的阴保电位
保护电位范围（Ag/AgCl）
通气良好或低SRB、硫化物含量
-0.80～-1.05
厌氧环境或高SRB、硫化物含量
-0.90～-1.05
2.&保护电流密度
& & & & 保护电流密度的大小主要与海底沉积物的类型、海底沉积物影响因素、氧含量、盐分和阴离子等有关。这些因素的变化可使保护电流密度在较大范围内波动钢结构在不同海底环境中的保护电流密度见表2。
表2 最小保护电流密度
涂层与环境
保护电流密度/(mA/m2)
裸钢，海泥
防蚀涂层+混凝土配重层，海水
防蚀涂层+混凝土配重层，海泥
厚膜涂层，海水
厚膜涂层，海泥
薄膜涂层，海泥
注：当海底管线输送热介质时，上表所列数据温度每升高1℃（由25℃开始），对厚膜涂层保护电流密度影增加0.2mA/m2，对薄膜涂层应增加1mA/m2。
1. 牺牲阳极材料与性能
& & & & 由于海底环境与海水差别很大，同类阳极在海水中具有较好的电化学性能，而在海泥中则可能变得很差甚至失效。目前尚无专门用于海泥中的牺牲阳极保护的通用阳极，即便是有，也只限于特定的海区。
& & & & 锌合金和铝合金阳极，在海泥中的电化学性能明显不同于在海水中。锌合金在热海泥环境中有可能发生钝化，而铝合金在海泥中的电流效率仅为55%。相比之下，多元合金，如Al-Zn-In-Si,& Al-Zn-Hg,& Al-Zn-In,& Al-Zn-In-Sn-Mg,&& Al-Zn-In-Si-Mg-Ga等阳极用于海泥中电位负且相对稳定，电流效率高，电容量较大，金相组织结构紧密，表面极化率小，表面溶解均匀，腐蚀产物易脱落。
2.牺牲阳极的形状
& & & & 海底管线用牺牲阳极一般有两种形状：一种是镯式阳极；一种是长条状阳极。如果环境温度较低，采用镯式阳极固定在管道上；如果环境温度较高，为了避免牺牲阳极消耗过快，可采用阳极床，这与陆上牺牲阳极保护类似。1. 所需保护电流强度的计算
& & & & 所需保护电流强度是由被保护构筑物表面积与确定的最小保护电流密度的乘积。
& & & & 2. 牺牲阳极接界电阻的计算
& & & & (1) 土壤环境中的牺牲阳极接地电阻的计算
& & & & 牺牲阳极的接地电阻与阳极的形状、结构以及埋设方式等有关。
& & & & ①单支立式牺牲阳极接地电阻的计算公式（GB/T 21448）为
式中，Rv是水平式牺牲阳极接地电阻，&O；&是土壤电阻率，&O&m；Lg是裸牺牲阳极长度，m；Dg是预包装牺牲阳极直径，m；tg是牺牲阳极中心至地面的距离，m；&g是填包料电阻率，&O&m；dg是裸牺牲阳极等效直径，m，dg=c/&， C为周长，m。
& & & & ②单支水平式牺牲阳极接地电阻的计算公式（GB/T 21448）为
式中，Rh是水平式牺牲阳极接地电阻，&O；&是土壤电阻率，&O&m；Lg是裸牺牲阳极长度，m；Dg是预包装牺牲阳极直径，m；tg是牺牲阳极中心至地面的距离，m；&g是填包料电阻率，&O&m；dg是裸牺牲阳极等效直径，m，dg=c/&， C为周长，m。
& & & & ③多支牺牲阳极接地电阻的计算公式（GB/T 21448）为
式中，Rg是多支组合牺牲阳极接地电阻，&O；&是牺牲阳极修正系数；R0是单支牺牲阳极接地电阻，&O；n是阳极支数。
牺牲阳极修正系数
阳极并联支数
阳极间距/m
& & & & ④带状牺牲阳极接地电阻的简化计算公式为
式中，R是带状牺牲阳极接地电阻，&O；&是土壤电阻率，&O&cm；L是阳极带的长度，m（L>>阳极等效直径，敷设长度&10m时）。
& & & & (2) 水环境中的牺牲阳极接水电阻的计算
& & & & ①长条形阳极接水电阻的计算公式（Dwight修正式）为
式中，RA是长条形阳极接水电阻，&O；&是介质的电阻率，&O&cm；L是阳极的长度，cm；r是阳极的等效半径，cm（r2=A/&，A为阳极横截面积）。
& & & & ②板状阳极接水电阻的计算公式（Lloyd公式）为
& & & & 单面暴露板状阳极：
& & & & 双面暴露板状阳极：
式中，RA是板状阳极接水电阻，&O；S是阳极两边的平均长度，cm（S=长*宽/2，长 2*宽）。
& & & & ③镯式阳极接水电阻的计算公式（McCoy公式）为
式中，RA是镯式阳极接水电阻，&O；A是阳极表面积，cm2。
& & & & ④球形阳极接水电阻的计算公式为
式中，RA是球形阳极接水电阻，&O；r是阳极半径，cm。
& & & & 3. 牺牲阳极输出电流的计算
& & & & (1) 单支阳极输出电流的理论计算公式（GB/T 21448）为
式中，Ia是单支阳极输出电流，A；Ec是阴极开路电位，V；&DEc是阴极极化电位，V；Ea是阳极开路电位，V；&DEa是阳极极化电位，V；Ra是阳极接地（水）电阻，&O；Rc是阴极过渡电阻，&O；Rw是回路导线电阻，&O；&DE是阳极有效电位差，V；R是回路总电阻，&O。
& & & & (2) 单支阳极输出电流的经验计算公式（美国HARCO防腐公司）为
式中，IMg，IZn分别是单支镁、锌阳极的输出电流，mA；&是土壤电阻率，&O&cm；f、Y是修正系数。
镁阳极或锌阳极质量/kg
相应电位/mV
1.09～1.29
& & & & 当被保护设备表面涂层良好时，阳极输出电流小于裸金属所需要的输出电流。这是上两式的系数可分别减少20%，即000。
& & & & 4. 牺牲阳极组总输出电流的计算
& & & & 牺牲阳极保护实际应用中，为了降低阳极的接地电阻、增大输出电流，常采取多支阳极并联安装方式。由于多支阳极之间必然存在屏蔽作用，其阳极总输出电流在单支阳极输出电流乘以阳极组中的阳极块数时，需除以修正系数。即
式中，In是阳极组的总输出电流，A；n是阳极组中的阳极块数，Ia是单支阳极输出电流，A；&是牺牲阳极修正系数。
& & & & 5. 所需牺牲阳极数量的计算
& & & & 所需阳极数量按下式计算：
式中，N是阳极数量，支；IA是所需保护电流，A；Ia是单支阳极输出电流，A；&是备用系数，取2-3倍。
& & & & 6. 牺牲阳极工作寿命的计算：
式中，T是阳极工作寿命，a；W是阳极净质量，kg；&是阳极消耗量，kg/(A&a)；I是阳极平均输出电流，A。
& & & & 海底管线具有悬跨、埋地和平铺等多种结构形式，会产生不同形式的腐蚀，牺牲阳极的布置与安装要针对管线的特点区别对待。无论是采用镯式阳极或阳极床式阳极，通常沿着管线的延伸方向均匀分布。阳极镯和阳极之间的间隔要根据海泥的电阻率确定，间距由几十米到几百米。2003年以前，DNV RP B 401-1993的要求最大不超过150m。有关计算可参考DNV RP F 103-2003给出的经验计算公式。
& & & & 牺牲阳极的安装，对于镯式阳极在安装前应将阳极内表面涂覆环氧类等性能较好的防蚀涂层。安装时，阳极应与管线紧密配合，不应留有空隙。阳极铁芯禁止与配重层中的加强筋结构有电性连接。阳极一般安装在钢管的接头处，其厚度要求与配重层相齐平，这样便于水下施工作业。阳极与管线的焊接处应具有足够的强度和良好的电性连接，并在焊接所影响的范围内涂以与管道相同等级的防腐涂层。对于带有阳极床式阳极的安装，可参考陆上管道牺牲阳极保护。这类形式的应用有关报道不多。
& & & & 随着计算机的应用，海底管线阴极保护系统的设计已从原来的半经验公式计算，发展为能提供更为有效保护设计的数值计算方法。应用数值计算方法，可以更为准确地进行阴极保护的计算设计、电位分布和寿命预测，但要获得准确的海底管线，牺牲阳极的实际极化行为及其依时间的变化相当困难。
摘要：随着社会经济的快速发展以及社会文明的不断进步，我国在造船方面取得了较大进展，并为我国的社会主义现代化建设作出了重要贡献...
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阴极保护技术在引洮供水pccp管道上的应用
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官方公共微信来源：《中国高新技术企业》2013年第19期 作者：邢士波;王相民;苏霄;李丽;杨体绍;霍文静;
PCCP管材中预应力钢丝腐蚀分析与探讨
PCCP作为一种新型的输水刚性管材,它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝,喷以水泥砂浆保护层,采用钢制承插口,同钢筒焊在一起,承插口有凹槽和胶圈,形成了滑动式胶圈的柔性接头,是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构,具有钢材和混凝土各自的特性。PCCP具有承受内外压较高、接头密封性好、抗震能力强、施工方便快捷、防腐性能好、维护方便、基本不漏水、经济寿命长等特性,被工程界所关注,能满足城市引水工程、供水工程、大型火力发电厂和核电站的循环水管道工程、大型排水、排污管道工程的要求,尤其适合铺设高工压、大口径长距离的输水管道工程。1PCCP中预应力钢丝腐蚀的影响因素在PCCP管道中,预应力钢丝遭受腐蚀损伤的类型有:应力腐蚀、氢脆、环境因素、杂散电流、碳化作用、氯离子侵蚀等。1.1应力腐蚀的影响应力腐蚀是一种不可预见的脆性断裂现象。对于那些韧性极佳的钢材,也可能会突发性地发生脆断。预应力钢丝的使用条件以及应力腐蚀开裂的条件通常与钢材的持续拉伸应力、冶金敏感性、时间和环境因素有关。1.2氢脆对预应力钢丝的影响氢致开裂是由于应力和氢的协同作用使预......(本文共计2页)
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《材料开发与应用》2008年03期
《腐蚀与防护》2012年02期
中国高新技术企业
主办：中国统计出版社
出版：中国高新技术企业杂志编辑部
出版周期：旬刊
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埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范.doc
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