对于船舶的阴极保护，要求牺牲阳极每单位质量的电容量和每单位体积的电容量尽可能大，这样可以减少所安装的阳极的体积。在某些情况下，例如锌牺牲阳极在温度较高的海水中，会发生晶间腐蚀，导致阳极材料性能下降。......
2023-06-23
阳极牺牲设计策略
【摘要】：表4-19列出了土壤和水中牺牲阳极种类选择的基本原则。表4-19土壤和水中牺牲阳极种类选择的基本原则注：1.在土壤潮湿的情况下，锌阳极范围可扩大到30Ω·cm。半球形阳极可用于大型的水下构筑物中。使用中对阳极形状的选择根据保护对象和环境而变化。式也可以根据阳极的设计寿命T来计算阳极净质量W。牺牲阳极在工作期间，应该定期测量被保护结构的电位，以监控结构受保护的状况，并为改进设计提供依据。
1.阳极种类的选择
根据不同的用途，牺牲阳极有各种各样的形状和尺寸，为增加阳极的表面积，通常将阳极做成梯形或D形截面；为了减少船在水中的阻力，有时阳极要做成流线形；为增加单位质量阳极的电量输出，适应高电阻率的环境，阳极又可制成线形或带状。
通常根据介质（土壤或水）的电阻率来选择牺牲阳极的种类，再根据保护电流的大小来选择阳极的规格。表4-19列出了土壤和水中牺牲阳极种类选择的基本原则。
在海水中锌合金是常用阳极，20世纪80年代以后铝合金阳极应用也越来越多。但是在海底管道中，锌阳极的应用比铝阳极更可靠。
表4-19 土壤和水中牺牲阳极种类选择的基本原则
注：1.在土壤潮湿的情况下，锌阳极范围可扩大到30Ω·cm。
2.表中电位均相对于饱和铜/硫酸铜电极。
使用中对阳极形状的选择根据保护对象和环境而变化。土壤环境中多用棒形阳极，截面有梯形或D形。阳极的长度决定了接地电阻，也就决定了阳极的输出电流，其截面的大小决定了阳极的寿命。带状阳极主要应用于高电阻的土壤中，有时也应用于某些特定的场合，如临时性保护、套管内管道的保护、高压干扰的防护用均压接地垫等。镯形阳极只适用于水下或海底管理的保护。块（板）状阳极多用于船壳、水下构筑物、容器内保护等。半球形阳极可用于大型的水下构筑物中。
2.工艺计算
（1）阳极接地（水）电阻的计算
1）土壤环境中的接地电阻：
式中，RV1为立式无填料阳极接地电阻（Ω）；RV2为立式有填料阳极接地电阻（Ω）；RH为水平式有填料阳极接地电阻（Ω）；ρ为土壤电阻率（Ω·m）；ρa为填包料电阻率（Ω·m）；L为阳极长度（m）；La为阳极填料柱长度（m）；d为阳极等效直径（m），d=c/π，c为边长；D为填料柱直径（m）；t为阳极中心至地面的距离（m）。
组合阳极接地电阻的计算：
式中，R总为阳极总的接地电阻（Ω）；n为阳极数量；K为修正系数，见图4-9。
图4-9 修正系数K
2）水环境中的接水电阻。
长条形阳极：
式中，RA为长条形阳极的接水电阻（Ω）；L为阳极的长度（cm）；ρ为介质的电阻率（Ω·cm）；r为阳极的等效半径（m），
，A为截面积。
板状阳极：
式中，S为阳极两边的平均长度（cm），S=（长+宽）/2，长≥（2×宽）。
镯形阳极：
式中，A为阳极表面积（cm2）。
（2）阳极输出电流
式中，Ia为阳极输出电流（A）；Ec为阴极开路电位（V）；ΔEc为阴极极化电位（V）；Ea为阳极开路电位（V）；ΔEa为阴极极化电位（V）；Ra为阳极接地（水）电阻（Ω）；Rc为阴极过渡电阻（Ω）；RW为回路导线电阻（Ω）。
（3）阳极所需的数量 阳极所需的数量按下式计算：
式中，N为阳极数量（支）；IA为所需的保护电流（A）；Ia为单支阳极的输出电流（A）；f为备用系数，取2～3倍。
（4）阳极工作寿命
式中，T为阳极工作寿命（a）；W为阳极净质量（kg）；ω为阳极消耗率（kg/A·a）；I为阳极平均输出电流（A）。
式（4-10）也可以根据阳极的设计寿命T来计算阳极净质量W。
3.电流分布
为了使电流均匀地分布在被保护的结构上，阳极的分布应该是均匀的，即隔一定距离安装一定数量的阳极。有时为了保护腐蚀较为严重的地区，例如船的尾部及平台的焊接接头等，在这些地方应该多安装些阳极。
在有些情况下，应通过模型试验来得到合适的电流分布。结构表面覆盖涂层将改善电流的分布情况。
牺牲阳极在工作期间，应该定期测量被保护结构的电位，以监控结构受保护的状况，并为改进设计提供依据。
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