牺牲阳极保护

17.3.2.1 阳极的大小和数量

  由式(6-7)可得出所需要的阳极质量(见参考文献[1]中的数据)。当J-15

mA·m-2，总的表面积为S、2年的使用期时，所需要的阳极质量(m)为:

              mzn/kg=0.337*s/m平方     (17-3a)

              mal/kg=0.12*s/m平方      (17-3b)

  由于这两种牺牲阳极的单位体积的电流量大致相等，所以可以认为它们的尺寸相同。在水下部位几乎专门采用扁平细长的阳极或者成组的阳极，这些铸造阳极安装在船体钢、铝或不锈钢结构支架上。在船龙骨或船体侧面所谓的加强板上的支架焊接非常方便，它们与支架尺寸很合适，这样，当更换阳时，船的板壁不会受到伤害，德国海军规定采用这种固定方式[1]。当今，镁阳极只用在舰船内部保护，因为它有较高的驱动电压、较低的电流效率和严重的自腐蚀问题。与海洋构筑物的保护(见第16章)不同，锌阳极在舰船阴极保护中维持其独有的重要地位。在实验中和舰船在最高18节(海里/小时)的速度下航行时，没有明显增加令人担心的运动阻力问题。20mm厚的阳极没有什么缺点，甚至可以用在快艇上。

  通过合理布置阳极，可以实施完全的或局部的(船头和船尾)阴极保护，这样可以在有关部位维持理想的电流分布。根据牺牲阳极的尺寸和电流输出，其输出的最大电流量取决于电导率。根据驱动电压和接地电阻从式(6-12)计算出的最大电流在实际工作阳极上会有所减小，因为有膜形成并有极化电阻影响，它们取决于阳极材料、电解质和时间等(即运行条件)。因此可以理解，由于这些变化，制造厂所说的特定阳极材料的最大电流实际上是达不到的。在设计时，重要的是不仅考虑到总的电流量，而且考虑到必要的电流密度和要达到的保护范围。使用初期，覆盖层有很高的电阻，损坏也很少，所以，按照式(24-111)，保护范围会很大，保护电流需要量会很低。但在使用中，覆盖层电阻会减小，所以不仅会增加保护电流需要量，而且会减小所保护的范围。特别要关注这样的事实，按照式(2-45)，即导电率的减小(如在港口)，也会限制保护范围。假如保护电位范围暂时没有达到所要保护的全部表面，仍然没有特别大的腐蚀危险，因为牺牲阳极阴极保护通常对新的宏观腐蚀电池的活动有促进作用。图2-9所示说明了腐蚀速率与电位之间的关系。

  根据电流需要量以及阳极的最大电流输出1x，可以用式(17-2)计算出所需要的阳极数量 。第 17.3.2.2节详细说明了阳极的布置。牺牲阳极保护系统通常按 2~4年保护期限设计，这段时间过后，应当最多消耗掉阳极的80%:阴极保护手册

        WJsiSniImax=JsiS;和n=max式中，”;是在第之个表面积区域的阳极数量。 (17-4)

  以水线以下部位面积等于 4500m?的钢质船为例，当J-15mA·m-2时，电流需要量是67.5A。按照式(17-3a)，需要1517kg锌才能满足2年的使用期，这意味着需要96支锌阳极，每支重15.7kg(毛重16.8kg)，这样的阳极的电流输出为0.92A。

  因此，总的电流量达到88A，这包括了所需要的保护电流密度。另一方面，如果选择每支重25.9kg的大号锌阳极，电流输出为1.2A，这样一共需要58支大号锌阳极就能提供所必要的保护电流。如果使用期为4年，锌阳极用量翻一番，需要3033kg。在此可以采用成组阳极，例如，每支阳极重18kg，2支阳极为一组，共要82组;每组阳极的电流输出是1.3A，总的电流输出达到107A。根据实际可行的使用条件，也可以采用三支阳极一组的阳极，一共需要54组，也能够达到这样的输出电流量。

  如果船上配装铝阳极，要满足2年的使用期，按照式(17-3b)，需要540kg铝阳极也就是说，要用96支大小和锌阳极相同的铝阳极，每支铝阳极重6.2kg(毛重7.3kg);总质量为595kg，其有足够备用量。这些阳极的电流输出实际上与锌相同，因此，如果用铝，就有更大的备用量。对于4年的使用期，需要1080kg铝阳极，如果每支铝阳极重7.3kg，每两支阳极一组，82组铝阳极总质量是1197kg。由于还有106A的足够备用量在这种情况下，如果使用三支一组的铝阳极，还能节省一些阳极。

  对于铝合金舰船，只需要计算出钢质船所需阳极质量的10%，阳极支架也必须是铝合金的，以便进行焊接并防止发生双金属腐蚀。