用强制电流的阴极保护

用强制电流措施实施阴极保护是非常合适的，也是很经济的，因为阳极非常耐用，而且阳极材料的数量很多，形状各异。在此介绍的只是个别例子。11.7节已经阐述过燃油罐的内部阴极保护，水罐的内部阴极保护详见第20章。21.3.1 含水原油储罐的内部阴极保护

油藏实施工次采油和三次采油工艺后[7，油田所产原油通常都是“含水原油”，它包含油田盐水和原油，伴生气里的COz含量很高，在某些情况下，还可能含有少量HS,含水原油总是含有来自地层的固体颗粒。

根据应用要求，将含水原油汇集到 100~10000m:的大型钢质储罐(分离罐)里进行处理。在处理过程中将排出废水，因为废水中含盐浓度(1mol/L)高、COz含量(相当于1bar，即 1X10Pa的分压)高，用CaCO:缓冲后维持在pH值一6，以及含有少量 H2S和痕量的 O[?]，所以废水具有腐蚀性。调研结果表明，在这些条件下并且运行温度最高70℃时，必须采用 Uc-cuso,--0.95V的保护电位。在没有缓冲的介质中pH 值一4，此时必须使保护电位再降低0.1V。如果总的电流密度-电位曲线很陡，说明必须采取相应较高的保护电流要求。最低的电流密度为10A·m-2，但是如果发生结垢，它们变得小得多[7。票

如果单独采用涂料防腐，要求防腐层完美无损，在整个使用期间不出现任何针孔或缺陷。因为这是很难保证做到的，所以存在形成腐蚀电池的危险(见5.1节)，因此，防腐层结合采用阴极保护是明智的。所选的防腐层必须与阴极保护相容，并且必须适应运行条件(见5.2.1.4节)，参考文献[5]列出了这类决策的依据。由于忽视了防腐层的阴极损坏危险，过去发生过防腐层严重损坏的事件，导致保护电流密度显著增加。只有采用电阻足够高的树脂类涂料，并且厚度超过800pm，才可能实施内部阴极保护而不致损坏防腐层。可以通过长期试验和加速试验来确定防腐层抗阴极液泡的稳定性，而且要在实际运行条件下验证这种特性。

  内部强制电流电化学保护通常用有金属氧化物镀层的铌阳极(见7.2.3节)，在小储罐里，也用过锌牺牲阳极;要实施电位控制以免出现不可接受的负电位;要用纯锌电极作临视和控制外露区域的参比电极，在整个运行过程中，这样的外露区域必须阳极性清洁的;用Ag-AgCl电极检查这些参比电极。

因为电解质有良好的电导率，预期会有良好的电流分布。但是，假如防腐层大面积损坏，由于极化电阻较低，局部欠保护是难以避免的，因此，用多支电极控制是明智的。21.3.2 含水气柜的内部阴极保护并部合

  图21-1所示是要保护的气柜以及辅助阳极与参比电极的布置。在此安装有一支直径3mm 的镀铂钛中央阳极和两支环形阳极，以及额外的铜导线。值得注意的是中央阳极是用一浮子悬浮在水里的，而环形阳极是安装在塑料支架上的。锌参比电极也用浮子悬浮在水里，靠近钟罩的里侧，而17支参比电极或者安装在气柜座底部的塑料棒上，或者安装在气柜钟罩与气柜座之间的环形空间里。三支阳极由各自的保护电流装置供电，两支环形阳极的电流输出是用恒电位方法调节的，所以保护电流能够适应不断变化的表面积。

21.3.3/用海水冷却的电厂冷凝器的内部阴极保护

用海水冷却的电厂冷凝器实施强制电流内部阴极保护是近年来正在发展中的新技术以下是内有铜管与铝合金管的大型冷凝器内部阴极保护的应用实例。这是一台没有分路的单程管束热交换器，带有箱式总管;每座电站需要两台这样的冷凝器;有防腐层的钢质箱式总管需要保护的表面积是65m?;管道、入口与出口部位的表面积合计有20m2;30~40℃的冷却水以大约2m·s-1的速度流过冷凝器。不仅是有防腐层的钢质箱式总管内防腐需要阴极保护，而且也是为了防止钢与铜铝管道材料之间发生双金属腐蚀。

  此外，冷却水的固体含量较高、流速较快、表面膜持续不断损坏构成严重的腐蚀条件。仅仅实施阴极保护是不够的，还必须采取额外措施促进表面膜的形成。用铁阳极来做到这一点是可能的，因为阳极作用下生成的水化的铁的氧化物促进了铜上表面膜的形成。每台冷凝器需要六支铁阳极防腐，每支阳极质量13kg。每一流出室内有14支棒状钛阳极，镀铂层厚5pm，质量0.73g。这些铁阳极的质量损耗率为10kg·A-1·a-1(见表7-1)，铂阳极的质量损耗率为10mg·A-1。a-1(见表7-3)。有防腐层的冷凝器内表面的保护电流密度0.1A·m-2，铜合金管的保护电流密度1A，m-2，这相当于保护电流27A。为每台主冷凝器安装了一台容量为125A/10V的自动电位控制的变压整流器，用固定安装的锌参比电极实施电位控制与监视。图21-2所示是入口室里的阳极布置[9]。

21.3.4 水力涡轮机的内部阴极保护

在欧洲，1965年首套内部阴极保护装置在24台水力卡普兰涡轮机上投入运行，这些涡轮机的桨叶直径7.6m，它们安装在法国拉兰丝(LaRance)的潮汐电站上。受保护的设备是用普通碳钢和高合金不锈钢做成的。每台涡轮机用36支镀有50μm铂的镀铂铌阳极保护定子、叶轮转子区域以及吸力头。每三台涡轮机配备一台输出120A/24V不可调节的变压整流器，并用可变电阻在各阳极上达到所需要的电位均衡。安装了100支固定的Ag-AgCl参比电极实施控制[10,11]

1987年在威拉河，两座电站的4台直径2.65m的卡普兰涡轮机实施了阴极保护。这

些涡轮机采用高合金CrNi钢与非合金的钢铁材料的混合结构，钢铁部件上有焦油环氧防腐层。实施阴极保护前，发生的腐蚀损坏是严重的，这是因为双金属腐蚀与河水含盐浓度偏高c(C1)=0.4~20g·L-1。

  电化学保护采用板状阳极以免磨蚀和空泡腐蚀损坏。这些阳极采用了搪瓷防腐层的钢板基座，上面装有表面积1dm?的钛阳极，钛阳极表面有金属氧化物镀层，搪瓷防腐层进一步起到使阳极与受保护设备绝缘的作用。在富含离子的河水中，6年的有效使用期里这些阳极的电流负荷总量达到50A。用固定的Ag-AgC1参比电极进行电位调节与监视，电位需要控制，因为根据涡轮机的运行状况和水的电导率的变化，电流需要量波动很大。

  图21-3所示是这种涡轮机的示意，图中黑色部位是CrNi钢。这些板状阳极安置在吸人总管区域(A1~A3)，在叶轮环里它们成三角形布置(A4~A6)，它们还分布在扇段状水人口环附近(A7~A10)(见图21-4)。这四支阳极各自用抗氯化物的耐压电缆连接到变压整流器上。

用4支棒状磁性氧化铁阳极(A11~A14)保护箱式总管、流入盖、入口箱以及CrN钢油冷器，每支阳极质量9kg，装在多孔的聚丙烯防护管里。防护管可以排除掉河水里携带的固体杂质，油冷器用其自己的阴极导体连接到保护设备上。

每一保护区域内对电流分布最不利的位置上固定一支参比电极，用于调节电位。在涡轮部分的 Ag-AgCl参比电极(E1~E4)有螺纹接头，可以承受 60bar 的压力。在箱式总

管里的电极E5是纯锌做的。

主要根据无覆盖层的不锈钢表面积来确定保护电流需要量，不锈钢的保护电位比普通碳钢正零点几伏，用以防止点蚀(见2.4节)。涡轮部分的保护电流需要量大约是10A因此板式阳极仅仅只有大约1A的负荷。

保护电流设备采用慢速调节的交流三相桥式电路控制电位。用一台电动调节柱型变压器作为伺服元件，用一个带有最大与最小限制的毫伏限值控制器控制此变压器。每一受保护区域的第10与第4阳极引出线配备有3A安全熔断器，并有熔丝监视系统。操作工从此监视器发出的热过载和电位控制信号判断每台整流器存在干扰，用一台圆形图形记录仪连续监视电位。系统内装额外的监视系统，如果正在运行的或空载的涡轮机内水位下降它会发出早期警告。表21-1列出了保护装置开启前后实际测量的电位，按照这些数据极化状况对阴极保护是足够的。

  根据测量数据，业已确定在涡轮轴与壳体之间存在0.45V的电位差。为此，安装了个轴汇流环系统，它能够起到必要的电位均衡作用(见图21-5)。安装此滑环系统后电位差还不到5mV。按照涡轮机的运行条件，最大1.5A电流会流过这一系统。