（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 针对压载水舱的结构表面，在牺牲阳极设计中必须克服的主要问题是：屏蔽效应问 题、干湿环境交替问题。本项目的研究目标是：在深刻理解屏蔽效应现象的基础上，研 究压载水舱牺牲阳极系统中屏蔽效应问题的解决途径；根据保护电位对结构表面防腐状 态的影响规律，确定压载水舱牺牲阳极系统的设计目标，解决结构表面在干湿交替环境 中的防腐问题。 综合本项目研究的主要成果，得出如下结论： ( 1 ) 通过模型试验进一步证实了屏蔽效应现象，在模型试验中得到的保护电位的实 测结果与相应的数值模拟计算结果吻合良好，进一步验证了数值模拟计算方法及计算机 程序的正确性和有效性。 ( 2 ) 本研究中，通过数值模拟计算，系统地分析了压载水舱牺牲阳极系统中的屏蔽 效应问题。研究结果表明，在压载水舱中，纵横交错的内部结构及设备对装设在主结构 上的牺牲阳极所能提供的保护电流产生严重的遮蔽效应，从而严重影响牺牲阳极的工作 状态和结构表面的阴极保护状态；当压载水舱中的高电位金属管路与船体结构之间的绝 缘状态不充分时，高电位金属管路对其附近区域的牺牲阳极发出的保护电流产生明显的 吸收效应，从而导致结构表面的总体保护水平下降，并显著提高牺牲阳极的消耗速度， 从而缩短牺牲阳极系统的有效寿命。 ( 3 ) 在进行压载水舱牺牲阳极系统设计时，需要考虑高电位金属管路等设备由于与 结构之间的绝缘状态不充分而对结构表面阴极保护状态产生的不利影响。可以考虑充分 地增加牺牲阳极数量，在这种情况下，即使高电位金属管路等设备与艇体结构之间的绝 缘状态良好，也不会出现过保护现象。 关键词：上层建筑；牺牲阳极；数值模拟计算；优化设计 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究 r e s e a r c ho ns h i e l d i n ge f f e c tp r o b l e mi nc a t h o d i cp r o t e c t i o n b ys a c r i f i c i a la n o d e a b s t r a c t f o rt h es t r u c t u r es u r f a c e so ft h eb a ll a s tt h a n k s ，t h et w om a i np r o b l e m sm u s t t ob es o l v e di nt h ed e s i g np r o c e d u r eo fas a c r i f i c i a la n o d es y s t e ma r e ：t h e s h i e l d i n ge f f e c ta n dt h ea l t e r n a t i v eo fd r y w e te n v i r o n m e n t s i nt h i sr e s e a r c h ，b a s e do nad e e pu n d e r s t a n d i n go ft h es h i e l d i n ge f f e c t ， s t u d i e sa r em a d et os o l v et h es h i e l d i n ge f f e c ti nt h es a c r i f i c i a la n o d es y s t e m o ft h eb a l l a s tt a n k a c c o r d i n gt oh o wt h ep r o t e c t i o np o t e n t i a la f f e c t st h es t a t e o fc o r r o s i o no ns t r u c t u r es u r f a c e ，t h ed e s i g no b j e c t i v e so ft h ec o r r o s i o np r o t e c t s y s t e mi se s t a b l i s h e da sw e l l ，a n dt h e nas o l u t i o ni sg i v e nt o t h ei s s u eo f c o r r o s i o np r o t e c t i o no ns t r u c t u r es u r f a c e su n d e rd r y w e te n v i r o n m e n t s t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r ea c h i e v e di nt h i sr e s e a r c h ： ( 1 ) t h es h i e l d i n ge f f e c tisf u r t h e rv e r i f i e db ym o d e le x p e r i m e n t ，a n d t h em e a s u r e dp r o t e c t i o np o t e n t i a lo ft h ee x p e r i m e n ta g r e e sw e l lw i t h t h a to f t h ec o r r e s p o n d i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，w h i c hv a l i d a t e st h em e t h o do fn u m e r i c a l s i m u l a t i o na n dt h ec o m p u t a t i o n a lp r o c e d u r e s ( 2 )b yt h ec a l c u l a t i o n so fn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，t h es h i e l d i n ge f f e c ti n t h es a c r i f i c i a la n o d es y s t e mo ft h eb a l l a s tt a n ki sa n a l y z e ds y s t e m i c a l l y r e s u l t ss h o wt h a t ，i nt h eb a l l a s tt a n k ，t h ei s s c r o s si n t e r n a ls t r u c t u r e sa n d e q u i p m e n t sc a ny i e l ds i g n i f i c a n ts h i e l d i n ge f f e c to nt h ep r o t e c t i o nc u r r e n t p r o d u c e db yt h es a c r i f i c i a la n o d el o c a t e di nm a i ns t r u c t u r e t h e r e f o r et h e yc a n g r e a t l yi n f l u e n c et h ew o r k i n gs t a t eo ft h es a c r i f i c i a la n o d es y s t e ma n dt h e c a t h o d i cp r o t e c t i o nc o n d i t i o no nt h es t r u c t u r es u r f a c e a n dw h e nt h ei n s u l a t i o n b e t w e e nt h es h i ps t r u c t u r ea n dt h eh i g hp o t e n t i a lm e t a lp i p e li n ei nt h eb a ll a s t t a n ki si n s u f f i c i e n t ，t h eh i g hp o t e n t i a lm e t a lp i p e l i n ew i i ia b s o r b t h e p r o t e c t i o nc u r r e n tp r o d u c e db yt h es a c r i f i c i a la n o d en e a r b yd r a m a t i c a l l y t h i s e f f e c td o w n g r a d e st h ep r o t e c t i o no ft h es t r u c t u r es u r f a c e ，a n dg r e a t l y i i 大连理工大学专业学位硕士学位论文 a c c e l e r a t e sa n o d ec o n s u m p t i o n ，t h u st os h o r t e nt h el i f e s p a no ft h es a c r i f i c i a l a n o d es y s t e m ( 3 )w h e nd e s i g n i n gs a c r i f i c i a la n o d es y s t e m sf o rb a l l a s tt a n k s ，t h e a d v e r s ee f f e c tc a u s e db ys o m ee q u i p m e n t ( e g h i g hp o t e n t i a lm e t a lp i p e li n e ) d u et ot h ei n s u f f i c i e n c yo fi n s u l a r i o na m o n gs t r u c t u r e sm u s tb ec o n s i d e r e d i n t h i sc a s e ，e v e nt h ei n s u l a t i o nb e t w e e nt h eh u l la n dt h ee q u i p m e n t s ( e g h i g h p o t e n t i a lm e t a lp i p e l i n e ) i si ng o o dc o n d i t i o n ，o v e r p r o t e c t i o nw i l ln o to c c u r 。 t h e r e f o r ea d d i n gt h ea m o u n to fs a c r i f i c i a la n o d et oa na d e q u a t en u m b e ri s r e c o m m e n d e da sag o o dc h o ic e k e yw o r d s ： s u p e r s t r u c t u r e ： s a c r i f i c i a l a n o d e ：n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ： o p t i m i z a t i o nd e s i g n 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 纱时i17 伽 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：次 歹 1 是 导师签名：通二 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 金属和它所处的环境介质之间发生化学、电化学或物理作用，引起金属的变质和破 坏，称为金属腐蚀。 腐蚀现象是十分普遍的。从热力学的观点出发，除了极少数贵金属( a u 、p t 等) 外， 一般金属发生腐蚀都是一个自发过程。因为金属矿石中的金属元素处于热力学稳定的氧 化状态，在冶金过程中，人工提供的大量的能量使氧化状态的金属元素被还原为金属材 料。在大气、海水、土壤等自然环境或者石油以及其他一些液态酸性化工产品环境等腐 蚀性环境的作用下，金属材料表面上自然发生的氧化反应使处于热力学不稳定状态的金 属元素重新回复到热力学状态稳定的氧化状态。所以，由于金属材料中金属元素的热力 学不稳定性，金属材料在腐蚀性环境的作用下，伴随着能量的释放，使金属腐蚀成为一 个自然而且是必然发生的过程。 船舶压载水舱防腐措施中的共性问题是：为了使压载水舱结构表面始终处于有效的 防腐状态，当船舶压载航行时，在保证压载水舱结构表面处于完全保护状态的同时，还 应能够在相应的结构表面上形成钙和镁等的不溶性盐类沉积层( 钙质层) ；当船舶重载 航行时，凭借钙质层的隔离作用有效地缓解高温、潮湿环境作用下的腐蚀进程。 在船舶压载水舱的牺牲阳极阴极保护系统中，由牺牲阳极通过海水向结构湿表面 ( 阴极表面) 提供充分的保护电流，使阴极表面上的电位充分负移，以达到防腐的目的。 牺牲阳极、结构湿表面( 阴极) 和海水是牺牲阳极阴极保护系统中的三个基本要素。 由于海水电阻的作用，“屏蔽效应”是阴极保护中的固有现象。即，牺牲阳极提供 的保护电流将首先流入牺牲阳极附近的阴极表面，同时由于牺牲阳极的极化现象，从而 无法确保远离牺牲阳极的阴极表面能够获得充分的保护电流。 在船舶压载水舱的牺牲阳极阴极保护系统中，空间相对狭窄，其内部隔挡板等结构 交错复杂，高电位金属设备较多，这些因素一方面限制了牺牲阳极提供保护电流的能力， 同时，由于内部隔挡板结构和高电位金属设备对保护电流的“屏蔽效应”，保护电流实 际上被局限于牺牲阳极周围的局部区域内。因此，在船舶压载水舱的牺牲阳极阴极保护 系统中，牺牲阳极的布置必须能够减缓或消除“屏蔽效应 的影响。 一般认为，增加牺牲阳极的数量并合理布置是缓解“屏蔽效应”的有效手段，能够 有效地改善结构表面上保护电流的分布状态。然而，在压载水舱的牺牲阳极系统中，当 牺牲阳极布置过密时，其结构表面上的保护电流将自然维持在一个高水平状态，增大了 牺牲阳极的总体消耗速度，造成不必要的浪费，同时由此引起的牺牲阳极安装工程量的 增加也是受到关注的问题。另一个方面，增大牺牲阳极的体积，能够在一定程度上扩大 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究 单个牺牲阳极的有效保护范围，从而减少牺牲阳极的数量，但有可能导致牺牲阳极附近 的结构表面处于过保护状态。 在任何设定的保护周期内，复合防腐系统都将处于一个动态过程：防腐涂层因老化 损伤使其防腐效果降低、牺牲阳极因被消耗缩小使其提供保护电流的能力下降，从而导 致结构湿表面上保护电位正移使保护效率降低。 综上所述，在船舶压载水舱的牺牲阳极系统中，存在着一个最合理的阳极数量和优 化的布置方案，达到防腐效果、阳极效率以及全寿命期综合经济性等的最佳平衡。 在船舶压载水舱的牺牲阳极系统设计中，必须考虑干湿交替的问题。在船舶压载航 行和重载航行交替过程中，其压载水舱结构表面上的防腐涂层将遭受海水浸泡( 压载航 行时) 和潮湿环境( 重载航行时) 的交替作用，其老化过程加速、有效寿命缩短，从而 导致其总体防腐效果低下。此外，当船舶重载航行时，压载水舱中的压载水排空，其压 载水舱中的牺牲阳极系统完全失去提供阴极保护的作用，在潮湿环境的作用下，防腐涂 层功能失效区域将呈现剧烈的腐蚀倾向。在设计船舶压载水舱的牺牲阳极阴极保护系统 过程中，需要首先确定合理的涂层防腐效率条件，同时需要确定合理的防腐电位基准。 即，当船舶压载航行时，牺牲阳极阴极保护系统能够使上层建筑区域结构的全部金属表 面处于完全保护状态的同时，在相应的金属表面上形成钙和镁等的不溶性盐类电沉积层 ( 称为“钙质层”) ；当船舶重载航行时，凭借“钙质层的隔离作用有效地缓解压载 水舱结构表面在潮湿环境作用下的腐蚀进程。 因此，在针对船舶压载水舱的牺牲阳极阴极保护系统进行“屏蔽效应”相关研究时， 也必须以上述“合理的涂层防腐效率条件”和“合理的防腐电位基准 为基础加以实施。 在船舶压载水舱的牺牲阳极阴极保护设计中，必须解决三个关键性问题： 1 )“屏蔽效应 问题。在船舶压载水舱的牺牲阳极阴极保护系统中，“屏蔽效应” 主要源于两个方面的原因。即，首先压载水舱内纵横交错的复杂结构、各类设 备等对牺牲阳极系统诱导电场中电流的传播起阻碍作用；其次当高电位金属设 备与船体结构之间处于电短接状态时，其表面将成为保护电流的“汇”，从而 弱化压载水舱结构的防腐效果。 2 ) 船舶重载航行时压载水舱结构表面的防腐问题。当船舶重载航行时，压载水排 空，压载水舱中的牺牲阳极系统完全失去防腐作用，而结构表面在潮湿的空气 环境中呈现更强烈的腐蚀倾向。为了有效地缓解船舶重载航行时压载水舱结构 表面的腐蚀倾向，当船舶压载航行时，牺牲阳极系统需要能够在保证结构表面 处于有效保护状态的同时，在结构表面上形成“钙质层”。 3 ) 过保护问题。当牺牲阳极系统的作用使结构表面的局部区域处于过保护状态 大连理工大学专业学位硕士学位论文 时，将加快防腐涂层出现损伤的过程，甚至导致结构材料发生氢脆而影响到船 体结构的生命力。 相关的研究报告显示，在自然海水环境中，造船用钢金属材料在几种典型的阴极保 护电位条件下，其表面行为如下表所示。 表1 表面行为与保护电位的关系 阴极保护电位条件( c u c u s 0 4 )表面行为 低于8 5 0 m v有效保护 低于9 0 0 m v可形成能够缓解腐蚀进程的钙质层 低于11 0 0 m v过保护( 加速防腐涂层老化、产生氢脆现象) 针对船舶压载水舱的牺牲阳极系统，采用边界元法建立计算机模型，可计算得出： 结构表面上的保护电位分布状态及其随时间变化规律、牺牲阳极提供保护电流的能力随 时间变化规律、牺牲阳极的消耗速度和形状随时间变化规律等。数值模拟计算为研究牺 牲阳极数量及布置设计与船体表面上保护电流分布状态之间的关系、研究牺牲阳极空间 布置对保护效果的影响等提供了有效的技术手段。在数值模拟仿真计算的基础上，能够 一f 实现牺牲阳极系统( 数量、空间布置、初始尺寸) 的优化设计，以使船舶压载水舱结构 表面上的电位分布在全寿命周期内始终处于所要求的基准范围内。 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研宄 2 模型试验及数值模拟计算技术验证 为了进一步确认阴极保护问题数值模拟计算技术及计算机软件的可靠性，本项目研 究实施了模型试验。试验模型由q 2 3 5 钢材料制作，并采用与上层建筑区域相同的涂装 1 艺实施表面涂装。先后实施了“遮挡式屏蔽效应”模型试验和“吸收式屏蔽效应”模 型试验。 2 1 “遮挡式屏蔽效应”模型试验及数值模拟计算 为了进行“遮挡式屏蔽效应”试验，模型箱体内设置两道隔板，隔板的高度分别取 l o o m m 、2 0 0 m m 、3 0 0 m m 和4 0 0 m m 四种情况，在模型箱体底部的中央部位设置一块高效铝 合金牺牲阳极。试验模型参照图2i 。在试验过程中，针对铝台金牺牲阳极考虑两种情 况，即，一是将铝合金阳极表面进行打磨处理，二是将铝合金阳极适当浸泡后放置大气 环境中一段时间，使得表面出现定程度的钝化。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 隔挡板b牺牲阳极隔挡板ax 方向 图2 1 试验模型 f i g2ie x p e r i m e n tm o d e l y 方向 在试验巾，分别沿“x 方向”的中心线和“y 方向”的中心线，测定模型箱体底部 内表面y 方向和x 方向的电位分布。 对应试验内容，进行了数值模拟计算。试验及数值模拟计算的结果归纳如下。 ( 1 ) 牺牲阳极表面处于完全活化状态 试验模型箱体内的电解质的电阻率为】0 0 qc m ，模型中的隔板高度为1 0 0 m m 时，试 验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图22 所示，电位的实测值 与计算结果z 问的比较如图23 所示。 试验模型箱体内的电解质的电阻率为1 0 0 2c m ，模型中的隔板高度为2 0 0 m m 叫，试 验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图24 所示，电位的实测值 与计算结果之间的比较如图25 所示。 试验模型箱体内的电解质的电阻率为1 0 0 qc 1 l ，模型中的隔板高度为3 0 0 m m 时，试 验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图26 所示，电位的实测值 与计算结果之间的比较如图27 所示。 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究 图2 2 试验模型箱底内表而阴极保护电位分布( 挡板高度l o o m m ) f i g22p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o n0 1 1b o t t o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e l ( i o o m mh e i g h to f p l a t e ) r _ _ _ _ h + 卜l 1i 1 。 r 4 -、 + 卜 卜 j 士 - k 一一轰蔚lj j 隋磊il 牲口位置i x 方向位置6 一) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 罩 划 女铡一 ，- ! = l + 一 斟=3 一 1 1i _ _ 1 一卜 一 + _ r + l y 方向位置( _ d 图23 牺牲阳极活化、隔板高度l o o m m f i g23a c t i v es u r f a c eo fs a c r i f i c i a la n o d ea n d1 0 0 m mh e i g h to f p l a t e 图2 4 试验模型箱底内表面阴极保护电位分布( 挡板高度2 0 0 m m ) f i g24p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no bb o t l o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e l ( 2 0 0 m mb e i g h to f p l a t e ) 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽敛应问题研宄 1 言， 趔 删 一 蝌 ：刊士目 _ h 二- - ； 【 ：陴 r o 一 i - = i 日# 工l 。 葬= 一 ：f 砼 + ；、* 。- - 一壤 卜： 一i - 二二1# 1 - i 三 1 _ 喇二二= f 喇 li 蜘牲阳梧自z i i1 j 。1 _ x 方向位置岫) 4 卜 - 一 一 h h1 + ” - r _ 丰+ i ，毡 牟抽i -；寻计掉： 卜 l 卜 一+ 十+ 卜 上霉 一fr 什 寸1 l 陵位置 h卜f 1 h h+ j _h +- 1 y 方自位置 图25 牺牲阳极活化，隔板高度2 0 0 m m f i g25 a c t i v es u r f a c eo fs a c r i f i c i a la n o d ea n d2 0 0 m mh e i g h to f p l a t e 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图26 试验模型箱底内表面阴极保护电位分布( 挡板高度3 0 0 m m ) 6p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no nb o t t o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e l ( 3 0 0 m mh e i g h to f p l a t e ) l - - 日丰l 二2 2 = 卜 l f ：= 蚓川 j jr ；f 一t 1 l f 习嗣f 实测=一 ij c 1 ：一r 一_ j 7 1 7 ：i z = = 鼍 ： 1 _ - _ ”11 ，：厂+ l一一 j 一一l _隔饭位置 _ 隔扳i il 一4 卜+ e 茸悼l 书半辈岸a 二i _ 二l l _ l _ l 牛 。 o 卜 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究 卜卜卜 _ _ 卜 卜_ _ h _ | 忖 盐寸 计f l l _ ju h 一一 _ l ! 爿二 - _ _ 卜一十 斗 什翱r ll l _ _ j j ! 4 书二一 上 l 丰 二 工二z l 牺牲阳极位置# y 方向位置( _ 由 圈27 牺牲阳极活化、隔板高度3 0 0 m m f i g2 7a c t i v es u r f a c eo f s a c d f i c i a la n o d ea n d3 0 0 m mh e i g h to f p l a t e 图2 8 试验模型箱底内表面阴极保护电位分布( 挡板高度4 0 0 m m ) f i g28p m t e c t i o np o t e n t i a ld i a r i b u t i o no 1b o s o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e l ( 4 0 0 m mh e i g h to f p l a t e ) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 暑 掣 岳 x 方向位置o 神 r i 女d + _ i 卜 ! 工二二 r l 卜一 l= j ”鼻 习 1 二 卜卜叫 一二 i 十 h h 一卜 丁1 一_t ：二i 士 _ _ 二二i hij 7、融1 下 斗h 十 _ 一 _ l 睡 上 、二 忖f - _ 中 li 斗 十r r 一 l + 一 h ! 斗l r _ i 牺牲口柽位置 h 斗卜_斗 斗1h 1+tt 广广广广r 1 广r 1 1 一 牛 士二_ 二琳 y 方向位置( n 0 图29 牺牲m 极活化、隔板高度4 0 0 r a m f i g29a c t i v es u r f a c eo fs a c r i f i c i a la n o d ea n d4 0 0 r a mh e i g h to f p t a t e 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究 试验模型箱体内的电解质的电阻率为1 0 0 nc m ，模型中的隔板高度为4 0 0 n m l 时， 试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图28 所示，电位的实测 值与计算结果之间的比较如图2 9 所示。 ( 2 ) 牺牲阳极表面处于一定钝化状态 试验模型箱体内的电解质的电阻率为l o o n c m ，模型中的隔板高度为l o o m m 时， 试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图21 0 所示，电位的实测 值与计算结果之间的比较如图21i 所示。 试验模型箱体内的电解质的电阻率为1 0 0 f ) c m ，模型中冉勺隔扳高度为2 0 0 m m 时， 试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图21 2 所示，电位的实测 值与计算结果之间的比较如图21 3 所示。 试验模型箱体内的电解质的电阻率为1 0 0 qc m ，模型中的隔板高度为3 0 0 m m 时， 试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图21 4 所示，电位的实测 值与计算结果之间的比较如图21 5 所示。 试验模型箱体内的电解质的电阻率为l o o qc m ，模型中的隔板高度为4 0 0 m m 时， 试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图21 6 所示，电位的实测 值与计算结果之间的比较如图21 7 所示。 图21 0 试验模型箱底内表而阴极保护电位分布( 挡板高度l o o m m ) f i g21 0p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no nb o s o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e l ( 1 0 0 m mh e i g h to f p l a t e ) 大连理工大学专业学位硕j 学位硷文 号 划 二r _ 卜+ 卜卜_ j 型二 o i 3 l 二+ +丰d 车女月= _ 一 u ， 一i i j * # 主 藩 一 爿_ | _ j r i 一 j 丘阜 二廿 二l 如lff _ 厂 j 卜l _ _+ l_ _ 卜 一 l j 一 l 隔牺位置 十一。 隔拉位2l 卜 一 苴h ! 。卜干 i _一 | ii刑t 置l i ； 卜l 1 x 方向位置6 皿) i | - j ：i 二 牛一 十 1 一 制斗 + 寸l _ t - o 闩f i 斗实测i i -_ _ 怍罔壬卜 j 一士 - - 斗 # 1 - r - = 菲l l 葺 一 丰 一卜： 主 = _ 厂 琵舔幕莲 丰 = 二 一j芒 王 。l = ；酵 一： - + 4 一 上 ：一 井 ： ： 斗忖 一 二 ： _ 三= 二 ii 二十_ jl i 目性阳位置i _ j +r 1 下一。卜 卜l 一 二_ _ l j _ j 图2l i 牺牲阳极钝化、隔板高度i o o n n n f i g21 1p a s s i v a t i n gs u r f a c eo fs a c r i f i c i a la n o d ea n dl o o m mh e i g h to f p l a t e 塑丝! ! 堂塑塑堡芝! 塑壁堕壑里塑塑旦墨 图21 2 试验模型箱底内表面阴极保护电位分布( 挡板高度2 0 0 m m ) f i g21 2p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no nb o t t o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e l ( 2 0 0 m mh e i g h to f p l a t e l j ! = 川 曩二| = j _ r 垃肇 冀 睁女月 凳! 毛i e =_ j 二_ l j # ，：譬i i ! 一 丰 每士： 十j一目话意i 甫辜摊j 1ii li x 方向位置6 - d 大连理工大学专、世学位硕十学位沦文 一 i + p 1 实目一一 l 一 +l + 一_ _ - _ 。 上 月二 一干c 一一 i _ _ r l t1 、 _ _ 1 一 一4 一+ - l l - 卜卜斗一 一h 斗- 一 目撅置二= l l _ 一 y 方向位置t ) 图2l3 牺牲阳极钝化、隔扳高度2 0 0 m m f i g2 1 3p a s s i v a t i n gs u r f a c eo fs a c r i f i c i a la n o d ea n d2 0 0 m m h e i g h to f p l a t e 图21 4 试验模型箱底内表面阴极保护电位分布( 挡板高度3 0 0 m m ) f i 9 21 4p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no i lb o t t o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n t m o d e l ( 3 0 0 r a mh e i g h to f p l a t e ) 塑竺! ! 堡望堡堡芏! 塑堡堕塑里塑墨丝塞 童 嚣 【l 1 上= = 实测二二 ul 芒i ! ! 计算 _ _ o卜_ 孛! 、 上 j 一 二 二 o 一1 一_ l 二_ _ 一 。1 叫 目 一 j jl 一一 l 隔扳位置l !l 隅扳位置l ii _ _ l 一一 一l 十 一1 r 一一 厂_ hi 牺牲阳 a 写鞋e | 薛丰一= 。t 1 一一i 一 l 一il 广广f 一1 一t x 方自置“) _ _ 卜1l ! ! l _ 卜 干；- 2 一 一 l ：h 一士 +h 二| ： 斗卜 【_ 卜 鲁l ，l t 方向位置t ) 图21 5 牺牲阳极钝化、隔板高度3 0 0 n m l f i g21 5p a s s i v a t i n gs u r f a c eo fs a c r i f i c i a la n o d ea n d3 0 0 m mh e i g h to f p l a t c 名一掣脚 连理工大学专业学位硕士学位论文 图21 6 试验模型箱底内表而阴极保护电位分布( 挡板高度4 0 0 m m ) f i g21 6p r o t e c t i o np o t e n l i a ld i s t r i b u t i o no nb o t t o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e l f 4 0 0 m mh e i g h to f p l a t e ) 一 + 二 型= 目二】= | 二= = j | j 峰| “ | 二二l f：= l 二誊l # 井釜一 ；i i j - ， - t | _ j 【一j -_ _ 一；二 一! r 呵爿l ；毒= = 一 l丁h l f j _ 隔扳位置i一- i 隔板位置卜。 j+ 仁l 临磊也置卜卜_ l 一 + _ _ ；r 川 ： ji1i 【l+ ”t x 方向位置( 肌) 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研宄 j | _ 】 j l 斗+ r r 实测一一 一_ _ t fj 叫 4 广 计算二 _ _ 。n1 ： 斗+ 一、 卜 r- l l _ _ h - 一_ +1 +i - 一 l l 牺牲阳珏直置l 川 _ l ；1 r h - 向位置佃曲 图21 7 牺牲阳极钝化、隔板高度4 0 0 r a m f i g21 7p a s s i v a t i n gs u r f a c eo f s a c r i f i c i a la n o d ea n d4 0 0 m mh e i g h t & p l a t e 22 “吸收式式屏蔽效应”模型试验及数值模拟计算 在“吸收式屏蔽效应”模型试验中，将一高电位金属管( 紫铜管) 悬挂于模型箱体 内，并通过金属导线将紫铜管与箱体短接，在模型箱体底部的中央部位设置一块高效铝 合金牺牲阳极，紫铜管距离牺牲阳极顶面的距离分别调整为5 0 哪、l o o m 和1 5 0 硼三种 情况。拭骑模型参照图21 8 。在试验过程中，针对铝合金牺牲阳极考虑两种情况，即， 一是将铝台金阳极表面进行打磨处理二是将铝合金阳极适当浸泡后放置大气环境中一 段时间，使得表面出现一定程度的钝化。 针对试验模型及相应的试验条件进行数值模拟计算。计算模型如图21 9 所示。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ! f 一 幽21 9 “吸收式屏蔽效应”试验模型的数值模拟计算模型 f i g21 9n u m e r i c a ls i m u l a t i o nm o d e lo ft h ee x p e r l m e n t a m o d e lf o ra b s o r b e dt y p e 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究 ( 1 ) 牺牲阳极表面处于完全活化状态 试验模型箱体内的电解质的电阻率为t 0 0 f c m ，试验模型中紫铜管距牺牲阳极顶面 地距离为5 0 m m 时，试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图 22 0 所示，电位的实测值与计算结果之间的比较如图22 1 所示。 试验模型箱体内的电解质的电阻率为l o o f 2c m ，试验模型中紫铜管距牺牲5 日极顶面 地距离为l o o m e 时，试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图 22 2 所示，电位的实测值与计算结果之间的比较如图22 3 所示。 试验模型箱体内的电解质的电阻宰为1 0 0 nc m ，试验模型中紫铜管距牺牲阳极顶面 地距离为1 5 0 a m 时，试验模型箱体底部内表面上的电位分布的数值模拟计算结果如图 22 4 所示，电位的实测值与计算结果之间的比较如图22 5 所示。 试验模型中紫铜管距牺牲阳极顶面地距离对“吸收式屏蔽效应”程度的影响如图 22 6 所不。 图22 0 牺牲阳极活化、试验模型箱底内表面阴极保护电位分布 ( 紫铜管距牺牲阳极项面的距离为5 0 m m ) f i g22 0p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no nb o t t o ms u r f a c eo f t h ee x p e t i m e mm o d e lw i t h a c t i v es u r f a c e o fs a c r i f i c i a la n o d e ( d i s t a n c eb e t w e e na n o d ea n d t h ec o p p e rp i p e i s5 0 r n m ) 大连理工大学专业学位硕上学位论文 y 方向位置( _ ) 图22 l 牺牲阳极活化、紫铜管与牺牲阳极顶面之间距离5 0 m m f i g22 1a c t i v es u r f a c eo f s a c r i f l c i a la n o d e 5 0 m md i s t a n c eb e t w e e na n o d ea n dp i p e 瑚 懈 懈 唧 啪 唧 啪 啪 啪 瑚 瑚 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研究 图22 2 牺牲阳极活化、试验模型箱底内表面阴极保护电位分布 ( 紫铜管距牺牲阳极顶面的距离为l o o m m ) f i g22 2p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no i lb o u o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e lw i t h = 卜一_ 【二j 二_ ；= 二i 一t r ，r卜】_= 蚌 实涮二【二 + 一一： 。- t - = 3j 爿，：# =二k l # 上 #- - f f 一一| 中j _ 二i 二= - - 4 1 牺牲甩掘位i l x 方自位置 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 2 0 0 1 1 5 0 1 1 0 0 1 0 5 0 1 0 0 。 童9 5 0 坦 9 0 0 8 5 0 8 0 0 7 5 0 7 0 0 生一i 装三三| 言 p h 掉= 一j lj j f e r _ _ j 一 1 1 l 二 _ _ _ 二1 二_ r l 牺牲m血置i y 方向位置6 面 图22 3 牺牲阳极活化、紫铜管与牺牲m 极顶面之问距离l o o m m p i p e 图22 4 牺牲阳极活化、试验模型箱底内表面阴极保护电位分布 ( 紫铜管距牺牲阳极顾面的距离为l5 0 r a m ) p i g22 4p r o t e c t i o np o t e n t i a ld i s t r i b u t i o no nb o t t o ms u r f a c eo f t h ee x p e r i m e n tm o d e lw i t h a c t i v es u r f a c eo fs a c r i f i c i a la n o d e ( d i s t a n c eb e t w e e na n o d ea n d t h ec o p p e rp i p e i s l o o m m ) 牺牲阳极阴极保护中的屏蔽效应问题研宄 童 掣 掣 ：，虹0 童0 ：一 蓑忿毒髫 声 一 l 牺牲m 自l 位置i - x 方向位置6 神 y 方向位置6 _ ) 图22 5 牺牲阳极活化、紫铜管与牺牲阳极项面之间距离15 0 m m f i g22 5 a c t i v es u r f a c eo f s a c r i f i c i a la n o d e l5 0 r a md i s t a n c eb e t w e e na n o d ea n dp i p e 抛 伽 咖 哪 咖