构筑物的设计或改造中的电绝缘

1、构筑物的设计或改造中的电绝缘 经常出现这种情况：一个被良好涂敷的，从而能经济地实施阴极保护的构筑物，与一个面积较大、涂敷质量很差、没有必要进行保护或者保护是不经济的金属构筑物相连。在这种情况下，对良好涂敷的构筑物实施阴极保护前，应与后者电绝缘。例如，对于带覆盖层的管道，一般情况下都必须在其端点装设绝缘接头。绝缘构筑物上的某一段上装设电绝缘的作用是防止或减轻对邻近构筑物间的相互干扰影响。如果绝缘的部分切断了构筑物的电连续性，则应使用跨接电缆来实现这种电连续性。 有时，可能要用电阻器跨接绝缘接头。例如，通过电阻器选择一合适的电阻值，就可调出既能使构筑物的相关部分得到足够的保护、但又不足以引起邻近构

2、筑物干扰的电流值。在输油码头，做为安全预防措施的一个组成部分，有时要求使用绝缘接头。在地面上有可燃气体或蒸气浓度较高的地点，不应安装绝缘接头。 构筑物上仅保护一部分时，可能会加速邻近绝缘部分的腐蚀。有鉴于此，可以在构筑物上靠近未被保护部分的被保护的部分使用一种绝缘电阻特别高的覆盖层，或者采取其他措施，以预防可能出现的危险情况。与此相类似，腐蚀也可能发生在装有电解质的未被保护部分的内表面。像盐水这类低电阻率的流体将大大加速这种腐蚀。有鉴于此，在装有海水或浓盐水的管道中使用绝缘接头是不明智的。在未保护的一端使用带有绝缘接头内部涂有覆盖层的绝缘管段是可行的。测试保障 除非对阴极保护装置进行了充分的维

3、护，否则，它的有效性就不可能保持。在设计阶段就考虑到必需的测试装置是重要的，只有这样，当装置投入运行后才能方便地开展测试工作。 牺牲阳极装置概述 通过在与被保护的金属构筑物相接触的电解质中埋入或浸入一种比被保护金属电位更负的电极，然后进行连接，就可实现阴极保护。典型的排布方式可参见本手册正文部分。在给定电解质中从单支阳极上获得的电流受到相对较低的可利用驱动电位，及阳极的形状及尺寸的限制。如果构筑物没有很好地涂敷，这种保护方法一般只限于保护面积较小的金属，只有在电解质电阻率很低的情况下例外，比如在海水中，裸露的金属经常采用牺牲阳极保护。可以沿着被保护构筑物长度或在其整个表面上布置一定数量的阳极。

4、 阳极可以埋设或浸没在与被保护金属表面有一定距离的位置，用绝缘导线与之相连(见图 A2-2)，也可直接固定在金属表面上。如果阳极距构筑物一定距离，电流分布得更加均匀，可以使电流得到更有效的利用。当电解质的电阻率高时，或者构筑物没有涂敷时，阳极与构筑物之间必须有足够的距离，这一点尤为重要。如果电解质电阻率低，阳极直接固定在金属上也是符合规定的，在某些情况下这样做可能更方便。 牺牲阳极的设计 阳极对周围电解质的电阻取决于电解质的电阻率和阳极的尺寸及形状。对于体积一定的阳极材料，假设以圆棒形使用，长度增加，其电阻就会降低，直径的影响几乎不存在。 因此，如果电解质电阻率高（例如，绝大多数土壤就是这样）

5、，阳极最好是制成棒状或细长的块状；如果周围电解质的电阻率特别高，则制成挤压条或挤压带的形状。对于电阻率较低的电解质，要有足够的材料来提供充分的使用期限，要求使用相对粗一些的棒状或块状阳极，乃至球形的阳极。埋地阳极可以用比土壤电阻更低一些的回填料填包以降低电阻(见图 A.2-2)。输出电流还取决于驱动电位，即阳极材料本身。牺牲阳极应含有电负性小的材料制成的嵌入物（比如，钢），以保持阳极在使用寿命期限内的电连续性和机械强度。对嵌入物应进行整形和预处理，以使其机械性能符合牺牲阳极本体金属材料的要求。 直接或间接固定在被保护构筑物上的牺牲阳极通常的制造方法是在钢芯或钢质嵌入物周围铸造而成；用挤压法生产

6、的阳极可能有、也可能没有钢芯。钢芯在铸造前都进行过处理，以保证与阳极合金电接触状态最佳。 嵌入物可以设计成伸出阳极本体，以便通过焊接或螺栓连接的方式将阳极固定在被保护构筑物上。前一种方法可能会使电连接更加可靠，但可能会使更换阳极的工作变得更加困难。替代方法之一是可以采用绝缘电缆与钢质嵌入物相连。连接方法在预计的安装和使用条件下应有足够的强度，应设计成在连接失效前可以使阳极材料几乎全部耗尽。但是，可以肯定的是所有的阳极材料并不能全部消耗尽，常见的做法是在设计中取一个利用系数。 用于断开和测量电流的连接盒是很有用的。这种连接和与被保护的构筑物的连接都应牢固可靠，并且电阻低。阳极材料中镁合金的概述用

7、做牺牲阳极的合金有镁基、锌基或铝基。合金在具体环境的性能和适用性问题，取决于合金和电解质的成分、运行温度及阳极电流密度。表A.2-2中给出了常见的成分，但在实际应用中合金成分的变化是非常大的。注：某些合金可能产生有毒物，在预定的使用条件下应查清是否允许使用推荐的那种合金。镁合金 在阴极保护中使用两类镁合金。一类是镁中填加大约1.5%的锰；另一类是镁中加入大约6%的铝、3%的锌和0.15%的锰。这两种成分的镁合金中，必须控制镁中自然带入的杂质，以控制极化和自腐蚀。加入锰的目的是分离铁杂质，并且使阳极的电位更负。高锰合金的电位更高一些，在电阻率较高的电解质中比镁一铝一锌合金更适用。镁合金被广泛应用

8、在要求驱动电位高的地点，即土壤中、淡水中及微咸水中。由于镁合金的腐蚀产物是无毒的，所以特别适用于饮用水中。由于镁合金阳极密度低、驱动电位高，因此特别适用于悬挂式阳极，以及阳极使用数量受到限制地点的临时性保护，例如，暂停使用的船或正在进行装备的船。但是，由于镁合金阳极能产生足以使漆膜损坏的过负电位，因此在某些场合使用时要小心。此外，镁阳极上会析出氢气，当镁与带锈的铁撞击时可能产生铝热剂式火花。因此，在船舱中使用镁阳极时，要在心中牢记镁阳极爆炸危险的可能性。 阳极材料中锌的概述 由于铁杂质造成较强的极化作用，所以工业纯锌做阳极材料受到了限制。但是，选用含铁量小于0.0014%的、符合BS3436标

9、准的1号锌这类的高纯锌来铸造阳极，工作性能是令人满意的。已研制出用纯度低一些的锌制造的锌阳极，这种阳极中，一种方法是加入铝消除铁的有害影响，通过形成一种不活泼的金属间化合物使铁分离出来；另一种方法是加入硅，形成富铁浮渣，这种浮渣可以在铸造过程中除去。也可以加入镉，促进阳极表面形成软的、无粘附性的腐蚀产物。典型的锌合金含有0.5%的铝、最多0.196的硅或镉。已研制出配方中含有少量的汞、铟、钙和锂的锌阳极，用于需要较高驱动电位的地方，但是这些阳极还没有在工业上大量应用。 温度高于40时，锌的驱动电位变小，有证据证明会产生晶间腐蚀，从而导致阳极效率降低。已研制出使晶间腐蚀的损害最小化的锌阳极。锌阳

10、极特别适用于在海水中应用，即用于船壳的保护，这种场合，锌阳极相对于钢的低驱动电位，绝大多数漆膜都不会被损害；而且锌阳极的电流输出根据要求有很大的变化范围，这就是说，它有某种程度的自控性。锌阳极一般不会析氢，也不存在铝热剂式火花的危险。实测极化曲线 用恒电流法或恒电位法直接测重的极化曲线称为实验极化曲线或实测极化曲线。实测的阴阳极极化曲线的起点都是被测电极的混合电位。这是因为实际的金属，由于各种原因不可能绝对的完全均匀，而是含有一定量的杂质组分和电化学性质不均匀的区域，在溶液中就形成由无数微观的不可分开的阳极区和阴极区构成的微观电池，在阳极区和阴极区之间就有电流流动。即使很纯的金属，当它所处的溶

11、液中含有能使其氧化的去极剂时，就会发生自溶解而产生自腐蚀电流。因此实际的金属一进入溶液中就成为极化了的电极，在其表面至少同时进行两个相互共轭的电极反应，并且这两个电极反应都不能处于平衡态，而只能各自单向进行达到稳定态，形成一个位于两个电极反应的平衡电位之间的混合电位。所以实验金属电极的开路电位不是平衡电位而是它的混合电位即自腐蚀电位Er当对它外加极化时，其实测的阳极极化曲线和阴极极化曲线的起点都Ec实测极化曲线与理想极化曲线的关系由前面所述可以知道，实测极化曲线与理想极化曲线在强极化区相互重合，而且理想极化曲线的起点是平衡电位，而实测极化曲线的出发点是混合电位，这个混合电位就是阳极极化曲线和阴

12、极极化曲线的交点所对应的电位。这里以金属在非氧化性酸中作为理想电极时理想阳极曲线和该金属表面形成的氢电极作为理想电极时的理想阴极极化曲线，以及该金属在该溶液中形成的腐蚀体系，以外加电流极化时相应的实测极化曲线用图3- 22表示。图中： 图中横坐标采用电流强度具有很大的优越性。由于局部腐蚀中，阳极区和阴极区的面积不相等，则电流密度不相等，其理想极化曲线的交点失去原有的意义。但局部腐蚀时，阳极区与阴极区所通过的电流是相同的，因图采用电流强度作为横坐标，不仅运用于均匀腐蚀，也可运用于局部腐蚀。根据实验数据的计算绘制出理想极化曲线 在测量实测极化曲线时，除了记录每-外加电流值及其对应的电位外，同时用失

13、重法或容量法准确测出金属电极在该电位下单位时间内的溶解量或氢气析出量，用法拉第定律换算成相应的I1或I2，然后利用IA=I1-12和lK=I2-I1的关系求出I2和I1。这样，就可根据实测阳极极化曲线的数据及与之相应的I1和I2的数据，绘制出理想阳极极化曲线的SAB段和理想阴极极化曲线的EeZs段；而根据实测阴化曲线的数据及与之对应的I1和I2的数据，就可绘制出理想阳极极化曲线的Eels和理想阴极极化曲线的SCD段。实测极化曲线的外推法 对于活化极化控制的体系，根据塔费尔区理想极化曲线和实测极化曲线重台的关系，可以用实测极化曲线外推法作图得到理想极化曲线，假如实测极化曲线的塔费尔区已经确定，那么在半对数坐标图上就可以把实测的阳极和阴极极化曲线的直线部分外推到较小的电流密度处（例如10一5ACm- 2）。为了在电流为零的纵坐标上得到平衡电位Eel和Ee2值，进一步外推必须在普通坐标下进行，这是因为在较小的电流密度下，电极电位与电流密度之间已不是对数关系而是线性关系。理想极化曲线理想极化曲线是在理想电极上得到的极化曲线。所谓理想电极，就是指不仅处在平衡状态时电极上只发生一个电极反应，而且处在极化状态时电极上仍然只发生原来的那个电报反应的电报。因此，对于理想电概来说，它的开