陰極保護措施有哪些？

  在海洋構(gòu)筑物和海底管道上已經(jīng)采用強制電流、犧牲陽極或者兩種方法結(jié)合起來的陰極保護系統(tǒng)。表16-1列出了各種陰極保護方法的特性和各自的優(yōu)缺點。對每一構(gòu)筑物必須具體問題具體分析，實現(xiàn)保護措施的優(yōu)化。例如，海洋平臺實施強制電流保護中，維和修理很困難，是需要研究解決的重點問題;而在港口設(shè)施中，這些問題可以忽略不計實施陰極保護前，必須準(zhǔn)確了解所要應(yīng)對的腐蝕介質(zhì)的特性。

16.1.1 設(shè)計準(zhǔn)則

  在腐蝕防護系統(tǒng)選擇及保護電流的供給方面涉及大量參數(shù)，這些已在前文的章節(jié)里進行了敘述(見第6章和第17章)。特別是當(dāng)固定式采油平臺要安置在某個新地點時了解有關(guān)參數(shù)是非常有用的，例如水溫、含氧量、導(dǎo)電率、流速、化學(xué)成分、生物活性、砂的磨損情況等。必須在海洋里指定位置進行長時間的測量，才能確保計算的安全穩(wěn)妥。

第2.4節(jié)里敘述了海水的保護電位。在管道與港口設(shè)施中，無覆蓋層的碳鋼或者覆蓋超過 20年層厚度超過 1mm 并且屈服強度達到 800N·mm-2的鋼材沒有極限負電位U。但是,如展構(gòu)筑物處于高度的動態(tài)負荷下，因為存在氫致應(yīng)力腐蝕的危險(見2.3.4節(jié))，這樣能為筑物應(yīng)當(dāng)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)~3]的要求，達到表16-2所列的保護電位范圍。

  在微咸水里，Ag-AgCl電極的參比電位必須根據(jù)氯離子含量進行校正(即離子度增大10倍，那么參比電位將朝正值方向偏移約50mV[6])。在屈服強度高于 800N.mm-2的高強度鋼的陰極保護中，極限電位U、必定比參比電位至少正0.1V，這不排除對個別情況進行必要的調(diào)整(見2.3.4節(jié))。海洋構(gòu)筑物的水下部分還包含機加工的不銹鋼或有色金屬部件，這些結(jié)構(gòu)性部件必須以適宜的方式附裝在構(gòu)筑物上，以便對保護電位范圍進行觀察(見2.4節(jié))。涉及多種材料時，可以采用適宜的犧牲陽極布置。

  在確定所需要的保護電流時，應(yīng)當(dāng)隔開在水中和在海底的受保護的目的物的表面，并隔開與受保護的目的物電連通的外部結(jié)構(gòu)的表面。表16-3列出的不同海域的保護電流密度是根據(jù)經(jīng)驗和實際測量得出的。只有在特殊情況下，才有必要在安裝地點事先進行保護電流的測量，但是，這樣的調(diào)查資料很難說明經(jīng)過很長時間后保護電流的變化情況。如果選用適宜的覆蓋層[4]，在開始使用前幾年里的保護電流密度只有表16-3所列值的10%如果構(gòu)筑物計劃運行30年，那么有必要達到表16-3所列值的大約50%

   鋼結(jié)構(gòu)和管道與鋼筋混凝土構(gòu)筑物的加強鋼筋或者必須實現(xiàn)電連通，或者必須實現(xiàn)電編緣。假如它們互相電連通的話，應(yīng)將大約5mA·m-2的電流密度加到外部加強鋼筋上并且要按總的混凝土表面的面積進行計算。

對于在微咸水、港灣水和淡水里的構(gòu)筑物，應(yīng)當(dāng)具體情況區(qū)別對待，并要參照從其他裝置上獲取的經(jīng)驗。由于港口設(shè)施通常很容易接近，所以如有必要可以將陰極保護裝置向外延伸。

  在海洋構(gòu)筑物的腐蝕防護中，常常發(fā)現(xiàn)隨著水深度的增加，腐蝕速率大大減小，甚至在很深的水里，可以不考慮保護。在太平洋進行的實際調(diào)研結(jié)果就是這些見解的依據(jù)[?]然而，這些觀點并不適用于北海和有油氣鉆采平臺的其他海域。圖16-1所示就是在北海進行實際測量的例子，由圖可見，流速以及隨其發(fā)生的含氧量的增加是導(dǎo)致保護電流密度變化的原因。海水流動速度加快，就使更多的氧運移到無覆蓋層的鋼表面，并由此決定了它的腐蝕速率(見4.1節(jié))。圖16-2所示是海洋平臺電位隨波浪高度的變化情況，此海洋平臺是位于赫古蘭西北80km的Nordsee研究平臺。實際上，波浪高度受流速的間接影響，在短時間有暴風(fēng)雨的時候，觀察到電位明顯向正值變化。平臺支上有不同程度的海洋生物附著量，不斷變化的含氧量與電位之間的關(guān)系[9]也可以被確定。圖16-3所示是波浪高度與電位的同步變化，即使波浪高度只有很小的變化，也能看出電位隨之發(fā)生變化。

  實際上，在記錄這些曲線時，假設(shè)所有其他參數(shù)都保持恒定不變，電位變化與波浪高度之間才有這樣的間接關(guān)系。這些電位也會變得比保護電位Ucucuso,--0.85V更正。但是，這是無害的，對表16-2的值沒有什么影響。

  至今人們還沒有對海洋生物和硫酸鹽還原菌對30年或更長的使用壽命可能產(chǎn)生的影響進行充分的研究。隨著時間的推移，海洋生物會有顯著變化，它們能夠改變腐蝕防護的條件，而且在某些情況下，甚至能夠改善防腐狀況。鈣質(zhì)沉積物的形成不是陰極極化的結(jié)果，而是海洋動物沉積所致。進行檢查時(或者沉積物太厚時)，必須局部清除這些海洋生物附著物，特別是在構(gòu)筑物的節(jié)點上。然而這只適用于小面積，而不是整個構(gòu)筑物表面。目前人們還沒有在海洋生物、硫酸鹽還原菌和陰極保護三者之間的相互影響上取得一致看法，尚不知是否可以用陰極保護充分緩解在硬質(zhì)沉積物下面的硫酸鹽還原菌所引起的腐蝕。通過隨機抽樣試驗，人們可以了解它們在平臺外表面上的特性。在平臺無法接近的部位(如在內(nèi)有不流動的水的平臺支柱內(nèi)部或在鋼樁與支柱之間)檢查簡直是不可能的在這些有腐蝕危險的部位應(yīng)當(dāng)采用覆蓋層防腐

16.1.2 犧牲陽極保護

  第6章詳細說明了犧牲陽極的組成和驅(qū)動電壓以及它們的材料、大小、用途等，在海上構(gòu)筑物的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范里也有相應(yīng)的規(guī)定[1~3]。犧牲陽極總有個外露的鋼芯便于焊接，或者用電纜與管道連接，即使是出于修理目的，也不允許采用螺紋連接。不宜采用鎂陽極，因為它們在海水里自腐蝕嚴重。通常在海洋平臺上安裝鋁陽極，而在艦船、港口設(shè)施和儲罐上安裝鋅陽極。

  應(yīng)當(dāng)提供近海和港口地區(qū)用的所有陽極的化學(xué)組成，以及它們的電容量(A·h·kg-1)和電流輸出(A)[2,3]，根據(jù)這些參數(shù)確定陽極的幾何形狀和需要的陽極數(shù)量。只有在特殊情況下才需要根據(jù)接地電阻進行大量的設(shè)計計算，因為實際上存在太多的不確定因素在確定陽極的質(zhì)量和數(shù)量時，還應(yīng)有相應(yīng)的安全余量。

16.1.3 強制電流保護

  第7章說明了用于強制電流輔助陽極的材料、它們的消耗率與使用壽命。第17章所述艦船用的保護電流設(shè)備的資料，也適用于海洋平臺。在這些構(gòu)筑物上使用強制電流系統(tǒng)時，在規(guī)劃階段需要格外周到考慮，因為以后進行修理需要的費用非常高。特別是必須恰當(dāng)設(shè)計水下的電纜安裝架，絕對避免它們被波浪和冰塊運動以及行船造成機械損壞。保護電流設(shè)備應(yīng)當(dāng)盡可能靠近陽極安裝，但是實際情況并非總是可能。因此，海洋平臺未必都能夠非常成功地實施強制電流保護。