用強制電流的陰極保護

用強制電流措施實施陰極保護是非常合適的，也是很經(jīng)濟的，因為陽極非常耐用，而且陽極材料的數(shù)量很多，形狀各異。在此介紹的只是個別例子。11.7節(jié)已經(jīng)闡述過燃油罐的內(nèi)部陰極保護，水罐的內(nèi)部陰極保護詳見第20章。21.3.1 含水原油儲罐的內(nèi)部陰極保護

油藏實施工次采油和三次采油工藝后[7，油田所產(chǎn)原油通常都是“含水原油”，它包含油田鹽水和原油，伴生氣里的COz含量很高，在某些情況下，還可能含有少量HS,含水原油總是含有來自地層的固體顆粒。

根據(jù)應(yīng)用要求，將含水原油匯集到 100~10000m:的大型鋼質(zhì)儲罐(分離罐)里進行處理。在處理過程中將排出廢水，因為廢水中含鹽濃度(1mol/L)高、COz含量(相當(dāng)于1bar，即 1X10Pa的分壓)高，用CaCO:緩沖后維持在pH值一6，以及含有少量 H2S和痕量的 O[?]，所以廢水具有腐蝕性。調(diào)研結(jié)果表明，在這些條件下并且運行溫度最高70℃時，必須采用 Uc-cuso,--0.95V的保護電位。在沒有緩沖的介質(zhì)中pH 值一4，此時必須使保護電位再降低0.1V。如果總的電流密度-電位曲線很陡，說明必須采取相應(yīng)較高的保護電流要求。最低的電流密度為10A·m-2，但是如果發(fā)生結(jié)垢，它們變得小得多[7。票

如果單獨采用涂料防腐，要求防腐層完美無損，在整個使用期間不出現(xiàn)任何針孔或缺陷。因為這是很難保證做到的，所以存在形成腐蝕電池的危險(見5.1節(jié))，因此，防腐層結(jié)合采用陰極保護是明智的。所選的防腐層必須與陰極保護相容，并且必須適應(yīng)運行條件(見5.2.1.4節(jié))，參考文獻[5]列出了這類決策的依據(jù)。由于忽視了防腐層的陰極損壞危險，過去發(fā)生過防腐層嚴(yán)重?fù)p壞的事件，導(dǎo)致保護電流密度顯著增加。只有采用電阻足夠高的樹脂類涂料，并且厚度超過800pm，才可能實施內(nèi)部陰極保護而不致?lián)p壞防腐層?？梢酝ㄟ^長期試驗和加速試驗來確定防腐層抗陰極液泡的穩(wěn)定性，而且要在實際運行條件下驗證這種特性。

  內(nèi)部強制電流電化學(xué)保護通常用有金屬氧化物鍍層的鈮陽極(見7.2.3節(jié))，在小儲罐里，也用過鋅犧牲陽極;要實施電位控制以免出現(xiàn)不可接受的負(fù)電位;要用純鋅電極作臨視和控制外露區(qū)域的參比電極，在整個運行過程中，這樣的外露區(qū)域必須陽極性清潔的;用Ag-AgCl電極檢查這些參比電極。

因為電解質(zhì)有良好的電導(dǎo)率，預(yù)期會有良好的電流分布。但是，假如防腐層大面積損壞，由于極化電阻較低，局部欠保護是難以避免的，因此，用多支電極控制是明智的。21.3.2 含水氣柜的內(nèi)部陰極保護并部合

  圖21-1所示是要保護的氣柜以及輔助陽極與參比電極的布置。在此安裝有一支直徑3mm 的鍍鉑鈦中央陽極和兩支環(huán)形陽極，以及額外的銅導(dǎo)線。值得注意的是中央陽極是用一浮子懸浮在水里的，而環(huán)形陽極是安裝在塑料支架上的。鋅參比電極也用浮子懸浮在水里，靠近鐘罩的里側(cè)，而17支參比電極或者安裝在氣柜座底部的塑料棒上，或者安裝在氣柜鐘罩與氣柜座之間的環(huán)形空間里。三支陽極由各自的保護電流裝置供電，兩支環(huán)形陽極的電流輸出是用恒電位方法調(diào)節(jié)的，所以保護電流能夠適應(yīng)不斷變化的表面積。

21.3.3/用海水冷卻的電廠冷凝器的內(nèi)部陰極保護

用海水冷卻的電廠冷凝器實施強制電流內(nèi)部陰極保護是近年來正在發(fā)展中的新技術(shù)以下是內(nèi)有銅管與鋁合金管的大型冷凝器內(nèi)部陰極保護的應(yīng)用實例。這是一臺沒有分路的單程管束熱交換器，帶有箱式總管;每座電站需要兩臺這樣的冷凝器;有防腐層的鋼質(zhì)箱式總管需要保護的表面積是65m?;管道、入口與出口部位的表面積合計有20m2;30~40℃的冷卻水以大約2m·s-1的速度流過冷凝器。不僅是有防腐層的鋼質(zhì)箱式總管內(nèi)防腐需要陰極保護，而且也是為了防止鋼與銅鋁管道材料之間發(fā)生雙金屬腐蝕。

  此外，冷卻水的固體含量較高、流速較快、表面膜持續(xù)不斷損壞構(gòu)成嚴(yán)重的腐蝕條件。僅僅實施陰極保護是不夠的，還必須采取額外措施促進表面膜的形成。用鐵陽極來做到這一點是可能的，因為陽極作用下生成的水化的鐵的氧化物促進了銅上表面膜的形成。每臺冷凝器需要六支鐵陽極防腐，每支陽極質(zhì)量13kg。每一流出室內(nèi)有14支棒狀鈦陽極，鍍鉑層厚5pm，質(zhì)量0.73g。這些鐵陽極的質(zhì)量損耗率為10kg·A-1·a-1(見表7-1)，鉑陽極的質(zhì)量損耗率為10mg·A-1。a-1(見表7-3)。有防腐層的冷凝器內(nèi)表面的保護電流密度0.1A·m-2，銅合金管的保護電流密度1A，m-2，這相當(dāng)于保護電流27A。為每臺主冷凝器安裝了一臺容量為125A/10V的自動電位控制的變壓整流器，用固定安裝的鋅參比電極實施電位控制與監(jiān)視。圖21-2所示是入口室里的陽極布置[9]。

21.3.4 水力渦輪機的內(nèi)部陰極保護

在歐洲，1965年首套內(nèi)部陰極保護裝置在24臺水力卡普蘭渦輪機上投入運行，這些渦輪機的槳葉直徑7.6m，它們安裝在法國拉蘭絲(LaRance)的潮汐電站上。受保護的設(shè)備是用普通碳鋼和高合金不銹鋼做成的。每臺渦輪機用36支鍍有50μm鉑的鍍鉑鈮陽極保護定子、葉輪轉(zhuǎn)子區(qū)域以及吸力頭。每三臺渦輪機配備一臺輸出120A/24V不可調(diào)節(jié)的變壓整流器，并用可變電阻在各陽極上達到所需要的電位均衡。安裝了100支固定的Ag-AgCl參比電極實施控制[10,11]

1987年在威拉河，兩座電站的4臺直徑2.65m的卡普蘭渦輪機實施了陰極保護。這

些渦輪機采用高合金CrNi鋼與非合金的鋼鐵材料的混合結(jié)構(gòu)，鋼鐵部件上有焦油環(huán)氧防腐層。實施陰極保護前，發(fā)生的腐蝕損壞是嚴(yán)重的，這是因為雙金屬腐蝕與河水含鹽濃度偏高c(C1)=0.4~20g·L-1。

  電化學(xué)保護采用板狀陽極以免磨蝕和空泡腐蝕損壞。這些陽極采用了搪瓷防腐層的鋼板基座，上面裝有表面積1dm?的鈦陽極，鈦陽極表面有金屬氧化物鍍層，搪瓷防腐層進一步起到使陽極與受保護設(shè)備絕緣的作用。在富含離子的河水中，6年的有效使用期里這些陽極的電流負(fù)荷總量達到50A。用固定的Ag-AgC1參比電極進行電位調(diào)節(jié)與監(jiān)視，電位需要控制，因為根據(jù)渦輪機的運行狀況和水的電導(dǎo)率的變化，電流需要量波動很大。

  圖21-3所示是這種渦輪機的示意，圖中黑色部位是CrNi鋼。這些板狀陽極安置在吸人總管區(qū)域(A1~A3)，在葉輪環(huán)里它們成三角形布置(A4~A6)，它們還分布在扇段狀水人口環(huán)附近(A7~A10)(見圖21-4)。這四支陽極各自用抗氯化物的耐壓電纜連接到變壓整流器上。

用4支棒狀磁性氧化鐵陽極(A11~A14)保護箱式總管、流入蓋、入口箱以及CrN鋼油冷器，每支陽極質(zhì)量9kg，裝在多孔的聚丙烯防護管里。防護管可以排除掉河水里攜帶的固體雜質(zhì)，油冷器用其自己的陰極導(dǎo)體連接到保護設(shè)備上。

每一保護區(qū)域內(nèi)對電流分布最不利的位置上固定一支參比電極，用于調(diào)節(jié)電位。在渦輪部分的 Ag-AgCl參比電極(E1~E4)有螺紋接頭，可以承受 60bar 的壓力。在箱式總

管里的電極E5是純鋅做的。

主要根據(jù)無覆蓋層的不銹鋼表面積來確定保護電流需要量，不銹鋼的保護電位比普通碳鋼正零點幾伏，用以防止點蝕(見2.4節(jié))。渦輪部分的保護電流需要量大約是10A因此板式陽極僅僅只有大約1A的負(fù)荷。

保護電流設(shè)備采用慢速調(diào)節(jié)的交流三相橋式電路控制電位。用一臺電動調(diào)節(jié)柱型變壓器作為伺服元件，用一個帶有最大與最小限制的毫伏限值控制器控制此變壓器。每一受保護區(qū)域的第10與第4陽極引出線配備有3A安全熔斷器，并有熔絲監(jiān)視系統(tǒng)。操作工從此監(jiān)視器發(fā)出的熱過載和電位控制信號判斷每臺整流器存在干擾，用一臺圓形圖形記錄儀連續(xù)監(jiān)視電位。系統(tǒng)內(nèi)裝額外的監(jiān)視系統(tǒng)，如果正在運行的或空載的渦輪機內(nèi)水位下降它會發(fā)出早期警告。表21-1列出了保護裝置開啟前后實際測量的電位，按照這些數(shù)據(jù)極化狀況對陰極保護是足夠的。

  根據(jù)測量數(shù)據(jù)，業(yè)已確定在渦輪軸與殼體之間存在0.45V的電位差。為此，安裝了個軸匯流環(huán)系統(tǒng)，它能夠起到必要的電位均衡作用(見圖21-5)。安裝此滑環(huán)系統(tǒng)后電位差還不到5mV。按照渦輪機的運行條件，最大1.5A電流會流過這一系統(tǒng)。