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1、防腐鍍層
?在海洋結構物中，還有一種常用的防腐蝕方法是鍍層防腐技術。這些用于延長鋼鐵基體使用壽命的耐蝕性鍍層可以是純金屬鍍層、合金鍍層，也可以是金屬基復合鍍層，每一種鍍層都以其特有的方式保護基體金屬免遭腐蝕。
?盡管耐蝕性鍍層多種多樣，但是，從其作用機理上看，依據鍍層金屬在腐蝕性環(huán)境中與基體金屬之間的電化學關系，可以將其簡單地分為兩大類--陰極性鍍層和陽極性鍍層。
(1)、陰極性鍍層:
對于鋼鐵基體金屬而言，陰極性鍍層(如銅、錫、鎳鍍層等)是以形成機械保護膜的方式將腐蝕性環(huán)境與基體金屬隔開，從而保護鋼鐵基體免遭腐蝕。
但是，如果陰極性鍍層本身存在缺陷(如孔隙、裂紋、磨損等)，其保護作用就會顯著降低，甚至還有加速基體金屬腐蝕的可能性。因此，鍍層的完整性及其在腐蝕性介質中的穩(wěn)定性是決定其耐蝕性高低的關鍵因素。
(2)、陽極性鍍層:
對于鋼鐵基體金屬而言，陽極性鍍層(如鋅、鎘鍍層等)是以機械保護或以犧牲自己保護基體(自身優(yōu)先腐蝕)的雙重保護方式防止基體金屬發(fā)生腐蝕。
當鍍層無缺陷時，鍍層對基體起機械保護作用;當鍍層有破損時，陽極性鍍層則代替基體金屬優(yōu)先發(fā)生陽極溶解、從而阻止或減緩基體金屬腐蝕的速率。因此，陽極性鍍層在腐蝕介質中的電化學特性、腐蝕產物的穩(wěn)定性、致密性是決定其耐蝕性好壞的重要因素。
?與陰極性鍍層不同，陽極性鍍層具有雙重保護基體金屬免遭腐蝕的能力。正因為如此，人們總是希望選用陽極性鍍層作為鋼鐵材料的保護層。對于鋼鐵材料而言，最常用的陽極性鍍層是鋅鍍層和鎘鍍層。
1)鋅鍍層
早在20世紀20年代，人們就開始使用氰化鍍鋅工藝或酸性鍍鋅工藝進行工業(yè)化鍍鋅生產。由于鍍鋅層本身是陽極性鍍層、經過鈍化處理的鍍鋅層具有更好的耐蝕性、鍍鋅生產成本低廉等一系列優(yōu)點，直到如今，鋼鐵鍍鋅仍然是最常用的防止黑色金屬發(fā)生腐蝕的方法之一。
2)隔鍍層
?在中性的大氣腐蝕環(huán)境中，雖然鍍鋅層對鋼鐵基體有較好的防腐蝕性能，但是在更為苛刻的腐蝕性環(huán)境中(如海洋性大氣環(huán)境等)服役的裝備，人們傾向于選用具有更好耐蝕性的鎘鍍層作為鋼鐵基體的防腐蝕鍍層。
?鍍鎘層只能用在鋅鍍層不能滿足耐蝕要求、且不與人體或食物相接觸的場合(鎘與鎘的化合物都是劇毒物質)。
?鎘及其化合物昂貴的價格也是鍍鎘工藝的應用范圍受到限制的重要原因之一。
3)鋅基合金鍍層
為了研制出耐蝕性比鋅高，毒性比鎘小的無毒或低毒代鋅、代鎘鍍層，自20世紀80年代起，以鋅作為主要組成元素的鋅基合金電鍍工藝及其耐蝕性的研究方興未艾。
結果表明，作為陽極性防腐鍍層，鋅基合金鍍層有可能成為最有希望的代鋅、代鎘鍍層，其中，鋅-鐵合金、鋅-鈷合金、鋅-鎳合金鍍層是研究最多的三類鋅基合金鍍層。
2、鍍覆方法:
① 結構或設備表面的鍍覆可采用電鍍、熱浸鍍、熱噴鍍等方法。
②鍍前表面處理、鍍覆中和鍍后處理應符合有關工藝技術條件的規(guī)定。
③鍍層質量應符合CCS的標準檢驗。
④接觸海水、水泥漿、鉆井泥漿等侵蝕性介質的平臺結構或設備表面，一般不宜采用鋅鍍層保護。如采用鋅鍍層保護，則在鍍層表面應涂裝專門的底漆和面漆。
陰極保護施工
1、概述
?海洋平臺飛濺區(qū)以上使用涂裝或鍍層保護，是非常有效的保護方法。
?但對飛濺區(qū)以下，特別是全浸區(qū)的保護，就不那么安全可靠。如漆膜破損，會引起局部嚴重腐蝕和腐蝕疲勞。
?因此，全浸區(qū)一般不單獨使用涂料涂層保護。實踐證明，涂裝加陰極電化學保護，才是完美的保護方法。
?六十年代初，我國開始研究陰極保護方法，六十年代末期在船舶，閘門等鋼鐵構筑物上得到應用。
?我國埋地油氣管道的陰極保護始于1958年，六十年代在新疆、大慶、四川等油氣管道上推廣應用，目前，全國主要油氣管道已全部安裝了陰極保護系統，收到明顯的效果。
--海洋鋼結構在海水中發(fā)生的腐蝕是電化學反應。當電化學腐蝕發(fā)生時，金屬表面存在隔離的陰極與陽極，有微小的電流存在于兩極之間，形成原電池。
--在海水中鋼結構由于成分不均一，在金屬表面形成了局部的陰極區(qū)和陽極區(qū)，形成無數微小的原電池。陽極不斷溶解遭到腐蝕。
--原電池三要素:
1)電極電位不同的兩電極;
2)兩電極必須在同一電解質溶液里;
3)兩電極間必須有導線連接。
(1)、陰極保護原理
1)、腐蝕電位或自然電位:
--每種金屬浸在一定的介質中都有一定的電位，稱之為該金屬的腐蝕電位(自然電位)。
--腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對難易。腐蝕電位愈負愈容易失去電子。
我們稱:失去電子的部位為陽極區(qū)。
得到電子的部位為陰極區(qū)。
--陽極區(qū)由于失去電子(如，鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入海水)受到腐蝕，陰極區(qū)得到電子受到保護。
2)參比電極
--為了對各種金屬的電極電位進行比較，必須有一個公共的參比電極。參比電極是一種在類似于測量條件下恒定的電極，用來測量其它電極的相對電位。
飽和硫酸銅參比電極，其電極電位具有良好的重復性和穩(wěn)定性，構造簡單，在陰極保護領域中得到廣泛采用。
陰極保護的原理:是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。
有兩種辦法可以實現這一目的:
--犧牲陽極陰極保護
--外加電流陰極保護
(2)、犧牲陽極保護法
--根據金屬電化學腐蝕原理，將電位更負的活潑金屬Al、Zn 等合金固定于鋼質結構物上,兩者以海水為介質,構成了一對陰、陽極,依據金屬電化學原理將腐蝕掉Al、Zn 合金金屬,達到保護鋼質結構物的目的。
應用:保護小型平臺、小型儲罐、海管等。
--優(yōu)點是:
(1)保護系統不需外加電源，
(2)不需特殊照管;
(3)不易產少雜散電梳。
--缺點是:
(1)功率小;
(2)陽極有效作用半徑小;
(3)所得到的電能成本高;
(4)電流輸出量受工作表面積大小的限制;
(5)導線電阻和介質電阻對電流輸出量影響大;
(6)犧性陽極的體積和重量均較大。
(3)外加電流保護法:
將要保護的鋼鐵設備作為陰極，另外用不溶性電極作為輔助陽極，兩者都放在電解質溶液里，接上外加直流電源.
通電后，大量電子被強制流向被保護的鋼鐵設備，使鋼鐵表面產生負電荷(電子)的積累，只要外加足夠強的電壓，金屬腐蝕而產生的原電池電流就不能被輸送，因而防止了鋼鐵的腐蝕.
應用:保護大型平臺、大型儲油罐。
優(yōu)點是:
(1)電流電壓可調性好，可隨外界條件變化實現自動控制;
(2)輸出功率大，可滿足金屬結構需要大功率保護的要求;
(3)根據保護的需要，可隨時進行工作或停止工作
(4)輔助陽極保護半徑大，數量少;
(5)重量較小。保護系統初始投資大，安裝較復雜，
缺點是
(1)日常維護管理費用大;
(2)陽極電纜和支架要嚴格絕緣;
(3)設備發(fā)生故障，保護系統即停止工作
(4)易于引起雜散電流。
總結分析:
一般小型平臺，采用犧牲陽極保護比較經濟，而大型導管架平臺，采用外加電流陰極保護比較合理。
近來研究和試驗表明，采用兩種方法聯合保護，已取得良好效果。特別是在結構復雜、管節(jié)點處受遮蔽的地方得不到充分保護時，在外加電流系統中加裝犧牲陽極是個好辦法。
一般情況下，陰極保護的費用只占被保護金屬結構物造價的1%~3%，而結構物的使用壽命可以成倍甚至幾十倍地延長。
?由于陰極保護具有設備簡單、施工方便、保護時間長等優(yōu)點，近年來得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用，是一項投資少、效果好、經濟效益顯著的適用技術。
2、陰極保護參數
(1)、腐蝕電位或自然電位
--每種金屬浸在一定的介質中都有一定的電位，稱之為該金屬的腐蝕電位(自然電位)。
(2)、保護電位
--最小保護電位:鋼鐵獲得完全保護時的絕對值最小的值。
--最大保護電位:將電位控制在比析氫電位稍高的電位值，此電位稱為最大保護電位。(在陰極保護條件下，允許絕對值最大的負電位值)
--所謂析氫電位是指在陰極保護中，當陰極電位被極化負到一定程度時，溶液中的氫離子在陰極奪取電子而成為氫分子析出，這時的電位稱為析氫電位。析氫會使涂層起泡脫落，也可能使鋼材產生氫脆，所以陰極保護電位不能越過析氫電位。
--超過最大保護電位時稱為"過保護"。
(3)極化電位:
--在斷掉被保護結構的外加電源或犧牲陽極0.2-0.5秒中之內讀取的結構對地電位。
(4)、最小保護電流密度
--使被保護的結構表面電位達到最小保護電位時，所需的保護電流密度值。
--保護電流密度的大小，取決于環(huán)境，如海水的鹽度、氫溶解量、海流速度、金屬表面狀態(tài)、是否有涂層、陽極的分布、陰極沉積物等情況，都明顯地影響保護電流密度。
--下表是參考值挪威船級社給出的用于保護電流密度選擇的參考值表中給出了一些主要海區(qū)和特殊環(huán)境下三類最小設計保護電流密度值。初始電流密度值是用于確定新陽極所需的電流輸出量，最后的電流密度值，是用來確定當陽極被消耗到利用系數時，所必須的電流輸出量。平均電流密度，用來確定陽極的數量。
3、陰極保護準則
--通電情況下，海水中的鋼結構最小保護電位為-0.85~-0.95V
--最大保護電位不得低于-1.1V。
--極化電位與自然電位差不得小于100MV
4、陰極保護設計
①計算和決定陰極保護系統所需的保護電流、保護電位和所需功率
②外加電流保護系統中供電系統設計。
③設計陰極保護系統各零部件及安裝的結構。
④犧牲陽極保護中陽極材料選擇，尺寸.數量的計算，并決定在結構中的布置
⑤擬定陰極保護系統的使用管理辦法。
5、陰極保護材料
(1) 犧牲陽極材料
1)對犧牲陽極材料的要求:
--導電性能好，電流發(fā)生量大，在海水中自蝕最小，消耗速度慢，使用壽命長
--具有良好的機械性能和加工性能;
--重量輕，體積小，安裝方便;
--材料來源豐富，價格便宜。
2)犧牲陽極的種類
犧牲陽極最常用的有鎂合金、鋅和鋅合金以及鋁合金。
由表可知，鎂陽極發(fā)生電流量大，重量輕，電位低，但電流效率低(自蝕量大)，因而消耗量也大，壽命短，使用中的海洋平臺無法更換，所以平臺上基本不用，主要使用鋅和鋁的合金陽極。
--鋅合金與鋁合金陽極相比較，鋅合金陽極重量大，成本高;鋁合金的電流發(fā)生量大約是鋅合金的3.6倍，價格便宜，資源豐富。
--鋁陽極適用于保護船舶和海洋結構物,而鋅陽極則主要用于保護艦船、海管等結構物。
3)犧牲陽極幾何形狀、尺寸
--影響犧牲陽極幾何形狀和尺寸選擇的因素很多，如結構的外形、需要保護面積的大小、介質的電阻率、安裝難易、使用是否可靠、陽極發(fā)生電流量、使用年限等。
-- 海上導管架常用的為圓形、方形或梯形截面條狀陽極，一般根據長度與重量比、表面積與重量比，選用不同大小的形狀。每塊質量通常在50~200kg。
(2) 、外加電流陰極保護陽極材料
輔助陽極--與強制外加電流的正極相連，僅限于導電為目的電極。
1)對輔助陽極材料的要求
--導電性能好、載流密度高
--有良好的化學和電化學穩(wěn)定性，消耗率低，壽命長;
--機械性能好，便于加工制造和運輸安裝
--價格便宜，綜合費用低
2)輔助陽極材料的種類
--鉛銀合金、鉛銀鉑符合材料、高硅鑄鐵和鍍鉑鈦。
3)輔助陽極的形狀與幾何尺寸
陽極外形要與陽極布置形式相配合，以適應結構保護的需要，使結構各部分能得到均勺而高效的保護。平臺常用陽極的形狀，多數為棒狀和板狀:其形狀與安裝方法有很大關系，
--陽極尺寸的大小，應使其具有足夠的表面積，一般外加電流輔助陽極數量比犧牲陽極少，但輸出電流量比犧牲陽極大，電流分布效率低，一般為0.67~0.80之間。這些輔助陽極，可設計為每個陽極輸出30~200A電流(典型犧牲陽極每塊發(fā)生電流，通常為3~6A).
6、陰極保護施工
(1)、犧牲陽極的布置和安裝
1)陽極與平臺之間要有可靠的導電連接,規(guī)定安裝距離,在總體上做到均衡布置,以便達到所要求的保護電位;
2)陽極、陽極鐵心和其支架應具有足夠的連接強度,以承受波浪、潮流、打樁就位時的施工載荷,
3)陽極體表面嚴禁沾染油污、涂裝油漆。
4)陽極可采用焊接法或螺栓固定法安裝，其中常用的安裝方式:
掛板固定法、掛鉤固定法、角鋼固定法、螺栓固定法
--為了重點保護結構節(jié)點，防止點蝕和焊縫熱影響區(qū)的腐蝕，陽極應距節(jié)點近些。
--了改善電流分布，每個陽極都應安裝在至少離結構表面300mm的地方。若陽極緊靠構件安裝，陽極背面應涂上絕緣屏蔽層。
--若陽極直接焊在平臺結構上，可在建造廠進行。對于懸掛式陽極，一般在平臺海上就位后再安裝。
(2)、外加電流保護法設計與施工
1)、外加電流陰極保護系統的組成
①輸出低壓直流電的電源一一自動恒電位儀
②用來排出陽極電流的輔助陽極;
③可連續(xù)測量平臺保護電位的參比電極。
自動控制電源--自動恒電位儀:
--自動控制電源是一種自動控制電流輸出的低壓大電流電源。輸出電壓12-24V，并根據外界條件的變化，經自動控制裝置隨時調節(jié)所需保護電流，使保護電位在最佳范圍之內。
輔助陽極:
--作用是從陽極排出保護電流，流經海水達到被保護的金屬結構(平臺)的表面。陽極排流過程也有溶解過程，所以陽極的重要特性是排流量和消耗率。消耗率是排出單位電流時，單位時間內陽極材料的消耗量。
2)輔助陽極的布置
近陽極布置法:
通常是采用許多小陽極分散安裝在結構的支撐構件上，這種布置方法的特點是:安裝簡單，操作方便，結構表面電流不均勻時易于調整，保護范圍比較固定。但所需陽極塊數量較多，電流調整工作量大，電流消耗大。
遠陽極布置法:
--是用少數的陽極，安裝在離平臺結構較遠的位置。布置遠陽極的目的是分散輸出電流，使其均勻分布在整個被保護的結構表面上，從而避免了靠近陽極處的過保護現象發(fā)生。
--這種方法的最大優(yōu)點是用少量的陽極，保護面積較大的結構，電流分布比較均勻。但電流分布不均勻時不易調整。遠離平臺的輔助陽極固定比較麻煩，電纜易損壞。為避免電纜損傷，通常把電纜放在套管內。
7、防腐系統的檢查和維護
(1)、 涂層
1) 大氣區(qū)的涂層應在平臺年度檢驗時進行檢查，并應根據損壞程度予以局部修補、整新或全面重新涂裝。
2) 飛濺區(qū)結構如采用涂層保護時，則涂層應每年檢查一次，損壞部分應盡快予以修補。
3) 具有陰極保護的水下結構的涂層，在檢查陰極保護系統的同時也應予以檢查，檢查結果應按規(guī)范要求將記錄保存。
4)飛濺區(qū)結構采用特種防腐系統保護時，對其保護效果至少每年要進行一次直觀檢查。防腐系統如有損壞，則應及時予以修復。
(2)、 陰極保護
1) 陰極保護系統投入運行之后，對陰極保護的效果應進行定期檢查。測量和評價陰極保護的效果可采用下列方法:
①測量被保護構件的電位--被保護構件的電位應符合規(guī)范的規(guī)定;
②直觀檢查--潛水員目測、水下攝影、水下電視等所反映的平臺腐蝕狀況不得超出使用年限允許的范圍;
③腐蝕掛片檢查--試片腐蝕形態(tài)和速率應在平臺使用年限所允許的限度之內。
對于犧牲陽極保護的結構，應一年進行一次電位測量，對于外加電流保護的結構應一個月進行一次電位測量。直觀檢查和腐蝕掛片的周期可根據需要確定
2) 參比電位的準確度應定期檢查。測量電位時，參比電極應盡可能靠近待測的平臺結構。
3)陰極保護系統交付使用后，應對其運行的可靠性進行定期檢查:
①對犧牲陽極保護系統，應檢查陽極溶解狀況、機械損傷情況等，這種檢查應在平臺特別檢驗時進行;
②對外加電流陰極保護系統、電源設備運行狀況，如輸出電流(包括各輔助陽極分路的電流)、電壓、功率消耗等，至少應每一個月檢查一次;輔助陽極、電纜和參比電極的工作狀況，應在平臺年度檢驗時進行檢查。
