某核电凝汽器低电位铝阳极阴极保护优化设计研究

数值仿真是研究、优化牺牲阳极阴极保护效果的重要方法。针对核电凝汽器阴极保护需求，完成基于低电位牺牲阳极阴极保护设计，开展了基于有限元数值计算的仿真模拟，研究了不同保护方案对凝汽器保护电位分布的影响。结果表明，采用优化的低电位阳极阴极保护方案，凝汽器中不锈钢组件的保护电位在-493～-810mV之间，钛组件保护电位在-386～-678mV之间，既可满足凝汽器阴极保护电位要求，又可以降低钛材的氢脆风险。     

加热炉烟、火管牺牲阳极阴极保护保护效果的评价

本文主要通过实验室方法对牺牲阳极阴极保护进行研究工作。通过两种不同保护电位下(低于-850mV和高于-850mV),加热炉用钢的腐蚀情况进行对比研究。结果表明,在两种保护电位情况下其保护度都可达到80%以上。牺牲阳极阴极保护工作电位数值大小与阳极体表面积大小有关,单以保护电位作为牺牲阳极阴极保护的评价标准是不准确的。最后,本文对加热炉牺牲阳极阴极保护现场施工进行了简要介绍。     

有限元法在沉管隧道钢结构阴极保护设计中的应用

为解决沉管隧道钢结构表面阴极保护电位难以计算和测试的问题,采用数值模拟技术,对某项目阴极保护设计方案进行了优化,并使用缩比模型间接验证了模拟结果的准确性。结果表明：对于沉管隧道来说,由于无法在沉管钢壳底部布置牺牲阳极,欠保护区域通常出现在沉管底部;若将阳极均匀布置在除钢壳底面外的其他表面,沉管钢壳的顶面或侧面与底面之间的电位差为70～100 mV,钢壳底面处于欠保护状态;在沉管钢壳的侧面增加牺牲阳极的数量,沉管底面电位的负移量较大,牺牲阳极的保护效果较好。     

阴极保护系统中电位分布的数值计算

1 阴极保护时各处电位不相等 受阴极保护的金属表面的电位只有在一定的数值范围以内才能使结构物受到有效的保护。电位过正(“欠保护”)和电位过负(“过保护”)都是应该避免的。不过需要注意的是,在实际工程的阴极保护系统中,无论是牺牲阳极法或外加电流法(也称强制电流法),金属结构物表面的电位以及相应的电流密度并不是到处一样的,即电位和电流分布常常是不均匀的。典型的例子是,埋地长输钢管实施阴极保护采取相隔一定距离的分立布置的辅助阳极,这时靠近阳极的管     

铁基牺牲阳极对17-4PH不锈钢的阴极保护

采用两种铁基牺牲阳极材料 (20CrMo和40CrMo) 对17-4PH不锈钢进行阴极保护,通过恒电流实验和自放电实验评估这两种牺牲阳极的保护效果,并用扫描电镜 (SEM) 和能谱 (EDS) 分析17-4PH阴极实验后的表面形态和元素成分。结果表明：两种牺牲阳极对17-4PH不锈钢均有500 mV左右的驱动电位。20CrMo牺牲阳极具有比40CrMo更负的工作电位、更大的电流效率,20CrMo牺牲阳极表面均匀腐蚀。经过20CrMo阳极保护的17-4PH阴极表面形成的氧化产物含量更少。20CrMo对17-4PH不锈钢的保护效果更好。     

X65和X80管线钢在大港模拟土壤溶液中的阴极保护参数研究

目的为管道安全运行提供支撑。方法通过搭建室内实验系统,基于极化曲线法和电化学阻抗谱法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS),对X65和X80管线钢在大港模拟土壤溶液中的阴极保护参数进行系统的实验及理论研究。结果通过分析X65和X80管线钢的极化曲线,发现在大港模拟土壤溶液中,X65管线钢的阴极保护电位范围为-400~-1200 mV,而X80管线钢的阴极保护电位范围为-400~-1150 mV。基于X65和X80管线钢的EIS结果,通过研究电荷转移电阻Rt随阴极极化电位Ee,c的变化趋势,进一步探明在大港模拟土壤溶液中,X65管线钢的析氢电位为-970 mV,最佳保护电位为-850 mV,而X80管线钢的析氢电位为-960 mV,最佳保护电位为-800 mV,从而明确了在大港模拟土壤溶液中,X65管线钢析氢电位小于X80管线钢的析氢电位。结论探明了X65和X80管线钢在大港模拟土壤溶液中的阴极保护参数,发现X65管线钢的析氢电位及最佳保护电位均小于X80管线钢,为X65和X80管线钢的阴极保护提供了一定理论依据。     

某海管阴极保护状况评估及牺牲阳极更换的优化

借助数值模拟技术预测了某海管更换阳极前及采用不同牺牲阳极更换方案后的阴保电位分布及原有牺牲阳极的剩余寿命。结果表明:阳极更换前,海管的阴保电位达标(负于-800mV),但牺牲阳极寿命不足10a,这与水下机器人(ROV)的检测结果一致;采用方案2(9支块状牺牲阳极)更换阳极后的防护效果最佳,连续两次ROV检测结果表明海管得到有效保护。     

钢筋混凝土埋入式牺牲阳极阴极保护试验研究

目的 提高现有牺牲阳极阴极保护技术的效果，采用活性阳极包覆砂浆，制备一种埋入式牺牲阳极，并研究其应用特性。方法 采用二电极法测试阳极包覆砂浆的电阻率，通过加速试验、SEM-EDS分析锌腐蚀产物的迁移状况，采取自耦合试验测定埋入式牺牲阳极下钢筋的电位等参数;在此基础上，研究埋入式牺牲阳极的特性及其阴极保护范围。结果 活性阳极包覆砂浆的电阻率仅为18.48 Ω.m。闭路电位、瞬间断电电位测试显示钢筋的稳定保护电位为−400~ −440 mV，断电电位为−218 mV，满足NACE标准对衰减电位的最低要求(200 mV)。电流密度结果表明，埋入式阳极可提供的保护电流密度为6.1~7.7 mA/m²，符合EN 12696要求。通过网格法测量的结果显示，在钢筋密度比为0.20，以及高腐蚀环境条件下，埋入式牺牲阳极的最大有效保护距离可达到700 mm。SEM-EDS分析结果表明，锌阳极发生反应，生成了可溶性锌酸盐(ZnO2²⁻)，且会由锌阳极表面向砂浆内部迁移，最终逐渐分散到砂浆孔隙中，可有效解决因锌阳极表面腐蚀产物聚集而影响活性的问题，并消除腐蚀产物体积增大造成的膨胀应力。工程应用结果表明，各测试点钢筋的保护电位均负于−400 mV，满足保护要求。结论 埋入式牺牲阳极对钢筋有较好的保护效果，能够保持电位、电流输出稳定，不会影响阳极的活性，也不会给混凝土结构带来膨胀应力。     

冷却消声器牺牲阳极保护的模拟试验研究

海水冷却消声器选用316L不锈钢制造,并采用牺牲阳极的阴极保护方法.为验证牺牲阳极保护设计的合理性和检验保护效果,在1:1模拟样器上模拟实际工况测定了冷却器水套的电极电位分布和牺牲阳极块的失重.结果表明防蚀方案可行,设计合理,保护充分     

循环静水压力对牺牲阳极阴极保护的影响

实验模拟了常压和3.5MPa静水压力循环作用下,牺牲阳极阴极保护系统(CP)中阳极对阴极的保护。利用电化学测试法,结合SEM分析,对CP系统进行了电化学测量和腐蚀形貌观察,并对腐蚀产物进行了XRD成分分析。结果表明：在循环静水压力下,阴极的保护电位升高;牺牲阳极表面形成了一层相对致密的腐蚀产物壳层,导致其工作电位升高,放电能力下降;CP系统中斜率参数增大,牺牲阳极对阴极的保护效果变差。     

X65碳钢在模拟油田采出水中的阴极保护研究

采用极化曲线、恒电位阴极极化和失重法,并结合SEM,EDS和XRD分析产物的形貌、成分和结构,研究了不同保护电位下X65碳钢的保护效果和机制。结果表明:该环境中,自腐蚀条件下的X65碳钢发生严重腐蚀,失重速率大,坑蚀严重;-800~-1000 mV的保护电位对X65碳钢的腐蚀均有明显抑制效果;-800 mV阴极保护电位下X65碳钢表面无良好的钙质沉积层形成,-900 mV下表面能生成牢固致密的钙质沉积层,有效降低保护电流密度,-1000 mV下沉积层容易因析氢反应而鼓泡脱落;相比于海洋环境,X65碳钢在油田采出水中的析氢电位偏正,沉积层中不含Mg(OH)2。     

舟山某码头钢管桩牺牲阳极阴极保护系统检测

舟山某码头钢管桩采取牺牲阳极阴极保护已10余年。通过检测阳极的表面形貌,计算阳极使用寿命,测量保护电位和检查钢管桩腐蚀状况,对牺牲阳极保护效果进行了评价和分析。结果表明,10年间钢管桩受到了充分有效的保护,阳极剩余寿命在10年以上,实际使用寿命将大于设计寿命。     

杂散电流对海底管道表面电位影响预测方法研究

目的：外加电流阴极保护技术逐渐应用于船舶和海洋结构物防腐领域,但随之而来的杂散电流很可能使平台附近的海底管道本身或者其牺牲阳极阴极保护系统产生电化学腐蚀,缩短海底管道使用寿命,甚至破坏管道本身结构而造成严重的生产事故,因此需要预测外加电流阴极保护系统对附近海底管道及其牺牲阳极阴极保护系统可能造成的不利影响。方法提出一种基于边界元法的预测海底管道杂散电流影响的数值模拟方法,建立包括域内控制方程和对应的边界条件的数学模型,可以计算得到海底管道受杂散电流影响区域的位置和范围,并且得到受影响区域表面保护电位的分布情况。结果通过实验室海底管道模型杂散电流试验测量结果与数值模拟结果进行比较,验证该方法预测海底管道杂散电流影响的准确性,数值模拟仿真结果与试验测量结果最大误差百分比约为1.7%,平均误差百分比小于0.2%。数值模拟计算结果准确地预测了海底管道模型表面保护电位分布情况,预测了导管架平台模型外加电流阴极保护系统对海底管道模型杂散电流的影响情况。结论使用的边界元阴极保护数值模拟技术可以准确预测海底管道杂散电流的影响情况,为海底管道杂散电流影响预测研究提供了有力工具。     

钢质石油储罐罐底外壁牺牲阳极阴极保护

本文对钢质石油储罐的腐蚀机理、因素进行了分析,介绍了牺牲阳极阴极保护的原理,对1座10000m3的钢质石油储罐罐底外壁进行了牺牲阳极阴极保护设计,并对其保护效果进行了检验。结果显示该储罐实施牺牲阳极保护后,牺牲阳极保持较低的工作电位,使罐底外壁得到相应保护,达到了设计技术要求,有效减缓罐底外壁的腐蚀速率。     

导管架牺牲阳极阴极保护数值模拟评价与优化改造

对某海洋平台的调研发现,水下机器人(ROV)水下电位检测只能够反映检测区域的阴极保护有效性,而采用悬臂法电位检测的结果表明,ROV未能检测的浅水和导管架内部区域阴极保护已失效。为此,借助于数值模拟的方法全面评估了两个海洋平台水下结构牺牲阳极阴极保护系统的有效性,与现场检测结果进行了对比。同时,针对欠保护区域采用数值模拟方法进行了优化改造。     

海洋平台导管架外加电流阴极保护设计数值模拟

目的对海洋平台导管架外加电流阴极保护设计通电点的选择等问题进行分析,为海洋平台导管架阴极保护设计提供指导。方法利用BEASY CP数值模拟软件,通过数值模拟计算方法对导管架外加电流阴极保护系统设计的基础问题进行了研究,包括保护对象的确定、通电点的设置、辅助阳极选型和阳极数量及安装位置等。结果导管架外加电流阴极保护设计时,若只考虑海水浸渍部分,则无法使导管架海水和海泥部分均得到有效保护。设置通电点时,考虑电阻(1.01×10-6Ω/m)和不考虑电阻两种情况下导管架的保护电位相近,绝对误差不超过1 m V,通电点的位置对保护效果影响较小。阴极保护输出电流为17 A时,三种不同直径(300、600、900 mm)辅助阳极阴极保护系统的保护相近,保护电位在803~899.2 m V(vs.CSE)之间。三种不同阳极设计方案的输出电流分别为17、17、16.5 A,对应的保护效果分别为803.34~899.20 m V(vs.CSE)、802.96~850.64 m V(vs.CSE)、800.36~848.26 m V(vs.CSE)。2#阳极的保护效果比1#阳极的保护效果均匀,两支阳极方案在最低保护效果下所需电流比单支阳极更小且保护更均匀。结论设计外加电流阴极保护系统时,应当充分考虑与待保护对象相连接的所有金属结构物。对于小型导管架而言,金属电阻对导管架外加电流阴极保护系统的电位分布影响很小,因此通电点的选择较容易。外加电流阴极保护系统设计时应考虑电流密度对辅助阳极的消耗影响,选取适当尺寸的阳极。通过数值模拟方法,可以优化阳极数量和位置,从而实现保护电流较小且保护效果更均匀,并满足一定的经济性要求。     

原油长输管道阴极保护有效性评价分析

目的探究原油长输管道阴极保护失效的原因。方法通过管道通/断电电位测试、集输末站内外电位测试和绝缘法兰测试等方法,判断集输管线是否处于有效的保护状态,站内外阴极保护是否存在直流干扰情况,以及绝缘法兰的工作情况。结果 1~#集气站-1~#阀室管道通电电位为-850~1200 mV,断电电位为-773~788 mV,不满足比-850 mV更负的准则。站外管线通/断电电位虽然随着站内阴保电流的增大而增大,但是在电流为6、18 A时,其断电电位分别为-880 mV和-1198 mV,在保护电位范围之内(-850~1200 mV),没有产生过保护,符合国标的要求。站内外阴极保护干扰是客观存在的,可以通过调节及平衡站内外的输出,使站内外管道的保护电位在规定的电位区间之内(-850~1200 mV)。集输末站处的绝缘法兰性能良好,但是锌接地电池基本耗尽。结论管道断电电位没有达到要求,且集输末站内外阴极保护存在相互干扰,是该长输管道阴极保护失效的主要原因。     

外加电位对X80钢在南雄土壤模拟溶液中应力腐蚀行为的影响

采用动电位极化技术、慢应变速率拉伸(SSRT)试验和SEM形貌分析等方法,研究了外加电位对X80钢在南雄土壤模拟溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)行为的影响。结果表明,在不同外加电位下,X80钢在土壤模拟溶液中呈现出不同的SCC敏感性。在-550mV(SCE,下同)阳极电位下,X80钢的阳极溶解抑制了其SCC的发生;在自腐蚀电位Ecorr(约-720mV)下,X80钢SCC行为呈现出受阳极溶解和氢脆混合控制的机制;在-850mV阴极电位下,阴极保护抑制了X80钢SCC的发生;而在-1 000mV和-1 150mV阴极电位下,氢脆在X80钢SCC过程中占重要作用。     

外加电位下X80双相管线钢在模拟沿海土壤环境中的应力腐蚀行为

采用交流阻抗谱、极化试验、慢应变拉伸试验研究了不同外加电位下在模拟沿海土壤环境中X80双相管线钢的应力腐蚀行为,对拉伸断口和极化后试样进行SEM表面形貌及能谱分析。结果表明,与慢扫极化(模拟的非裂尖区域)相比,X80双相管线钢快扫极化模拟的裂尖腐蚀电位较负且腐蚀电流较大。-750 mV外加阴极电位处于裂尖自腐蚀电位范围,不足以起到阴极保护的作用,对应力腐蚀仍十分敏感。外加电位为-1050 mV时,阴极反应速率显著大于阳极反应,阴极反应产生的氢被金属吸收且扩散,慢应变拉伸未经颈缩即发生断裂,为准解理断裂。外加阴极电位为-900 mV,阴极电流有效抑制了阳极溶解反应,因此管线钢在模拟沿海土壤溶液中慢应变拉伸抗拉强度和断面收缩率都最高,断口表现为韧性断裂,侧面裂纹细小,阻抗模值最大,应力腐蚀敏感性最小。     

阴极保护电位对破损环氧涂层阴极剥离的影响

采用电化学阻抗技术(EIS),并结合SEM,EDS和XRD研究了室温、静态模拟海水中不同保护电位对海洋平台研制钢在模拟海水中防腐涂料与阴极保护联合作用效果以及对破损环氧防腐涂层的阴极剥离机理。结果表明:在本实验选择的保护电位中,随着电位的负移,涂层剥离面积逐渐增大。-750 mV (vs SCE,下同)保护电位对于破损涂层的金属基体欠保护。-1050 mV电位极化下发生严重的析氢现象,破坏了钙质沉积层的完整性,界面碱化程度较大,涂层剥离面积最大;-850和-950 mV保护电位均能抑制破损处金属的腐蚀;-950 mV保护电位下生成的CaCO_3和Mg(OH)_2钙质沉积层完整致密,保护效果最佳。