海洋工程用新型牺牲阳极设计与性能研究(Ⅲ)——中尺寸阳极实海试验研究

目的通过构型优化设计一种新型牺牲阳极,使其在与常规阳极质量相当的前提下,增加初期发生电流,使被保护体较快极化到保护电位,后期发生电流降低,满足平均和末期保护电流需要,达到节约牺牲阳极用量的目的。方法通过在传统梯形阳极两侧增加两个翼翅优化设计出新型牺牲阳极,并针对中等规格尺寸的新型阳极与常规阳极进行实海试验。结果质量与常规阳极相近的新型阳极,初期发生电流增加11%,而后逐渐增加到18%,被保护体优先极化到保护电位。翼翅消耗完全后,新型阳极与常规阳极均呈圆柱形,发生电流亦与常规阳极相当。结论所设计的新型牺牲阳极在与常规阳极质量相当的前提下,可使被保护体较快极化到保护电位,节约了牺牲阳极用量。     

海洋工程用新型牺牲阳极设计与性能研究(Ⅰ)——小尺寸阳极静态海水试验研究

目的设计一种新型牺牲阳极,满足海洋工程钢结构阴极保护不同时期保护电流需求,节约牺牲阳极用量。方法通过改变常规阳极面积与质量比,分别设计面积相同和质量相同的新型阳极和常规阳极,并进行静态海水阴极保护对比试验。结果面积与常规阳极相同的新型阳极,在节约质量近50%的基础上,实现了与常规阳极相近的发生电流;质量与常规阳极相同的新型阳极,表面积增加近70%,实现了初期发生电流增加18%,试验阶段发生电流增加14%,被保护钢试样的快速极化。结论通过增加常规阳极面积与质量比,降低接水电阻,增加发生电流的设计思路是可行的。     

海洋工程用新型牺牲阳极设计与性能研究（Ⅱ）——小尺寸阳极实海试验研究

目的设计一种新型牺牲阳极,满足海洋工程钢结构阴极保护不同时期保护电流需求,达到节约牺牲阳极用量的目的。方法通过改变常规阳极面积与质量比,分别设计面积相同和质量相同的新型阳极和常规阳极,并进行实海环境阴极保护对比试验。结果质量与常规阳极相同的新型阳极,初期发生电流增加22%,试验阶段发生电流增加48%;面积与常规阳极相同的新型阳极,在节约阳极质量近50%的基础上,显现了与常规阳极相近的发生电流。结论通过增加常规阳极面积与质量比,降低接水电阻,增加发生电流设计思路可行。     

海洋工程用新型牺牲阳极设计与性能研究(Ⅴ)——导管架平台阴极保护设计探讨

目的 针对不同设计使用年限的导管架平台,通过对比新型阳极和常规阳极用量来评价新型阳极的优势和不足。方法 针对设计寿命15年和30年的导管架平台,计算满足不同阶段保护电流需求的新型阳极和常规阳极的需求量。结果 当导管架平台设计年限较短,比如15年,牺牲阳极用量由初期保护电流需求量决定,新型阳极的使用可以达到节约阳极用量的目的。当设计年限较长,比如30年,牺牲阳极用量则由维持电流需求量决定,采用新型阳极并不能节约阳极用量。结论 并非所有设计年限的导管架平台使用新型阳极都能达到节约用量的目的,具体要根据实际计算结果而定。     

在役海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护数值模拟

目的分析海洋桩基平台所在浅海区域牺牲阳极接地电阻和不同牺牲阳极方案的保护效果及施工量,为海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护设计提供指导。方法利用BEASY CP数值模拟软件,对桩基平台牺牲阳极阴极保护系统设计中阳极接水电阻和不同保护方案的保护效果进行数值模拟计算。结果在文中桩基平台所在海域内,所选牺牲阳极单支布置于海水/海泥界面0.25 m以上、水面1.35 m以下时,接水电阻接近且相对最小,约为0.048Ω,比标准推荐公式计算的接水电阻大约26%。多支组合阳极的接水电阻,随阳极数量或阳极间距的增大而降低,但因存在拥挤效应,其接水电阻要明显高于理想的多支阳极并联电阻。在设定的牺牲阳极布置方案中,将牺牲阳极布置于距离海水/海泥交界面0.8 m处,共给出了3种阳极的组合方式,即5支、3支组合阳极和单支阳极。再基于阳极位置或数量变化合计,设置6种牺牲阳极方案,每种方案下的阳极总数处于48~60支之间。计算结果显示,在不同牺牲阳极方案下,桩基平台的保护电位分布区间较为接近,约处于-680~-1080mV(vs.CSE)之间。不同方案的保护效果差异主要体现在对腐蚀性相对较高的海水和海水/海泥交界面附近主桩和隔水管的保护上,随着阳极由5支组合阳极方案、3支组合阳极方案到单支阳极方案转变,牺牲阳极输出总电流由110 A增加到133 A,其对主桩和隔水管的保护效果越好,即保护电位越负,且保护距离增加。其中对主桩在海泥中的保护距离由5~8 m增加到5~10 m,对隔水管在海泥中的保护距离由0~3 m增加到4~7 m。5支组合阳极方案1中,两侧阳极输出最大电流约为中间阳极输出电流的2倍,3支组合阳极方案2中各牺牲阳极输出电流相当。结论通过数值模拟方法,可优化牺牲阳极数量、组合方式和位置,从而实现保护电位分布更均匀。基于案例提出的3支组合阳极方案2兼具了保护效果、阳极输出电流均匀性和相对较少的施工量等特点,可为在役海洋桩基平台牺牲阳极阴极保护设计提供参考。     

FPSO工艺水舱阳极快速消耗原因分析

目的 研究FPSO工艺水舱中铝牺牲阳极消耗过快的原因。方法 参照GB 17848—1999牺牲阳极电化学性能试验方法,对比水舱环境与普通环境下,在役阳极的电化学性能数据,并模拟水舱环境,监测阳极工作时实际的发生电流与工作电位等情况,据此分析牺牲阳极在工艺水舱中消耗过快的原因。结果 在常温（25 ℃）、常温充空气、高温（65 ℃）充空气等条件下,阳极的电化学容量分别是2522.07、2464.29、1943.74 Ah/kg,且高温（65 ℃）充空气环境下阳极的晶间腐蚀较其他两组试验严重许多,说明温度是影响阳极电化学容量的关键因素。在模拟工艺水舱环境下,实测的阳极发生电流最高可达100 mA。将工艺水与海水1:5稀释后,实测的保护电流密度最高达45 mA,说明工艺水中存在大量的去极化剂,是造成阳极快速消耗的又一重要因素。结论 工艺水舱环境下,阳极发生严重的晶间腐蚀,严重影响了阳极的电化学容量,使阳极寿命缩短。工艺水成分中含大量去极化剂,使船舱所需的保护电流密度大大增加,促使阳极发生电流加大,亦缩短了阳极的实际服役寿命。     

压载舱阴极保护系统性能仿真及优化

针对压载舱结构复杂、电流屏蔽现象严重导致牺牲阳极数量和位置精确设计困难,以及目前基于经验法设计的牺牲阳极保护系统常导致局部欠保护或过保护的问题,开展了基于边界元法的压载舱保护电位仿真和优化研究.研究结果表明,建立的压载舱牺牲阳极保护边界元模型可准确模拟压栽舱保护电位分布,优化后的牺牲阳极保护系统保护电位分布更均匀,船舶...     

海洋环境Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极腐蚀防护研究

以Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极为研究对象,在海洋环境下做车辆的牺牲阳极腐蚀防护试验。采用电位自动记录仪采集浸入海水期间车体的动态电位,绘制时间-电位（t-E）曲线图,并分析数据;采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等方法对牺牲阳极试样表面腐蚀形貌及成分进行了分析。结果发现,Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极增加了车体电位的稳定性,使车体电位部分极化到-800 mV;车体电位达到平衡的时间为7 min,加速了车体电位达到平衡的时间;Al-Zn-In-Mg-Ti牺牲阳极腐蚀产物在表面形成致密氧化层,并在干湿交替的作用下形成龟裂的裂纹,阻止了牺牲阳极的进一步反应。     

Al-Mg-Ga牺牲阳极的电化学性能研究

目的研究Al-Mg-Ga牺牲阳极的电化学性能及其与标准铝合金牺牲阳极复合后的性能。方法设计一种Al-Mg-Ga铝合金牺牲阳极,通过4天加速试验和模拟实海实验研究其电化学性能、初始极化性能以及与Al-Zn-In-Si基底阳极不同面积比复合后的耦合电位。对腐蚀不同状况下的铝活性阳极进行能谱分析(EDX)和扫描电镜(SEM),探讨其活化机理。结果 4天加速试验显示,Al-Mg0.6%-Ga0.05%牺牲阳极开路电位、工作电位较负,分别达到-1.5 V(vs.SCE)和-1.3 V(vs.SCE),适合作为复合阳极中的活性阳极材料。模拟实海试验显示,铝铝复合阳极在阴极保护中初始极化性能良好,能够发出较大电流,得到了-1.2~-1.3 V(vs.SCE)之间的耦合电位。结论研制的铝铝复合牺牲阳极发出的初始电流约为中期电流的3倍以上,同时不同的面积比设计的复合阳极耦合电位在-1.2~-1.3 V(vs.SCE)之间。     

牺牲阳极的阴极保护电位的测定与比较

采取连续实车监测的方法,对安装不同材料牺牲阳极的两栖车辆的车体电位进行了采集.通过数据整理和分析得出,五元和六元牺牲阳极保护方案都不能够为车辆提供足够的保护电位,但是五元要比六元牺牲阳极的极化速度慢.与五元牺牲阳极相比较,六元牺牲阳极更适合应用于干湿交替特点的两栖车辆.     

Al-Zn-In系铝合金牺牲阳极电化学性能研究

目的研究三种不同成分Al-Zn-In系铝合金牺牲阳极在常规海水环境中的电化学性能。方法使用牺牲阳极电流效率测试和表面形貌观察等方法。结果三种不同成分铝合金牺牲阳极的电流效率均超过了90%,其中成分3的阳极表面溶解最均匀,呈现均匀溶解形貌,并且未见明显的腐蚀坑和晶间腐蚀现象。结论Al-Zn-In系铝合金牺牲阳极中,加入一定量的In、Zn和适量的Si,可以提高牺牲阳极的电化学性能,三种不同成分Al-Zn-In系铝合金牺牲阳极中,成分3牺牲阳极具有最优异的电化学性能。     

几种牺牲阳极在干湿交替条件下的自放电行为比较

模拟海水与空气的干湿交替条件,对四种海船常用牺牲阳极的自放电行为进行了研究。通过测定工作电位、发生电流、溶解性能、溶解产物成分,分析了四种牺牲阳极在经历不同间浸工作周期后的电化学性能,特别是再活化性能。结果表明:在干湿交替条件下,Zn-Al-Cd阳极的电化学性能降低幅度最大,Al-Zn-In-Cd阳极次之,它们均不适合在此环境中使用;Al-Zn-In-Mg-Ti的电化学性能比前两者好,Al-Zn-In-Mg-Ga-Mn则最适合作为干湿交替环境中的牺牲阳极。     

某集气站分离器积液包内防腐技术研究

目的提高分离器积液包的内防腐性能。方法首先通过实验对THF8110-I耐湿热重防腐涂料面漆及带锈底漆所构成的防腐涂层进行了外观、耐磨性、硬度、附着力、耐盐雾、耐腐蚀方面的性能检测,以确定其是否符合现场积液包内防腐的需要。然后通过相关规范设计计算所需牺牲阳极的质量及数量,在此基础上借助BEASY软件模拟,得到不同阳极材料在不同布置方式下积液包内壁的电位分布情况,进行材料优选,并分析阳极布置方式对阴极保护效果的影响。最后,模拟得到阳极在焊接和螺栓连接两种不同固定方式下积液包内壁的电位分布情况,以选择合适的固定方式,螺栓连接时,改变阳极与积液包底端的距离,以确定合适的距离。结果 THF8110-I耐湿热重防腐涂料面漆及带锈底漆所构成的防腐涂层各方面性能均达到标准要求,同种布局方式下,铝阳极对积液包形成的保护电位总是比锌阳极更负,而阳极材料相同时,五种布置方式下积液包内壁的电位范围之差不超过1 mV。与焊接相比,螺栓连接且阳极距离积液包底端为150mm时,积液包内壁的电位分布最为均匀。结论采用防腐涂层结合牺牲阳极保护的方式提高了积液包内壁的防腐能力。其中,防腐涂层由THF8110-I耐湿热重防腐涂料面漆及带锈底漆所构成,牺牲阳极保护方案中,采取四支铝阳极在积液包底端均布的方式阴极保护效果最好,且阳极与积液包的固定方式选择螺栓连接,阳极与积液包底端的距离为150 mm。     

基于外加电流阴极保护法的FPSO保护方案

目的 确定目标FPSO主船体结构全寿命期下外加电流阴极保护系统中的最优参数。方法 采用计算机软件数值模拟的方法,建立目标FPSO主船体结构外加电流阴极保护模型,研究外加电流阴极保护系统中辅助阳极位置、数量以及输出电流对目标FPSO保护状态的影响。结果 分别在距离目标FPSO船尾57、127、191、267 m,吃水深度为5.3、5.7、5.7、5.2 m处的左、右两舷侧上对称布置共8个辅助阳极,各个辅助阳极初期释放电流分别为7、6、6、6 A,外加电流阴极保护系统输出总电流以34.6 A/a线性增加,可使得全寿命期下目标FPSO主船体结构水下部分处于完全保护状态。结论 采用计算机软件数值模拟计算可以快速得到外加电流阴极保护系统参数与目标FPSO保护状态之间的关系,进而可得到阴极保护最优参数,这为后续在目标FPSO上使用外加电流阴极保护系统确立最优参数提供了理论依据。     

陵水气田输气管道阴极保护效果数值仿真研究

目的 研究海水环境因素和工况因素对其海底管道的牺牲阳极阴极保护效果。方法 针对国内首个自主知识产权深水平台——陵水平台,基于边界元开展管道的阴极保护仿真计算,重点研究不同涂层破损率、海水流速和海水电导率对其管道牺牲阳极阴极保护效果的影响。结果 涂层破损率从1%增加到10%,同样的牺牲阳极保护方案,管道的最正阴极保护电位增加了102 mV;海水电导率从4 S/m减小到2 S/m,管道的最正阴极保护电位增加了10 mV;海水流速从0 m/s增加到4 m/s,管道的最正阴极保护电位增加了26 mV。结论 涂层破损率增大、海水电导率降低、海水流速增加等都会导致阴极保护效果的降低,因此在设计阶段,需要考虑环境工况因素对阴极保护效果的影响,确保达到合理的阴极保护效果。     

铝合金牺牲阳极深海应用性能研究

目的评价铝合金牺牲阳极在深海环境的电化学性能。方法通过利用中国船舶重工集团公司第七二五研究所深海试验技术和装置,原位测量三种铝合金牺牲阳极在南海1200 m深海环境的电化学性能。结果三种阳极在1200 m深海环境下的开路电位均在?1.17 V左右,工作电位在?1.11～?0.91 V范围内。1#和2#阳极的实际电容量小于2400A?h/kg,电流效率约为80%,表面存在明显的优先溶解和晶粒脱落现象,表面腐蚀产物有结壳现象发生。3#阳极的实际电容量约为2500A?h/kg,电流效率大于85%,表面微观溶解形貌相对均匀,但表面存在大面积未溶解区域,且腐蚀产物不易脱落。结论该研究结果为深海工程装备阴极保护设计提供了支撑。     

外加电流阴极保护中深井阳极的布置

针对某输油管道工程,为保障阴极保护效果的同时,减少阴极保护对周边金属构筑物产生直流杂散电流的干扰。结合现有相关标准规范以及阴极保护干扰的产生机理,对深井阳极的布置位置和阴极保护方案进行对比分析。由于该工程输油管道将分输库整体包围,如库外长输管道全部采取外加电流的阴极保护形式,无论阳极井如何布置,阴极保护电流均有可能对分输库内储罐等金属构筑物产生杂散电流干扰,此时阳极井的位置需从施工、维护、保护电流的发散以及投资等方面比选确定。为了实现外输管道得到有效保护,且最大程度减小阴极保护电流对分输库内储罐等金属构筑物的干扰,可采取对由分支点进出库区的成品油管道与干线绝缘,并对该部分管道施加牺牲阳极保护的形式。     

Al-Zn-Sn-Ce牺牲阳极干湿交替环境电化学性能研究

目的 为满足高强钢装备的阴极保护要求,开展新型干湿交替环境牺牲阳极电化学性能测试,评价材料的阴极保护效果。方法 采用高温熔炼方法,制备Al-Zn-Sn-Ce低电位牺牲阳极试样,进行不同浸水率下(干湿态环境时间比为1:1、3:1和7:1)的干湿交替环境牺牲阳极电化学性能试验、电化学表征测试及腐蚀微观形貌表征,通过对比试验数据和材料形貌表征结果,综合分析铝合金牺牲阳极在干湿交替环境下的电化学性能,探究干湿交替环境因素对阳极溶解行为的影响。结果 Al-Zn-Sn-Ce牺牲阳极在多种试验环境下的工作电位为‒0.70~‒0.81 V(vs. SCE),符合高强钢阴极保护电位需求,阳极表面溶解形貌相对均匀,表面阴阳极电化学微区分布均匀。随着干湿态试验环境时间比的增加,阳极工作电位出现正移,干态环境下表面腐蚀产物的沉积和结壳导致阳极活化溶解能力下降,而干湿态环境时间比最大时,阳极自腐蚀反应得到一定的抑制,阳极电流效率均保持在75%以上。结论 随着干湿态试验环境时间比的增加,牺牲阳极在干湿交替试验环境中的工作电位出现正移。由于干态环境下表面腐蚀产物的沉积和结壳,导致阳极活化溶解能力下降,但自腐蚀反应得到抑制。Al-0.7Zn-0.1Sn-0.1Ce低电位牺牲阳极在复杂干湿交替环境中表现出良好的阴极保护性能。     

温度对镁合金牺牲阳极材料电化学行为的影响研究

目的研究温度对常用镁合金阳极材料MIC、AZ31、AZ63电化学行为的影响。方法根据GB/T 17848—1999,采用四天加速试验法,在25～70℃的人造海水介质中进行阳极电化学性能评价,并观察腐蚀后阳极的宏观腐蚀形貌。采用极化曲线测试技术,研究温度对加速试验前后阳极的极化行为影响。结果随着温度的升高,三种镁阳极的局部腐蚀明显加剧,溶解状态逐渐变得不均匀。随着温度的上升,三种镁阳极的实际电容量和电流效率呈小幅增加趋势,温度的影响不显著。极化曲线显示,镁阳极表现出活化溶解特征,温度升高明显促进了镁阳极的阴极过程,自腐蚀速率逐渐增加。结论在腐蚀初期,温度升高明显促进了镁合金阳极的腐蚀过程,但对镁阳极的电化学性能影响不显著,这可能与后期腐蚀产物生成以及表面状态的变化有关。     

海洋石油平台导管架阴极保护监测数据分析与讨论

目的研究海洋石油平台腐蚀现状,确保导管架处于阴极保护状态。方法对近3年导管架阴极保护监测系统所采集的数据进行讨论,根据不同位置的电位电流传感器所获得的数据进行各个观测点位的腐蚀状态对比分析。结果通过对数据研究表明,该系统电位电流传感器所采集的数据翔实可靠,所收集到的导管架节点电极电位均在保护范围内。就现阶段而言,导管架牺牲阳极输出电流基本趋于稳定。结论该平台阴极保护监测设备运行良好,所测点位均处于阴极保护状态,且基本达到完全极化,对该海域新建平台防腐设计具有重要的参考价值。