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。     

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。     

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。     

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。     

海底管道腐蚀防护状态检测方法

目的介绍一种海底管道腐蚀防护状态的非接触式检测方法,验证基于远地参比电极电位差测量的海底管道腐蚀防护状态检测方法的可行性。方法论述基于远地参比电极电位差测量的非接触式检测方法的原理,并应用数值模拟软件模拟计算964.6 m长的海底管道的电位,分析5种不同工况下埋深海底管道的整体电位在200 m水深范围内的分布规律。结果海底管道中的有效牺牲阳极分布越均匀,距离管道越远,管道整体电位分布越一致,基于该方法的管道保护电位检测越精确。管道腐蚀防护层破损越严重,牺牲阳极状态可检测性越好。结论处于设计寿命末期的海底管道周围环境电场梯度较大,这为基于远地参比电极电位差测量的非接触式检测方法提供了理论依据,证实了远参比电极电位检测法的有效性。     

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-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。     

锌合金高温阳极在FPSO工艺水舱的性能研究

目的 研究船东指定型号的锌合金牺牲阳极在模拟工艺水舱环境中的电化学性能。方法 参照NACE TM 0190—2012中的电化学测试方法,测试该锌合金阳极在不同模拟环境下的工作电位、电化学容量等,结合舱壁材料的动电位极化测试,评估该阳极在工艺水舱环境中的电化学性能,以及是否满足舱壁阴极保护的要求。结果 在55 ℃模拟溶液中,阳极的工作电位、电化学容量等测试结果均比较满意,所有指标均达到了NACE标准中对锌合金阳极在常温环境中的要求。测试温度为80 ℃时,试样的电化学容量略有下降,工作电位明显正移。环境温度对舱壁材料也产生了明显影响,高温下舱壁试样的自腐蚀电位负移,同时自腐蚀电流增加。结论 在55 ℃的工艺水舱环境下,该锌合金高温阳极满足舱壁的阴极保护需求,但在80 ℃的舱室极限高温下,该阳极不宜长期服役,有欠保护的风险。此外,在实际中,建议定期监测涂层状态和阴极保护电位。     

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。     

羟基法处理船舶压载水对压载舱腐蚀的研究

针对羟基自由基(OH)法处理船舶压载水过程中可能对压载舱造成腐蚀情况进行研究。在最大羟基处理浓度2.5 mg/L条件下作用压载舱常用低碳钢、不锈钢及非金属材料,检测处理前后压舱水对压载舱材料的腐蚀影响。结果表明羟基法处理压载水系统在高效杀灭外来有害生物的过程中,对压载舱金属与非金属并不具有明显的腐蚀增强,这一结果满足IMO的技术要求。羟基法在快速处理船舶压载水的同时对于压载舱壁金属腐蚀而言是安全的。该研究结果对日后压载舱的防腐设计以及压载水处理装置在船舶上的推广应用具有重要的意义。     

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。     

铝合金牺牲阳极材料的研究进展

论述了铝合金牺牲阳极材料的发展历程,阐述了适用于不用环境的铝合金牺牲阳极研发情况,综述了铝合金牺牲阳极的几种活化溶解理论,对影响阳极电化学性能的因素进行了探讨,分析了铝合金牺牲阳极材料技术目前存在的问题,并展望了铝合金牺牲阳极未来的发展方向。常规海水环境的牺牲阳极材料已发展得较为成熟,特殊工况环境的牺牲阳极尚有待进一步开发和完善。     

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。     

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。     

船舶压载管系和压载舱结构设计中新问题的解决方法

IMO对船舶压载水的排放限制给船舶压载管系和压载舱室的设计提出了新的课题，文中设计了以喷射泵的抽吸作用进行循环更换压载水的压载系统，为解决相关问题提供了若干建议和思路。     

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。