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3. 阴极保护
阴极保护是采用腐蚀电池的原理来防腐。在一个正确设计的阴极保护系统中，管道上所有的阳极区被移除，在土壤里埋设阳极，并向管道释放电流（图10）。
如果旁边的阳极有足够电流释放给管道，腐蚀电流不会从管道流出，因此，管道就不会发生腐蚀。阴极保护不会消除腐蚀，它只是将腐蚀从保护的结构上移除，将腐蚀集中在另一个区域（远端阳极），设计上从阳极释放电流，则阳极有一个预知的寿命，只要管道外的土壤或水中存在阳极，管道上就不会有阳极区，管道腐蚀也就不会发生。
另一个分析视角是电流相对水流的流向和水压。如果水流从管壁开孔的管道流过，水会流出管道，只要管外压力小于水压，水就会一直流出。然而，如果管外压力足够大，会产生一个力阻止水从管中流出，这个力会使水留在管内。
类似的事情也存在于腐蚀电池中，对管道施加足够量的电流将阻止电流从管道流出。如果电流没有从管道流出，腐蚀就不会发生。
当采用阴极保护后，有三种减小腐蚀的机理：1）金属的电位较低，则金属所有区域都是阴极；2）管道表面的电解液变成碱性，使pH值升高，抑制了腐蚀；3）pH值升高会促使不溶性盐（碳酸钙，氢氧化镁）沉淀，它将堆积在金属表面，生成一个保护性钙质垢。 3.1 阴极保护的适用性
阴极保护可以用来解决前面提到的腐蚀电池的所有问题，换句话说就是不同金属，不同表面，浓差电池，杂散电流等。
阴极保护不能保护电解液以外的结构，如空气中的管道或设置阳极的电解液没有与管道接触。例如，管道外面土中的阳极不能影响管内（通过水处理或／和管道内衬实现内防腐），反过来说，水箱的内防腐阳极不会保护与土壤接触的水箱外侧，这事因为水箱内的阳极位于水的电解液中，而不是土壤中。
此外，阴极保护不可能代替腐蚀中的金属损失，如果一项阴极保护设计寿命足够长，有足够电流遮蔽腐蚀，管道腐蚀就会停止。然而，已经腐蚀的金属将不会弥补，保护系统安装前管道上的点蚀和减薄将维持原状到管道服务期结束。
阴极保护只是一种减缓现有结构腐蚀的公认方法。新结构的阴极保护也能防止任何外腐蚀的发生。因此，在正确的阴极保护系统设计，安装和维护下，管道寿命可以无限长，不会发生腐蚀。管道减缓腐蚀需要的电流量根据许多因素确定：外防腐类型，电解液的变化情况，管材金属类型，管道尺寸和传导阴极保护电流的能力。
4. 阴极保护系统
有两种阴极保护系统：原电池电流（牺牲阳极）和外加电流。这两种系统描述如下；
4.1 原电池（牺牲阳极）
原电池系统有时也称作牺牲阳极系统。这个系统基于表3原电池序列，它采用的概念是位于原电池序列较高（负值较大）的金属将腐蚀保护这个序列较低的金属。例如，镁和锌可以用来保护钢和铁免遭腐蚀，在原电池序列中，阳极材料被牺牲和替换实现连续保护，牺牲系统的阳极通常设计寿命为20年。有必要埋置足够量的阳极材料以满足设计要求，牺牲阳极具有以下特性（表4）:
表4 牺牲阳极
来源: Cathodic Protection- JohnMorgan
阳极理论消耗和实际消耗的差别是由于阳极自身的腐蚀（阳极的原电池腐蚀）。
土壤中的牺牲阳极通常埋置在回填料里，回填料一般包含75%的石膏，20%膨润土和5%的无水硫酸钠。回填料可以降低阳极的电阻，通过整个表面均匀释放电流，与阳极锭接触的土壤也不会改变性质。
4.2 外加电流
外加电流系统使用一相对非牺牲的材料作为阳极，电流来自一个外部电源。将电流从阳极外加到管道，使整个管道变成阴极。电流通常将交流转换成直流，然后直流电从阳极释放到管道以减小腐蚀。可以使用许多常用材料埋置在土里，有石墨和高硅铬铸铁，近几年，各种混合金属氧化物阳极被采用。
4.3 保护系统的选择
选择哪一种保护系统时常困惑着一些人。保护系统应当设计成：1）发挥功效，在被保护结构上施加等量电流；2）电流分布对其它结构干扰最小；3）在确定系统前，需综合分析系统的费用和寿命。由防腐技术人员进行阳极寿命的计算和设计，防腐工程是科学和艺术，目的是经济和安全。经济性是首先要考虑的，在解决腐蚀问题时，应选择效益最大化的方案。
每一种系统都有优缺点，牺牲阳极系统和外加电流系统的优点如下：
1）牺牲阳极系统
2）外加电流系统
这些系统的缺点如下：
1）牺牲阳极系统
2）外加电流系统
系统的选择和设计失误意味着结构得不到保护，费用超高，或由于安装的阴极保护系统的干扰电流会加速其它临近结构的腐蚀（图11）。
5. 阳极地床
一组阳极俗称地床，外加电流系统地床有一些配置，常用配置有三种：传统型阳极地床，分布式阳极地床和深埋阳极地床。
5.1 传统型阳极地床
传统型阳极地床位于被保护区域的附近（图12）。 这种阳极床通常适用于郊区乡村的埋地管道，并且管道有很好的外防腐涂层。
5.2 分布式阳极地床
分布式阳极床通常用于电流分布和干扰敏感区域的管道和结构保护（图13）。 分布式阳极床有许多单体阳极沿保护的结构分布。阳极等间距布置以便等量电流释放到被保护的结构上。通常，这些系统用于干扰敏感区域，或地质上限制埋深，或经济上不易埋地过深的情况。
5.3 深埋阳极地床
第三种阳极系统为深埋阳极床。采用这种系统，阳极埋深超高15m，达120米以上（图14）。 电流从阳极释放回到保护结构，用这种系统电流干扰最小，它的另一个优点是适合安装在地域限制地区，无需购买额外土地用于安装。
采用上述三种地床安装的外加电流阳极通常有碳质填料包裹，，用于牺牲阳极的填料会降低阳极的电阻率，提供一个均匀一致的低电阻环境。由于外加电流系统输出较高，会在阳极区域产生气体，填料有助于在阳极表面排放这些气体。
6. 电源
外加电流保护系统需要许多电源，它们有：
6.1 电源整流器
阴极保护系统最常用的电源是整流器。整流器有各种设计容量，与外加电流阴极保护组成系统。该系统采用硒堆或硅二极管作为整流元件，整流器能够将AC转换为DC，从阳极释放直流到被保护的管道。通常整流器可以宽幅小步调节电压，这样，设计人员可以灵活选择电源容量。
6.2 太阳能
太阳能电池将阳光转化成直流电，太阳能的输出是有限的。然而对于那些电力线路没有通到的地方以及防腐等级较高的管道，可以选择太阳能提供阴极保护的直流电源。
6.3 热电发生器
热电是不同金属的接点受热，这种系统非常昂贵，只能用于没有电力和太阳能的地方。
6.4 电池
当电流要求较低时，大电池可以用来为外加电流阴极保护系统提供电力。使用电池的一个问题是要预估时间为电池充电，它的维护是一个问题。
6.5 发电机
在某些场合，燃油或风力发电机可以用来为外加电流阴极保护系统提供直流电。
6.6 管道自行发电
管道自行发电是一项新技术，具体内容请参见下面的链接。? 输水管道发电技术简介 未完待续 福安管道技术 | 新型管道的引领者 微信号 SteelWaterPipe | 网址 steelwaterpipe.cn |
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