犧牲陽極保護

17.3.2.1 陽極的大小和數(shù)量

  由式(6-7)可得出所需要的陽極質(zhì)量(見參考文獻[1]中的數(shù)據(jù))。當(dāng)J-15

mA·m-2，總的表面積為S、2年的使用期時，所需要的陽極質(zhì)量(m)為:

              mzn/kg=0.337*s/m平方     (17-3a)

              mal/kg=0.12*s/m平方      (17-3b)

  由于這兩種犧牲陽極的單位體積的電流量大致相等，所以可以認為它們的尺寸相同。在水下部位幾乎專門采用扁平細長的陽極或者成組的陽極，這些鑄造陽極安裝在船體鋼、鋁或不銹鋼結(jié)構(gòu)支架上。在船龍骨或船體側(cè)面所謂的加強板上的支架焊接非常方便，它們與支架尺寸很合適，這樣，當(dāng)更換陽時，船的板壁不會受到傷害，德國海軍規(guī)定采用這種固定方式[1]。當(dāng)今，鎂陽極只用在艦船內(nèi)部保護，因為它有較高的驅(qū)動電壓、較低的電流效率和嚴(yán)重的自腐蝕問題。與海洋構(gòu)筑物的保護(見第16章)不同，鋅陽極在艦船陰極保護中維持其獨有的重要地位。在實驗中和艦船在最高18節(jié)(海里/小時)的速度下航行時，沒有明顯增加令人擔(dān)心的運動阻力問題。20mm厚的陽極沒有什么缺點，甚至可以用在快艇上。

  通過合理布置陽極，可以實施完全的或局部的(船頭和船尾)陰極保護，這樣可以在有關(guān)部位維持理想的電流分布。根據(jù)犧牲陽極的尺寸和電流輸出，其輸出的最大電流量取決于電導(dǎo)率。根據(jù)驅(qū)動電壓和接地電阻從式(6-12)計算出的最大電流在實際工作陽極上會有所減小，因為有膜形成并有極化電阻影響，它們?nèi)Q于陽極材料、電解質(zhì)和時間等(即運行條件)。因此可以理解，由于這些變化，制造廠所說的特定陽極材料的最大電流實際上是達不到的。在設(shè)計時，重要的是不僅考慮到總的電流量，而且考慮到必要的電流密度和要達到的保護范圍。使用初期，覆蓋層有很高的電阻，損壞也很少，所以，按照式(24-111)，保護范圍會很大，保護電流需要量會很低。但在使用中，覆蓋層電阻會減小，所以不僅會增加保護電流需要量，而且會減小所保護的范圍。特別要關(guān)注這樣的事實，按照式(2-45)，即導(dǎo)電率的減小(如在港口)，也會限制保護范圍。假如保護電位范圍暫時沒有達到所要保護的全部表面，仍然沒有特別大的腐蝕危險，因為犧牲陽極陰極保護通常對新的宏觀腐蝕電池的活動有促進作用。圖2-9所示說明了腐蝕速率與電位之間的關(guān)系。

  根據(jù)電流需要量以及陽極的最大電流輸出1x，可以用式(17-2)計算出所需要的陽極數(shù)量 。第 17.3.2.2節(jié)詳細說明了陽極的布置。犧牲陽極保護系統(tǒng)通常按 2~4年保護期限設(shè)計，這段時間過后，應(yīng)當(dāng)最多消耗掉陽極的80%:陰極保護手冊

        WJsiSniImax=JsiS;和n=max式中，”;是在第之個表面積區(qū)域的陽極數(shù)量。 (17-4)

  以水線以下部位面積等于 4500m?的鋼質(zhì)船為例，當(dāng)J-15mA·m-2時，電流需要量是67.5A。按照式(17-3a)，需要1517kg鋅才能滿足2年的使用期，這意味著需要96支鋅陽極，每支重15.7kg(毛重16.8kg)，這樣的陽極的電流輸出為0.92A。

  因此，總的電流量達到88A，這包括了所需要的保護電流密度。另一方面，如果選擇每支重25.9kg的大號鋅陽極，電流輸出為1.2A，這樣一共需要58支大號鋅陽極就能提供所必要的保護電流。如果使用期為4年，鋅陽極用量翻一番，需要3033kg。在此可以采用成組陽極，例如，每支陽極重18kg，2支陽極為一組，共要82組;每組陽極的電流輸出是1.3A，總的電流輸出達到107A。根據(jù)實際可行的使用條件，也可以采用三支陽極一組的陽極，一共需要54組，也能夠達到這樣的輸出電流量。

  如果船上配裝鋁陽極，要滿足2年的使用期，按照式(17-3b)，需要540kg鋁陽極也就是說，要用96支大小和鋅陽極相同的鋁陽極，每支鋁陽極重6.2kg(毛重7.3kg);總質(zhì)量為595kg，其有足夠備用量。這些陽極的電流輸出實際上與鋅相同，因此，如果用鋁，就有更大的備用量。對于4年的使用期，需要1080kg鋁陽極，如果每支鋁陽極重7.3kg，每兩支陽極一組，82組鋁陽極總質(zhì)量是1197kg。由于還有106A的足夠備用量在這種情況下，如果使用三支一組的鋁陽極，還能節(jié)省一些陽極。

  對于鋁合金艦船，只需要計算出鋼質(zhì)船所需陽極質(zhì)量的10%，陽極支架也必須是鋁合金的，以便進行焊接并防止發(fā)生雙金屬腐蝕。