淺析外加電流陰極保護系統(tǒng)的原理及操作須知

海洋工程裝備種類繁多，主要有：船舶、海洋鉆井平臺、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)等裝備。海洋工程裝備體積龐大，且主體多是鋼結(jié)構(gòu)制成，他們服役期間長，多達20多年，而且海水腐蝕性很強，海洋工程設(shè)備腐蝕破壞，污染海洋環(huán)境，甚至出現(xiàn)安全事故，嚴重危害工作人員安全，海洋工程裝備防腐工作越來越多的引起人們的重視。目前，海洋工程裝備防腐方式主要用防腐涂層、犧牲陽極和外加電流保護系統(tǒng)等方法。防腐涂層可以有效隔絕海水與裝備金屬面的接觸，進而實現(xiàn)防腐。但在船舶航行、海洋工程設(shè)備安裝施工過程中涂層會受到破壞，金屬表面開始腐蝕。犧牲陽極保護方法對于海洋工程裝備來說，外部懸掛的犧牲陽極增加其航行的阻力，也增加了結(jié)構(gòu)物的重量和額外費用。在犧牲陽極消耗過程中，其釋放的金屬離子也會污染周圍環(huán)境，最主要的是犧牲陽極設(shè)計壽命較短，難以滿足長期服役裝備的需要。外加電流陰極保護系統(tǒng)具有使用壽命長、保護效果好、維護費用低，可以通過一個AC-DC電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電壓電流，干擾船體金屬與海水發(fā)生化學反應(yīng)，從而保護船體不被腐蝕。一、外加陰極保護原理陰極保護的定義：通過外加直流電源或者比船體表面金屬更活躍的金屬，將想要保護的金屬電位降低至不受腐蝕的電位，使得發(fā)生氧化還原化學反應(yīng)所需的電子通過外加電源的電流或活潑金屬給出。當船體表面金屬處于比此電位更低的電位時，該金屬就不會參加氧化還原反應(yīng)了，也就不再受到海水腐蝕。電化學腐蝕是由于活潑金屬與電解質(zhì)溶液在一起發(fā)生氧化還原反應(yīng)所引起的，與原電池的原理相同。因為船體是由活潑金屬—鐵構(gòu)成的，而海水便是電解質(zhì)溶液，他們之間發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。由以上化學公式可得：鐵失去電子后與氧、水發(fā)生反應(yīng)形成鐵銹而溶解在水中，這樣周而復(fù)始船體就會腐蝕掉。從正極公式可知得到電子形成氫氧根，那么通過外加電流提供給保護的船體電子，這樣船體就不會因為失去電子而被腐蝕，這就是外加電流陰極保護的原理依據(jù)。船體ICCP系統(tǒng)原理如下：二、W輪的外加電流陰極保護系統(tǒng)組成W輪外加電流陰極保護系統(tǒng)由恒電位儀、輔助陽極和陽極屏蔽層、參考電極組成。ICCP系統(tǒng)適用于水下船體的海水腐蝕防護，利用恒電位儀提供的直流電使船體與海水形成回路進行極化，正極接輔助陽極，負極接船體，通過對參考電極的監(jiān)測，使水下船體達到保護電位，從而保護船體不受腐蝕。恒電位儀是調(diào)整保護電流達到保護船體不受腐蝕，輸入440V/60Hz,輸出100A/16V,通過恒定位器施加電流，迫使船體陽極區(qū)變?yōu)殛帢O區(qū)，從而保護船體不受腐蝕。隨著電流增加，電子在陰極表面集聚，導致電勢處于負極化，當負電位達到一定程度，船體達到等電位時，使船體成為陰極，腐蝕自然停止。輔助陽極連接電源正極，通過海水對鋼板施加保護電流。陽極屏蔽層涂層一般涂刷在輔助陽極周圍，當電源輸入到ICCP系統(tǒng)，大量的電流從輔助陽極流出，均勻的分布在船體上。屏蔽層涂層具有良好的絕緣性能，并且耐堿、耐海水的性能，一般采用環(huán)氧樹脂。參比電極在ICCP系統(tǒng)中，基準陽極作為被保護對象電位測量的基準，并向恒電位儀提供保護電位與被測量電位的比較信號，使被保護電位保持不變。參比電極為非極性電極，具有性能穩(wěn)定、準確、靈敏等特點。在實際應(yīng)用過程中，保護電流的密度并不是恒定不變的。海洋結(jié)構(gòu)物表面電勢會受到海洋環(huán)境的變化而改變，例如海水溫度、涂層破損程度和海區(qū)鹽度等變化。如果通向結(jié)構(gòu)物的電流太小，則結(jié)構(gòu)物得不到有效的防護，結(jié)構(gòu)物會繼續(xù)受到海水腐蝕，其使用壽命會因而減少。若通向結(jié)構(gòu)物的電流太大，這樣會引起鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)氫脆的問題。氫脆會大大降低鋼鐵的韌性，從而致使結(jié)構(gòu)物難以抵抗外部大風大浪所產(chǎn)生的外力沖擊，嚴重時會出現(xiàn)斷裂的危險狀況。另外，過大的電流同樣會降低電極的壽命，從而影響整個系統(tǒng)的壽命。因此，在對海洋結(jié)構(gòu)物進行外加電流陰極保護設(shè)計時，要實現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)變化，即依據(jù)環(huán)境變化，自動控制輸出電流的大小，使得所保護結(jié)構(gòu)物在最佳保護電位范圍內(nèi)。三、W輪外加電流陰極保護運行原理該電路主要包括主電路、功率放大、脈沖觸發(fā)、超差監(jiān)測和控制回路。三相恒電位儀是至關(guān)重要的，恒電位儀的核心部分是比較放大器，現(xiàn)在普遍使用性能優(yōu)良的集成運算放大器。將參比電極作為采樣輸入，輸出則經(jīng)過跟隨放大、控制移相和振蕩等電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，晶閘管整流電路則組成了極化電源，輸出調(diào)節(jié)則是通過改變導通角進行實現(xiàn)。恒電位儀在實際使用中，對被保護物進行保護，主要分為恒電流和恒電位兩種工作狀態(tài)。對于采用模擬控制的恒電位儀，其控制功能的實現(xiàn)主要通過模擬電路，其核心控制器是比較放大器和移相觸發(fā)器。恒電位和恒電流保護原理類似，都是給定信號與參比信號在比較放大器中進行比較放大，移相觸發(fā)器會根據(jù)比較放大器的輸出信號，通過調(diào)整脈沖的移相時間，進而改變可控硅的導通角，最終改變的電流或電壓大小，從而實現(xiàn)恒電位和恒電流保護。五、日常維護保養(yǎng)ICCP系統(tǒng)的主要參數(shù)為保護電位，對船體鋼板保護電位在0.05V-0.25V之間。一般情況下，輸出電流和輸出電壓會根據(jù)海水鹽度、海水溫度和航行速度等因素發(fā)生變化，這些變化都是正?，F(xiàn)象。常規(guī)性的檢查可以延長設(shè)備的使用壽命和降低故障部件的維修成本。1、

定期檢查電源的接線情況，是否出現(xiàn)松動腐蝕現(xiàn)象。2、

定期檢查三相輸入電壓是否正常，有沒有出現(xiàn)缺相情況。3、

定期檢查電路中的保險絲是否出現(xiàn)熔斷。4、

定期檢查一次船體電極，打開船體水密蓋，確保水密蓋保持干燥，檢查連接線是否松動。5、

船舶每次進塢廠修，都要對電極進行檢查，防止消耗殆盡，正常運行情況下每十年更換一次。對于ICCP的超差保護故障報警的調(diào)節(jié)步驟如下：1、

關(guān)閉電源，將恒電位旋鈕、手動旋鈕、恒電流旋鈕依次逆時針旋轉(zhuǎn)歸零。2、

將選擇開關(guān)1選擇至手動擋，選擇開關(guān)2選擇至給定電位，打開電源（保證所有電源供應(yīng)），順時針旋轉(zhuǎn)手動擋旋鈕，觀察電壓變示數(shù)，若電壓出現(xiàn)呈順序式依次上升，屬于正?，F(xiàn)象；如果出現(xiàn)跳動式上升或電壓直接調(diào)至5V以上且調(diào)節(jié)不動作，則說明三相電源相序錯誤，將任意兩相進行對調(diào)即可，再次開機檢測，直至正常上升，完成后將所有旋鈕歸零。3、

將選擇開關(guān)1選擇至恒電位，選擇開關(guān)2選擇至給定電位