模拟海水流速、静压力对阴极保护的影响

【摘要】随着海洋开发工程的发展，海洋中的金属构筑物尤其是钢铁结构得到越来越广泛的使用和分布。阴极保护依然是防止钢构筑物在海水腐蚀中的最有效方法之一。作为阴极保护工程来说，现场环境下海水的实际状态和理化性质无时无刻不对阴极保护造成影响。目前关于海洋环境中各因素（包括海水的流速、静压力、溶解氧等等）对阴极保护的影响虽然有一定的研究，但是对于实际工程中的需求和应用还远远不够，对于阴极保护的设计来说还缺少足够的数据支持和理论结果。本文以DH36平台钢为研究对象，采用恒电流极化方法模拟阴极保护初期电流的阴极极化作用，在单一因素变化条件下对阴极保护中电位和钙质沉积层生成情况的影响，以期确定在相应条件下极化电流密度需求的大小范围。主要研究了模拟海水流速、静压力对阴极保护的影响。在自制的管流式海水循环装置中，控制实验区流速分别为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2，1.4和2.0m/s，每个流速下选择至少3组不同的电流密度进行阴极保护，根据不同的流速选取了300~1600mA/m2范围内的极化电流密度，恒电流极化7天，研究了极化电位随时间的变化规律及钙质沉积层的情况。在高压反应釜中，控制高压釜内压力为0.1，2.0，5.0和10.0MPa，每个压力下选择4个电流密度（50，100，150和200mA/m2）对电极进行恒电流极化7天，研究不同条件下的阴极保护情况。结果表明：（1）流速的增加削弱了阴极电流的保护效果，提高了所需的电流密度。实验条件下，流速为0.2和0.4m/s时阴极保护所需的最小保护电流密度约为400和500mA/m2；流速为0.6和0.8m/s时所需的保护电流密度约为600mA/m2。当电流密度达到1000mA/m2时，1.0，1.2，1.4和2.0m/s四个流速下电位均能达到保护电位。当流速小于1.2m/s时，保护电位的测量结果与保护后的宏观形貌情况一致。高流速下单纯阴极保护的效果有限，当流速超过1.2m/s时，即使极化电位达到了足够负的值仍可能会发生明显的局部腐蚀，2.0m/s时单纯用阴极保护来抑制钢的腐蚀已经困难且不合适。极化后的线性极化电阻整体偏低，未达到保护电位的电阻值最低。试片表面均有沉积层生成，主要以镁盐为主，只有当电流密度很高时，才会有CaCO3的形成，且覆盖在镁层之上。海水的流动使得形成的沉积层厚度变小，但由于沉积层的颗粒小，致密度高，当只有富镁层存在时仍能使电位达到保护。随电流密度增大，沉积层越致密，厚度越大。（2）不同压力下的阴极保护情况基本一致，压力的增大对阴极保护的影响不显著。电流密度为100mA/m2时极化电阻与50mA/m2时相比显著跃升，电位达到理想的保护范围，电极表面形成良好的沉积层，且没有发生析氢现象。150和200mA/m2时沉积层形成的更致密，电位偏负有明显的析氢发生。电位变化曲线基本一致；从保护后的表观形貌发现，电流密度较大（150和200mA/m2）时，压力越大，发生析氢的现象越严重；电流密度较小时，压力越大，沉积层越不易形成。100mA/m2对于各个压力都可以达到不错的保护效果。沉积层主要以文石的CaCO3为主，极化电阻的跃升依赖于CaCO3的完全覆盖，CaCO3覆盖的底层有镁层生成。在存在外加压力条件下，电流密度较大时，含镁方解石也会生成，与文石共生。
【作者】范丰钦；
【导师】杜敏；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学，2014，硕士
【关键词】流速；静压力；阴极保护；恒流极化；DH36平台钢；

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