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摘要：mmo貴金屬氧化物輔助陽極由于其優越的電導性和微溶性的特點被廣泛應用于外加電流陰極保護陽極地床中，隨著陰極保護技術的發展，區域陰極保護越來越普及，輔助陽極的壽命成了制約系統的關鍵因素。本文著重討論分析大電流情況MMO貴金屬氧化物輔助陽極的失效分析及使用壽命。

關鍵詞：MMO貴金屬氧化物輔助陽極　使用壽命　保護電流密度

前言

外加電流陰極保護是利用外加電流，使被保護金屬結構的整個表面變為陰極。若對金屬設備進行外加電流陰極保護時，將金屬用導線連接到一外加電源的負極，把另一輔助陽極接到電源的正極。此時，通過輔助陽極的電流在流經電解質溶液后，主要集中于金屬的陰極部分，使金屬發生陰極極化，該電流通過陰極再流回電源，從而使金屬的總電位降低。如果所加的保護電流足夠大時，則被保護結構上原來的陽極不再溶解，此時金屬表面上只發生陰極還原反應，外加即為達到完全保護。輔助陽極先后經過了鋼鐵陽極、石墨陽極、高硅鑄鐵陽極、金屬氧化物涂層陽極等發展階段，隨著新材料、新技術的應用，輔助陽極從電流效率到使用壽命都有明顯提高。金屬氧化物涂層陽極由于采用鈦金屬為基體，表面以高催化活性的鉑族金屬氧化物為涂層，具備了良好的導電性和較小的表面輸出電阻，其本身不受介質的侵蝕；并且容易加工等優點。可以使其適于不同的環境，如海水、淡水、土壤等介質中。陽極一般在地床中電流密度為100A/m2，使用壽命為20年，其消耗率為0.1mg/A。在電流密度為5000A/m2，也不會出現鈍化被溶解現象。對淺表層、深層土壤保護用陽極，在100A/m2情況下，使用壽命大于20年，它是目前理想的輔助陽極材料。優點：（1）電極損耗的速率小，尺寸穩定；（2）鈦陽極采用新型的材料和結構，大大減輕其重量，方便日常的操作；（3）使用壽命長，且基體可重復使用，節約成本；（4）涂層的電阻率低，約為7～10Ω.m；（5）極耐酸，且析氯極化率≤40mV。

2現場MMO貴金屬氧化物陽極存在的問題

由于MMO貴金屬氧化物輔助陽極的具備體積小、電流大、微溶、重量輕等優點，該型陽極經常用于管道內壁外加電流陰極保護中，實際使用效果也比較理想。寧波某廠區自2011年大規模采用MMO貴金屬氧化物作為輔助陽極保護循環水管道，全廠區共設置輔助陽極300多只。由于循環水管道表面僅采用刷漆方式進行基礎防護，管道需要的保護電流密度大。經逐一測試，單只輔助陽極輸出電流普遍較大，最大的輸出可達0.9A。在對現場使用的MMO貴金屬氧化物輔助陽極季度例行檢查中發現，輔助陽極接水電阻存在增大趨勢，對部分運行周期超過2年的輔助陽極取出檢查發現陽極表面貴金屬氧化物涂層損失嚴重，部分已露出鈦基材，如圖1所示。由此可以推斷出接水電阻變大的原因是氧化物涂層消耗露出基材，在陰極保護系統的影響下鈦基材表面發生鈍化形成二氧化鈦鈍化膜。鈍化膜的形成能有效抑制基材的腐蝕，但是導電性也隨之下降。氧化物涂層的損耗是由大致以下幾方面因素造成的：（1）氧化物涂層附著力差，受水流沖刷影響氧化物涂層損失；（2）輔助陽極輸出電流大，造成的涂層消耗；（3）外包裝、搬運過程以及安裝過程造成的磨損、劃傷。陜西某場站采用區域保護對數口油井套管進行保護，單臺恒電位儀輸出電流100A，使用3年后發現陽極井接地電阻由0.8Ω升高至3Ω，恒電位儀輸出超量程。在排除了氣阻等因素后，通過對單只輔助陽極的數據測量，發現3、4、7號原接地電阻低的輔助陽極，接地電阻明顯升高，基本判斷是輔助陽極氧化物涂層消耗所致，而接地電阻變化趨勢是達到設備輸出上限，導致外加電流陰極保護系統失效。通過對影響使用壽命的因素：涂層性能的影響、陰極保護電流密度的影響、基材的影響進行研究分析，以提高MMO貴金屬氧化物輔助陽極的使用壽命。現場安裝及產品性能應從生產和流通環節對該型產品提出要求，下面將著重討論如何在現有工況情況下通過正確材料選型，使陽極的使用壽命與我們的設計壽命及預期相吻合。

3陰極保護電流對于輔助陽極的影響

輔助陽極壽命計算是陰極保護系統設計的基本參數，如何有效的計算出輔助陽極的使用壽命，對設計的準確性關系非常大。常規設計中，由于貴金屬氧化物MMO輔助陽極的消耗率極低，往往忽略其壽命的計算，在這里我們試著用常規計算方法對輔助陽極的壽命進行評估。Ta為輔助陽極設計壽命，單位年，a；Wa為輔助陽極有效成分總質量，單位Kg；wa為輔助陽極的消耗率，單位Kg/A.a；I為保護電流，單位A；K為輔助陽極利用系數，取0.7～0.85；以規格φ0.035m，L0.05m的輔助陽極為例，使用壽命情況如表1所示。通過表1可以看出輸出電流大小是影響輔助陽極使用壽命的重要因素，實際使用過程中應對輔助陽極的輸出電流定時測試。

4金屬鈦的特性對陰極保護的影響

鈦是一種非常活潑的金屬，其平衡電位很低，在介質中的熱力學腐蝕傾向大。但實際上鈦在許多介質中很穩定，如鈦在氧化性、中性和弱還原性等介質中是耐腐蝕的。這是因為鈦和氧有很大的親和力，在空氣中或含氧的介質中，鈦表面生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜，保護了鈦基體不被腐蝕，即使由于機械磨損也會很快自愈或重新再生。這表明了鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬，介質溫度在315℃以下鈦的氧化膜始終保持這一特性。輔助陽極基材鈦的主要氧化物二氧化鈦在非紫外光的環境下一般是不導電的，氧化物的分層也是二氧化鈦（白色）在表層，一氧化鈦和三氧化二鈦在底層。由此可見，輔助陽極氧化層磨損露出基材的部分是不導電的。在寧波現場取出的輔助陽極與新輔助陽極在同樣實驗環境下的接水電阻的明顯變化也能側面驗證這種變化，如表2所示。

5結論

根據寧波現場的情況和其他廠區MMO貴金屬氧化物輔助陽極的失效分析和理論計算，可以得出以下結論：（1）大電流用MMO貴金屬氧化物輔助陽極，壽命的計算是非常重要的；（2）貴金屬氧化物涂層附著力需要關注，同時，運輸過程要輕拿輕放，并且有防護套；（3）流動海水中應用的MMO貴金屬氧化物輔助陽極，應注意迎水面輔助陽極氧化物涂層的磨損問題，設計過程中輔助陽極的利用率應采用實際需求0.85×0.5的方式，可以通過合適設置位置、增加氧化物涂層厚度、變換輔助陽極形狀等問題解決；（4）土壤中使用的MMO貴金屬氧化物輔助陽極安裝過程中要充分考慮陽極體的磨損，可采用預包裝式，如采用直接下井的方式需明確焦炭粒徑、設置陽極定位器、井中適當注水等方式減少對陽極體氧化層的傷害。由于陰極保護設計壽命一般都比較長，輔助陽極的維修和更換成本較高，MMO貴金屬氧化物陽極使用壽命的精確測試及推測能在節省成本的同時保證陽極的使用壽命，具有現實意義。

參考文獻

[1]胡士信.陰極保護工程手冊[M].北京:化學工業出版社,1999:224-225.

作者：馬光皎 劉曉龍 丁繼峰 李軍威 單位：青島鋼研納克檢測防護技術有限公司