用強制電流措施實施陰極保護是非常合適的，也是很經濟的，因為陽極非常耐用，而且陽極材料的數(shù)量很多，形狀各異。在此介紹的只是個別例子。11.7節(jié)已經闡述過燃油罐的內部陰極保護，水罐的內部陰極保護詳見第20章。21.3.1 含水原油儲罐的內部陰極保護

油藏實施工次采油和三次采油工藝后[7，油田所產原油通常都是“含水原油”，它包含油田鹽水和原油，伴生氣里的COz含量很高，在某些情況下，還可能含有少量HS,含水原油總是含有來自地層的固體顆粒。

根據應用要求，將含水原油匯集到 100~10000m:的大型鋼質儲罐(分離罐)里進行處理。在處理過程中將排出廢水，因為廢水中含鹽濃度(1mol/L)高、COz含量(相當于1bar，即 1X10Pa的分壓)高，用CaCO:緩沖后維持在pH值一6，以及含有少量 H2S和痕量的 O[?]，所以廢水具有腐蝕性。調研結果表明，在這些條件下并且運行溫度最高70℃時，必須采用 Uc-cuso,--0.95V的保護電位。在沒有緩沖的介質中pH 值一4，此時必須使保護電位再降低0.1V。如果總的電流密度-電位曲線很陡，說明必須采取相應較高的保護電流要求。最低的電流密度為10A·m-2，但是如果發(fā)生結垢，它們變得小得多[7。票

如果單獨采用涂料防腐，要求防腐層完美無損，在整個使用期間不出現(xiàn)任何針孔或缺陷。因為這是很難保證做到的，所以存在形成腐蝕電池的危險(見5.1節(jié))，因此，防腐層結合采用陰極保護是明智的。所選的防腐層必須與陰極保護相容，并且必須適應運行條件(見5.2.1.4節(jié))，參考文獻[5]列出了這類決策的依據。由于忽視了防腐層的陰極損壞危險，過去發(fā)生過防腐層嚴重損壞的事件，導致保護電流密度顯著增加。只有采用電阻足夠高的樹脂類涂料，并且厚度超過800pm，才可能實施內部陰極保護而不致?lián)p壞防腐層?？梢酝ㄟ^長期試驗和加速試驗來確定防腐層抗陰極液泡的穩(wěn)定性，而且要在實際運行條件下驗證這種特性。

  內部強制電流電化學保護通常用有金屬氧化物鍍層的鈮陽極(見7.2.3節(jié))，在小儲罐里，也用過鋅犧牲陽極;要實施電位控制以免出現(xiàn)不可接受的負電位;要用純鋅電極作臨視和控制外露區(qū)域的參比電極，在整個運行過程中，這樣的外露區(qū)域必須陽極性清潔的;用Ag-AgCl電極檢查這些參比電極。

因為電解質有良好的電導率，預期會有良好的電流分布。但是，假如防腐層大面積損壞，由于極化電阻較低，局部欠保護是難以避免的，因此，用多支電極控制是明智的。21.3.2 含水氣柜的內部陰極保護并部合

  圖21-1所示是要保護的氣柜以及輔助陽極與參比電極的布置。在此安裝有一支直徑3mm 的鍍鉑鈦中央陽極和兩支環(huán)形陽極，以及額外的銅導線。值得注意的是中央陽極是用一浮子懸浮在水里的，而環(huán)形陽極是安裝在塑料支架上的。鋅參比電極也用浮子懸浮在水里，靠近鐘罩的里側，而17支參比電極或者安裝在氣柜座底部的塑料棒上，或者安裝在氣柜鐘罩與氣柜座之間的環(huán)形空間里。三支陽極由各自的保護電流裝置供電，兩支環(huán)形陽極的電流輸出是用恒電位方法調節(jié)的，所以保護電流能夠適應不斷變化的表面積。

21.3.3/用海水冷卻的電廠冷凝器的內部陰極保護

用海水冷卻的電廠冷凝器實施強制電流內部陰極保護是近年來正在發(fā)展中的新技術以下是內有銅管與鋁合金管的大型冷凝器內部陰極保護的應用實例。這是一臺沒有分路的單程管束熱交換器，帶有箱式總管;每座電站需要兩臺這樣的冷凝器;有防腐層的鋼質箱式總管需要保護的表面積是65m?;管道、入口與出口部位的表面積合計有20m2;30~40℃的冷卻水以大約2m·s-1的速度流過冷凝器。不僅是有防腐層的鋼質箱式總管內防腐需要陰極保護，而且也是為了防止鋼與銅鋁管道材料之間發(fā)生雙金屬腐蝕。

  此外，冷卻水的固體含量較高、流速較快、表面膜持續(xù)不斷損壞構成嚴重的腐蝕條件。僅僅實施陰極保護是不夠的，還必須采取額外措施促進表面膜的形成。用鐵陽極來做到這一點是可能的，因為陽極作用下生成的水化的鐵的氧化物促進了銅上表面膜的形成。每臺冷凝器需要六支鐵陽極防腐，每支陽極質量13kg。每一流出室內有14支棒狀鈦陽極，鍍鉑層厚5pm，質量0.73g。這些鐵陽極的質量損耗率為10kg·A-1·a-1(見表7-1)，鉑陽極的質量損耗率為10mg·A-1。a-1(見表7-3)。有防腐層的冷凝器內表面的保護電流密度0.1A·m-2，銅合金管的保護電流密度1A，m-2，這相當于保護電流27A。為每臺主冷凝器安裝了一臺容量為125A/10V的自動電位控制的變壓整流器，用固定安裝的鋅參比電極實施電位控制與監(jiān)視。圖21-2所示是入口室里的陽極布置[9]。

21.3.4 水力渦輪機的內部陰極保護

在歐洲，1965年首套內部陰極保護裝置在24臺水力卡普蘭渦輪機上投入運行，這些渦輪機的槳葉直徑7.6m，它們安裝在法國拉蘭絲(LaRance)的潮汐電站上。受保護的設備是用普通碳鋼和高合金不銹鋼做成的。每臺渦輪機用36支鍍有50μm鉑的鍍鉑鈮陽極保護定子、葉輪轉子區(qū)域以及吸力頭。每三臺渦輪機配備一臺輸出120A/24V不可調節(jié)的變壓整流器，并用可變電阻在各陽極上達到所需要的電位均衡。安裝了100支固定的Ag-AgCl參比電極實施控制[10,11]

1987年在威拉河，兩座電站的4臺直徑2.65m的卡普蘭渦輪機實施了陰極保護。這

些渦輪機采用高合金CrNi鋼與非合金的鋼鐵材料的混合結構，鋼鐵部件上有焦油環(huán)氧防腐層。實施陰極保護前，發(fā)生的腐蝕損壞是嚴重的，這是因為雙金屬腐蝕與河水含鹽濃度偏高c(C1)=0.4~20g·L-1。

  電化學保護采用板狀陽極以免磨蝕和空泡腐蝕損壞。這些陽極采用了搪瓷防腐層的鋼板基座，上面裝有表面積1dm?的鈦陽極，鈦陽極表面有金屬氧化物鍍層，搪瓷防腐層進一步起到使陽極與受保護設備絕緣的作用。在富含離子的河水中，6年的有效使用期里這些陽極的電流負荷總量達到50A。用固定的Ag-AgC1參比電極進行電位調節(jié)與監(jiān)視，電位需要控制，因為根據渦輪機的運行狀況和水的電導率的變化，電流需要量波動很大。

  圖21-3所示是這種渦輪機的示意，圖中黑色部位是CrNi鋼。這些板狀陽極安置在吸人總管區(qū)域(A1~A3)，在葉輪環(huán)里它們成三角形布置(A4~A6)，它們還分布在扇段狀水人口環(huán)附近(A7~A10)(見圖21-4)。這四支陽極各自用抗氯化物的耐壓電纜連接到變壓整流器上。

用4支棒狀磁性氧化鐵陽極(A11~A14)保護箱式總管、流入蓋、入口箱以及CrN鋼油冷器，每支陽極質量9kg，裝在多孔的聚丙烯防護管里。防護管可以排除掉河水里攜帶的固體雜質，油冷器用其自己的陰極導體連接到保護設備上。

每一保護區(qū)域內對電流分布最不利的位置上固定一支參比電極，用于調節(jié)電位。在渦輪部分的 Ag-AgCl參比電極(E1~E4)有螺紋接頭，可以承受 60bar 的壓力。在箱式總

管里的電極E5是純鋅做的。

主要根據無覆蓋層的不銹鋼表面積來確定保護電流需要量，不銹鋼的保護電位比普通碳鋼正零點幾伏，用以防止點蝕(見2.4節(jié))。渦輪部分的保護電流需要量大約是10A因此板式陽極僅僅只有大約1A的負荷。

保護電流設備采用慢速調節(jié)的交流三相橋式電路控制電位。用一臺電動調節(jié)柱型變壓器作為伺服元件，用一個帶有最大與最小限制的毫伏限值控制器控制此變壓器。每一受保護區(qū)域的第10與第4陽極引出線配備有3A安全熔斷器，并有熔絲監(jiān)視系統(tǒng)。操作工從此監(jiān)視器發(fā)出的熱過載和電位控制信號判斷每臺整流器存在干擾，用一臺圓形圖形記錄儀連續(xù)監(jiān)視電位。系統(tǒng)內裝額外的監(jiān)視系統(tǒng)，如果正在運行的或空載的渦輪機內水位下降它會發(fā)出早期警告。表21-1列出了保護裝置開啟前后實際測量的電位，按照這些數(shù)據極化狀況對陰極保護是足夠的。

  根據測量數(shù)據，業(yè)已確定在渦輪軸與殼體之間存在0.45V的電位差。為此，安裝了個軸匯流環(huán)系統(tǒng)，它能夠起到必要的電位均衡作用(見圖21-5)。安裝此滑環(huán)系統(tǒng)后電位差還不到5mV。按照渦輪機的運行條件，最大1.5A電流會流過這一系統(tǒng)。