[发明专利]一种船用外加电流阴极保护立体阳极装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种船用外加电流阴极保护（ICCP）立体阳极装置。

背景技术

海洋环境中的船体和钢结构，在海水介质中存在严重的电化学腐蚀，需要采取一定的腐蚀防护措施。涂料防护技术使用涂料在被保护构件表面成膜，起到腐蚀防护的作用，是腐蚀防护的有效方法，被应用广泛。但由于受到成膜涂料自身的完整性影响，比如涂装缺陷，碰撞破损，老化，涂层毛细孔渗透等，仍然存在着一定的腐蚀影响，危及船体，钢结构等的安全，且影响到后续的维护成本。因此，需要采取进一步的附加保护措施。常见的防护措施包括牺牲阳极和外加电流阴极保护(ICCP)等方法。

牺牲阳极方法，属于一种电化学保护方法，是采用在钢板表面安装比被保护结构金属活性更高的金属阳极，在高活性金属阳极与被保护钢板之间主动形成原电池结构，高活性金属构件自然成为原电池的阳极端，被保护件作为阴极端，以牺牲消耗阳极的方式对被保护件起到保护作用。该种阳极随时间消耗，定期人工更换被消耗的阳极构件，起到持续的防护目的。该方法的缺点是施工工程量大，构件重量增加了被保护件的整体负荷，且增加了船舶水下阻力，影响船舶的动力消耗，还存在阳极构件脱落，水下维护困难，初次安装和维护成本高的缺点。

外加电流阴极保护（ICCP），同属于电化学保护方法，通过在被保护构件的水下部分安装不溶性阳极，并以被保护钢板或钢构件作为阴极，在阳极和阴极间施加直流电流，并通过自动调节施加电流的大小控制被保护件的化学电位，起到被保护件腐蚀防护的目的。具有寿命长，安装简单，重量轻，对被保护件影响小，维护成本低，使用管理方便，安全可靠等优点，得到广泛应用。ICCP系统的基本构成包括：不溶性阳极系统，参比电极，电源系统，电缆等。不溶性阳极系统用于电流输出；参比电极用于被保护钢构件表面的化学电位的实时检测；电源系统用于为不溶性阳极提供并自动调节和控制电流输出，并通过电缆将电源系统的电流输送到不溶性阳极。电源系统按照系统设定的控制电位，自动调节输出电流大小，对被保护钢构件表面的电位进行跟踪和控制。不溶性阳极系统，是外加电流阴极保护（ICCP）系统的关键部件，通常采用金属钛作为基材，并在基材表面镀复稀有贵金属或贵金属氧化物，形成电极体。作为关键部件，ICCP阳极需要具备高电流输出能力，电极体尺寸小，质量轻，性能稳定，使用寿命长，结构可靠，安装简便的特点。如图1所示，现有的ICCP阳极系统，其结构由阳极座1，阳极体2，内/外密封环3，绝缘套4，接线柱5，水密填料函6，固定螺栓7、垫片螺母8，外密封垫9，船体钢板10，压紧垫片11，压紧螺母12，绝缘垫片13，水密罩14，金属垫片15，定位螺母16，电缆接线环17，水密罩法兰18，水密罩法兰螺栓19，电缆穿线管连接法兰20和接线电缆21等组成。采用在硬质刚性板状玻璃纤维增强塑料材料的阳极座1上复合不溶性条状或圆形平面结构的阳极体2，形成ICCP阳极系统，并通过绝缘套4封装的接线柱5保证阳极体与被保护结构件的绝缘，通过相应的内/外密封环3以及外密封垫9形成密封结构，而安装在被保护体钢板的工作平面上。其缺点是：1）平面结构阳极体，在额定的电流密度条件下的平面结构尺寸偏大，阳极系统尺寸偏大；2）过大的安装尺寸以及刚性结构，尤其是在船体弧形曲面部位，不利于阳极系统的安装，并对系统安装的可靠性造成影响；3）外平面阳极系统的安装，增加了水的流动组力；4）被保护体外平面阳极系统的安装，容易造成阳极系统的碰撞损坏；5）刚性阳极座与船体钢板平面间采用平面法兰形式的密封形式，较大法兰结构体尺寸受船体钢板平面度的影响，容易产生阳极座结构平面变形，造成结构渗漏隐患；6）为避免碰撞损坏的不利影响，常采取嵌入式的安装方式，即是在船体钢板上设置相应的嵌入式结构阳极系统安装床，床内留取足够的阳极系统的安装深度，保证安装后的阳极系统外结构面不超出船体钢板外平面，从而将阳极系统嵌入到船体钢板外平面之内。嵌入式安装方式，能有效避免阳极系统的碰撞损坏，也有利于减少水流阻力。一方面为保证阳极床的安装，需要在被保护体钢板平面上开足够大小的安装孔，保证阳极床的正常焊接；另一方面，为保证结构安全，阳极床的安装开孔在各个方向上的尺寸应尽可能小；因此，大尺寸规格嵌入式结构的阳极系统的使用因此受到一定限制。7）阳极系统采用硬质板状玻璃纤维增强塑料体阳极座，成型困难，加工成本高；8）阳极系统阳极座与阳极体之间采用环氧树脂浇铸粘合，容易产生贴合缺陷，引起系统渗漏；9）多道独立密封结构，增加了渗漏风险；10）安装后的阳极系统密封测试困难：安装后的阳极系统，必须进行可靠的密封性测试，以确保船舶的运行安全。现有ICCP阳极系统，自身没有简便的密封性测试结构，通常在完成安装后，需要由施工单位按照阳极系统的实际尺寸，特别制作密封测试箱，进行密封性检测，费工费事，往往因为受施工进度影响，被施工方省却，留下安全隐患。