一、外加陰極保護(hù)原理
陰極保護(hù)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(hù)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(xué)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(dāng)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(xué)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?yàn)榇w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(xué)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(hù)的船體電子,這樣船體就不會因?yàn)槭ル娮佣桓g,這就是外加電流陰極保護(hù)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(hù)系統(tǒng)組成
W輪外加電流陰極保護(hù)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(hù),利用恒電位儀提供的直流電使船體與海水形成回路進(jìn)行極化,正極接輔助陽極,負(fù)極接船體,通過對參考電極的監(jiān)測,使水下船體達(dá)到保護(hù)電位,從而保護(hù)船體不受腐蝕。
恒電位儀是調(diào)整保護(hù)電流達(dá)到保護(hù)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(hù)船體不受腐蝕。
隨著電流增加,電子在陰極表面集聚,導(dǎo)致電勢處于負(fù)極化,當(dāng)負(fù)電位達(dá)到一定程度,船體達(dá)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(hù)電流。
陽極屏蔽層涂層一般涂刷在輔助陽極周圍,當(dāng)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(zhǔn)陽極作為被保護(hù)對象電位測量的基準(zhǔn),并向恒電位儀提供保護(hù)電位與被測量電位的比較信號,使被保護(hù)電位保持不變。
參比電極為非極性電極,具有性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、靈敏等特點(diǎn)。
在實(shí)際應(yīng)用過程中,保護(hù)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(hù),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(fēng)大浪所產(chǎn)生的外力沖擊,嚴(yán)重時會出現(xiàn)斷裂的危險(xiǎn)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(jìn)行外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)時,要實(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)物在最佳保護(hù)電位范圍內(nèi)。
三、W輪外加
電流陰極保護(hù)運(yùn)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(yùn)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(dǎo)通角進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
恒電位儀在實(shí)際使用中,對被保護(hù)物進(jìn)行保護(hù),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(shí)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(hù)原理類似,都是給定信號與參比信號在比較放大器中進(jìn)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(jìn)而改變可控硅的導(dǎo)通角,最終改變的電流或電壓大小,從而實(shí)現(xiàn)恒電位和恒電流保護(hù)。
五、日常維護(hù)保養(yǎng)
ICCP系統(tǒng)的主要參數(shù)為保護(hù)電位,對船體鋼板保護(hù)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(xiǎn)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(jìn)塢廠修,都要對電極進(jìn)行檢查,防止消耗殆盡,正常運(yùn)行情況下每十年更換一次。
對于ICCP的超差保護(hù)故障報(bào)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(jìn)行對調(diào)即可,再次開機(jī)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,順時針緩慢調(diào)節(jié)恒電位檔,將給定電位調(diào)至0.22V-0.25V。
然后將選擇開關(guān)2切換至參比1,若參比1的電位值與給定電位的差值的絕對值小于0.15V,則儀器即為正常;若絕對值大于0.15V,可嘗試將給定電位適當(dāng)調(diào)至0.25V,在進(jìn)行參比電位與給定電位進(jìn)行比較即可。
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