T/CSCP0001--2024T/CSCP0001--2024Sacrificialanodeforcathodicprotectioninseawaterandsalinemudandstone中國腐蝕與防護學會發布IT/CSCP0001--2024 海水和含鹽泥砂中陰極保護用犧牲陽極 2規范性引用文件 3術語和定義 3.1 4犧牲陽極材料及其電化學性能 4.1一般要求 4.2陽極材料 4.3電化學性能 5陽極試驗檢驗 45.1一般要求 45.2化學成分 45.3重量、尺寸及質量要求 55.4電化學性能測試 5.5陽極鋼芯材料 5.6電纜連接 6附錄A（規范性附錄）犧牲陽極的化學成分和電化學性能 附錄B（規范性附錄）犧牲陽極重量、尺寸及質量檢驗 T/CSCP0001--2024本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本標準的附錄A和附錄B為規范性附錄。本文件由中國腐蝕與防護學會標準化技術委員會提出并歸口。本文件起草單位：青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司、中國船舶集團有限公司第七二五研究所、太倉市凱德防腐科技有限公司、河南盛世達防腐工程有限公司、費縣福瑞成防腐科技有限公司、焦作市華宇鎂業有限公司、南通海門鑫瑞船舶配件有限公司、山東豪邁機械制造有限公司、山東電力工程咨詢院有限公司、煙臺中集來福士海洋工程有限公司本文件主要起草人：趙永韜、孫明先、李威力、鐘顯康、賈世磊、張峻萍、郭仕奎、王冬冬、張也平、玄曉陽、張賢慧、董亮、汪相辰、王勝賀、董建業、宋孚彥、王昊宇、曲本文1T/CSCP0001--2024海水和含鹽泥砂中陰極保護用犧牲陽極本文件規定了在海水和含鹽泥砂或砂石中陰極保護用鋁合金、鎂合金和鋅合金鑄造陽極的化學成分、電化學性能、物理偏差以及試驗檢驗程序的最低要求。本文件適用于梯形、D型或圓形截面的鑄造陽極和鐲式型陽極。其他形狀的陽極如半球形、紐扣形等可參照采用。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1391金屬覆蓋層鋼鐵制件熱浸鍍鋅層技術要求及試驗方法GB/T4948鋁－鋅-銦合金犧牲陽極GB/T4949鋁-鋅-銦系合金犧牲陽極及化學分析方法GB/T4950鋅合金犧牲陽極GB/T7387船用參比電極技術條件GB8923涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級GB/T13748鎂及鎂合金化學分析方法GB/T17731鎂合金犧牲陽極GB/T17848犧牲陽極電化學性能試驗方法GB/T24488鎂合金犧牲陽極電化學性能測試方法T/CSCP0007-2022沉管隧道鋼殼外表面防腐蝕技術規范ASTMB418鋅合金犧牲陽極（Anode，Sacrificialzincalloy）BSEN12496海水和含鹽泥砂中陰極保護的犧牲陽極（Galvanicanodecathodicprotectioninseawaterandsalinemud）DNV-RP-B401-2021陰極保護設計（Cathodicprotectiondesign）Mil-A-18001k鋅合金犧牲陽極（Anode，Sacrificialzincalloy）3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1陽極消耗率anodeconsumptionrate一年中輸出一安培電流所消耗的陽極材料質量，單位，kg/(A·y)。3.2理論電容量anodecurrentcapacity根據法拉第定律計算消耗單位質量的犧牲陽極所產生的的電量，單位A·h/kg。3.32T/CSCP0001--2024實際電容量practicalcurrentcapacity實際測得的消耗單位質量的犧牲陽極所產生的的電量，單位A·h/kg。3.4電流效率currentefficiency犧牲陽極實際電容量與理論電容量的比值。3.5工作電位workingpotential當電流在陽極和被保護表面之間流動時，在陽極上測量的電位。3.6驅動電壓drivingvoltage犧牲陽極工作電位與被保護體的保護電位的差值。3.7電化學性能electrochemcialproperties電勢和電流容量的特性，作為陽極的特征，可以通過定量測試來評估。3.8冷隔coldshut由于不連續澆鑄使得后澆鑄液與已固化的陽極體產生的表面不一致。3.9裂紋cracking沿某一路徑斷裂的金屬，產生類似不規則邊緣的金屬不連續。3.10氣孔gashole金屬液凝固過程中陷入起泡形成的孔洞。3.11非金屬夾雜物non-metallicinclusions熔化或澆鑄過程中，困在液態金屬中的氧化物和其他耐火材料顆粒。3.12收縮凹陷shrinkagedepressions當澆鑄液在模具中凝固而沒有額外補償液-固轉變過程中體積的減少時，所產生的自然3.13平貼陽極flushanode陽極表面與被保護結構表面接觸或非常接近的陽極。（所有術語結束，加句號）3T/CSCP0001--20243.14支架陽極stand-offanode陽極相對被保護結構表面保持一定距離的陽極。3.15鐲式陽極braceletanode由兩片半環形或多片陽極組成，安裝時形成圓環狀固定在管狀圓周上的陽極。3.16鈍化passivation金屬和所處環境之間的反應而形成的金屬表面上薄的致密的鈍化膜，因鈍化膜而造成的腐蝕速度的降低。3.17點蝕pitting局部腐蝕導致的點狀蝕坑，如從金屬表面向內部擴展的空洞。4犧牲陽極材料及其電化學性能4.1一般要求海水或含鹽泥砂砂石中的犧牲陽極可采用鋁合金、鎂合金和鋅合金。犧牲陽極在實際應用環境中的適用性及其電化學性能，取決于合金成分、陽極電流密度、環境介質的組成特性和使用溫度。4.2陽極材料4.2.1鋁陽極、鎂陽極、鋅陽極的化學成分和電化學性能應符合附錄A。4.2.2陽極應由原生金屬合金制成，不能采用再生金屬或邊角料生產陽極。4.2.3用于犧牲陽極保護的陽極化學成分應檢測，確?；瘜W成分符合成分范圍要求。4.2.4犧牲陽極的電化學性能取決于具體的合金成分，它決定了陽極的活化、鈍化、電流效率和溶解形貌的變化。雜質元素對陽極電化學性能有不利影響，其含量應嚴格控制。4.3電化學性能4.3.1通則犧牲陽極材料電化學性能取決于化學成分及其均勻性、電流密度和工作的環境條件。陽極材料的電化學性能包括:工作電位、電容量、陽極消耗率以及陽極溶解形貌。檢測方法見5.4。如果陽極在其擬用環境中沒有長期電化學性能數據，應進行測試，以確定電流密度、溫度對工作電位和陽極性能的影響。4.3.2工作電位陽極的工作電位應負于陰極保護的保護電位。陽極的工作電位在服役期間應趨于穩定。4.3.3電容量陽極材料在冷熱海水、海底泥漿等不同環境條件下的實際電容量不同。陽極合金的實際電容量應根據具體使用環境做長期測試，并加以記錄。4T/CSCP0001--2024用于海水和含鹽泥砂環境中時，陽極實際電容量會隨溫度的升高而降低。犧牲陽極保護系統設計時應考慮溫度升高對陽極電容量的影響。實際電容量隨陽極電流密度的增大而增加。在極低的電流密度下，陽極自腐蝕更明顯，實際電容量將顯著降低。4.3.4陽極消耗率所有陽極材料的實際消耗率與理論消耗率都有差別。陽極消耗率與電容量的關系見公示（1）:Q式（1）中：E：陽極消耗率(kg/(A·y));Q：電容量(A·h/kg);8760：一年的小時數.5陽極試驗檢驗5.1一般要求5.1.1陽極(包括鋼芯和支架)的設計應在制造、運輸、安裝和操作過程中達到規定的性能。陽極、鋼芯和附件的尺寸和形狀設計應能夠承受可能作用在陽極上的機械力，例如波浪、波浪水流、打樁或振動。陽極和鋼芯的尺寸應滿足安裝要求。5.1.2潛水器或水下機器人工作的海底區域，可采用支架陽極，其鋼芯伸出陽極端面，以減少纏繞電線、繩索等的危險.5.1.3應避免二次澆鑄填補陽極收縮凹陷。鑄造陽極表面凝固之前，陽極的澆鑄應一次成型。陽極的表面可通過加熱(例如火焰噴射器)保持一段時間液態，但一旦凝固，不允許再熔化，也不允許填充收縮凹陷。5.1.4除了平貼陽極和鐲式陽極的內表面涂覆涂層，陽極暴露的工作表面不應涂覆涂層。5.1.5陽極的物理偏差應按照附錄B的要求。5.2化學成分5.2.1陽極材料的性能與化學成分有關。應嚴格控制合金的化學成分，包括合金元素和雜質。5.2.2化學分析試樣應按照鑄件編號識別。所有的陽極應采用鑄件編號進行標識。5.2.3通過陽極取樣進行化學分析，可驗證陽極的化學成分合格與否。為保證后期復測，應采集和儲存額外的分析試樣。5.2.4化學成分檢測實行爐批次管理。同一時間同一臺熔煉爐澆鑄的陽極為一爐。試樣應在鑄造開始和結束時從澆鑄流中提取。熔煉爐容量<1000kg的熔煉爐，每爐取一個試樣。試樣在第一爐開始時、第二爐結束時、第三次爐開始時取樣，以此類推。熔煉爐容量≥1噸，每爐取兩個試樣做化學分析，爐前、爐后各取1個試樣。5.2.5化學成分檢測不合格的爐號試樣，應加倍復測，其中一個復測結果不合格，宜判定為該爐陽極不合格。5.2.6技術要求中涉及熱處理的陽極合金，應詳細記錄每種爐料的熱處理記錄?；瘜W分析、溫度傳感和記錄設備應定期校準。5T/CSCP0001--20245.3重量、尺寸及質量要求5.3.1陽極設計應符合物理性能要求和尺寸偏差。5.3.2陽極及其鋼芯表面或內部缺陷不得影響陽極的運輸、安裝和使用性能。重量和尺寸偏差以及允許的質量缺陷應符合附錄B。5.4電化學性能測試5.4.1陽極電化學性能要求見附錄A。在沒有電化學性能數據的環境中應用時，宜進行相應的電化學性能測試。5.4.2實驗室測試方法宜模擬實際的使用條件(包括測試介質、溫度和陽極電流密度)。5.4.3陽極電化學性能按檢測時間分為短期性能測試和長期型式試驗，每一種測試方法測試陽極性能的重點不同。5.4.4短期性能按GB/T17848或GB/T24488規定的方法進行。陽極質量控制程序采用短期大電流密度測試方法，每15t一批電化學測試。同時應保留后期復測的試樣。短期電化學測試只作為出廠質量檢測的依據，而不宜作為犧牲陽極保護的設計依據。5.4.5新型陽極成分以及沒有使用記錄或實驗數據的陽極，應進行長期型式試驗，按照挪威船級社標準DNVRP-B401-2021的附錄C規定的方法進行。海工結構長壽命的犧牲陽極，長期型式試驗宜作為強制性要求。長期型式試驗結果可作為設計依據。陽極電化學測試應由獨立的檢驗機構進行或在其見證下進行。5.4.6陽極電化學性能測試結果應包含陽極的溶解形貌，可用于評估陽極溶解活化或鈍化趨5.4.7陽極發生點蝕性溶解會導致腐蝕凹坑內形成酸性環境，增加了凹坑內陽極的自腐蝕，造成電容量的損失。這導致陽極材料損耗增加和陽極使用壽命下降。溶解形貌不均勻或發生點蝕性溶解的陽極不宜使用。5.4.8晶間腐蝕導致陽極體的快速崩解，大大降低陽極的使用壽命。電化學性能測試呈現晶間腐蝕形貌的陽極不宜使用。5.5陽極鋼芯材料5.5.1陽極鋼芯應滿足被保護結構的焊接要求。陽極鋼芯材質的碳當量(CE)不應超過將焊接的鋼結構CE值。CE值采用公式(2)計算:如果鋼芯材質報告沒有完整的化學成分，則可以使用替代的CE公式(3)。CE=%C++0.04陽極鋼芯CE值不應超過0.45。5.5.2陽極澆鑄前應對鑄件進行100%的目視檢查。5.5.3鋅陽極或鎂陽極，鋼芯可采用裸鋼或熱浸鍍鋅鋼。熱浸鍍鋅應符合GB/T1391的要求。噴砂清理或鍍鋅表面不允許有可見的表面污染。采用裸鋼作陽極鋼芯，應噴砂清理，應達到GB8923.1規定的Sa2.5級。5.5.4鋁陽極鑄造前，鋼芯應噴砂清理，應達到GB8923.1規定的Sa2.5級。不得使用鍍鋅或電鍍鋅的鋼芯。5.5.5陽極澆鑄前不允許鋼芯出現銹蝕和/或可見的表面污染。6T/CSCP0001--20245.6電纜連接5.6.1對于陽極不直接焊接到被保護結構上，可采用電纜連接。應確保電纜具有牢固的電連接。電纜應采用多股絞合、最小的電纜尺寸為10mm2截面面積。同時宜考慮輔助固定結構，保障陽極承重。5.6.2電纜須采用合適尺寸和固定的電纜接頭連接到陽極上。電纜應通過機械壓接和焊接或釬焊兩種方式固定在掛耳上。電纜接頭可通過（螺栓）機械壓接或焊接與陽極鋼芯連接。電連接點應采用環氧類涂料或相應防腐材料防腐并做好防水密封。5.6.3采用電纜連接的陽極，須考慮一定程度的冗余電纜，以防電纜受力損壞。5.6.4電纜連接到被保護結構上的陽極安裝，須保證機械安全和低電阻連接，如銅釬焊、鋁熱焊或鎖止墊圈和螺母。接觸電阻應小于0.01Ω。7T/CSCP0001--2024附錄A（規范性附錄）犧牲陽極的化學成分和電化學性能A.1鋁陽極A.1.1陽極材料GB/T4948-2002規定的鋁陽極適用于本文件，其他鋁陽極材料成分范圍應符合表A.1。化學成分的分析應按GB/T4949規定的方法進行。表A.1鋁陽極的化學成分，wt%元素A1A2A3A4Zn2.5–5.754.75–5.750.015–0.030Fe≤0.12≤0.12≤0.12-------其他(每個)其他(總)≤0.1≤0.1Al余量余量余量余量注1：鋁陽極A1可用于船舶領域；鋁陽極A2可用于海油工程；鋁陽極A3可用于深海和冷水；鋁陽極A4可用于高電阻率環境介質。如拋石埋覆、海泥和砂石埋覆下的海底環境。注2：A1和A3符合BSEN12496的A1和A3規定，A2符合DNV-RP-B401規定，A4符合T/CSCP0007-2022規定。注3：鋁陽極宜用于鹽度大于5g/kg的介質，即電阻率小于2Ω·m的海水或咸水。A.1.2電化學性能鋁陽極的電化學性能可按GB/T17848規定的方法進行。鋁陽極電化學性能數據應符合表A.2。鋁陽極的實際電流容量應根據至少12個月的長期性能試驗或根據長期實際經驗確定?？梢勒张餐壣鐦藴蔇NVRP-B401的附錄C。短期性能測試由于采用了比較高的電流密度，電容量測定值會偏高。沒有陽極長期電化學性能數據情況下，應采用保守的電容量設計值。較高的工作溫度下，鋁陽極電容量將顯著降低。例如，鋁陽極A1和A2的電容量從25℃時的2500A·h/kg下降到80℃時的500A·h/kg(即：陽極消耗速率從在25℃時3.5kg/(A·a)上升到80℃時17.5kg/(A·a))。在含鹽泥砂中、高溫下陽極電容量值將低于海水的電容量值。鹽水、不同鹽度的海水或海底沉積物環境，無論是否有硫化氫(H2S)，都會導致鋁陽極電化學性能變化。8T/CSCP0001--2024表A.2鋁陽極電化學性能（5℃~25℃)合金類型環境工作電位（Ag/AgCl/海水參比電極）V實際電容量陽極消耗率A1海水≤-1.09≥2500≤3.5海底沉積物≤-1.05A2海水≤-1.09≥2500≤3.5海底沉積物≤-1.05A3海水≤-1.09≥2500≤3.5海底沉積物≤-1.05A4海水≤-1.05≤3.4淡海水≤-1.05≤3.4A.2鎂陽極A.2.1陽極材料海水電阻率足夠低，鋁合金或鋅陽極可發生足夠的電流，因此通常不需要將鎂陽極用于海水中。但是，在需要高驅動電壓以產生足夠電流的半咸水或淡水中，或者在需要快速極化的海水中，則需要使用鎂陽極。鎂合金化學成分應符合A.3?；瘜W成分的分析應按GB/T13748規定的方法進行。表A.3鎂陽極化學成分，wt%元素M1M20.5–1.5Al5-7Zn2-4Fe≤0.01Ni其他(總)余量余量注1：M1和M2符合BSEN12496的鎂陽極。A.2.2電化學性能9T/CSCP0001--2024鎂陽極有更負的工作電位，但其自腐蝕較高而具有較低的電容量，應符合表A.4。表A.4鎂陽極電化學性能(5-25℃)合金類型環境工作電位（Ag/AgCl/海水參比電極）V實際電容量陽極消耗率M1海水≤-1.50≥1200≤7.3海水≤-1.70≥1200≤7.3鎂合金的實際電容量值包含了其自腐蝕(約50%)。在低電流密度或長時間運行時，鎂陽極的實際電容量可能相當低。A.3鋅陽極A.3.1陽極材料鋅陽極廣泛用于船舶，也可用于海上結構，但其較高的密度會限制其應用。鋅陽極可用于咸水和淡水。純鋅只有鐵雜質含量小于0.00014%時才能用作犧牲陽極，添加鋁元素，鋅陽極中鐵雜質允許值略有提高，進一步添加鎘會促進陽極上形成一種軟的、非附著性腐蝕產物。典型鋅陽極的化學成分應符合表A.5?；瘜W成分的分析應按GB/T4950規定的方法進行。表A.5鋅陽極化學成分，wt%元素合金Z1合金Z2合金Z3合金Z4Al0.1-0.50.10–0.25Fe--≤0.01---0.05–0.15其他(總)≤0.10≤0.1≤0.1Zn≥99.314余量余量注1：Z1符合GB/T4950-2021的II型陽極和美國Mil-18001-k（前面標準引用列上）或ASTMB418（前面標準引用列上）的I型陽極注2：Z2是“高純鋅陽極”，符合GB/T4950-2021的II型陽極和ASTMB418的II型陽極。注3：Z4是高溫環境使用鋅陽極，符合BSEN12496的規定。A.3.2電化學性能T/CSCP0001--2024Z1、Z3鋅陽極使用溫度不宜超過50℃。50℃以上，鋅合金Z1和Z3可能會發生晶間腐蝕，尤其是埋在高溫含鹽泥砂中時，晶間腐蝕更為嚴重。合金Z1和Z3不應在沉積物的溫度高于50℃以上使用。在較高溫度下(>70℃)、低氯化物環境中，Z1和Z3鋅陽極對鋼發生極性逆轉。鋅陽極的實際電容量按GB/T17848規定的方法進行，電化學性能應符合表A.6。高溫鋅陽極Z4可在高達85℃的高溫下工作。高溫介質中電化學性能應符合表A.7。表A.6鋅陽極電化學性能（5℃~25℃)合金類型環境工作電位（Ag/AgCl/海水參比電極）VA·h/kg陽極消耗率kg/(A·a)海水≤-1.03≥780海底沉積物≤-0.99≥750海水≤-1.00≥760海水≤-1.03≥780海水≤-1.03≥780海底沉積物≤-0.98≥710表A.7高溫鋅陽極電化學性能合金類型介質溫度工作電位（Ag/AgCl/海水參比電極）VA·h/kg陽極消耗率kg/(A·a)60℃海水≤-0.97≥69050℃海底沉積物≤-0.95≥71085℃海底沉積物≤-0.94≥430≤20.4T/CSCP0001--2024（規范性附錄）犧牲陽極重量、尺寸及質量檢驗B.1陽極質量質量檢驗應符合表B.1。表B.1質量檢驗檢驗頻次要求單塊質量偏差總重偏差≤140kg,10%犧牲陽極≥50kg時，(±3%,2.3kg)的最小值；犧牲陽極<50kg，±3%0%～+2%B.2陽極尺寸和直線度a)10公斤以下支架陽極和平貼陽極，除非合同約定，長度、寬度、厚度的尺寸偏差應≤±3毫米；10公斤以上陽極的尺寸應符合表B.2。表B.2尺寸檢驗檢驗頻次要求長度偏差偏差厚度偏差直線度圓柱形陽極直徑偏差±3%和±25mm的最小值±5%±10%≤2%≤±2.5%公稱直徑b)鐲式陽極尺寸應符合下列要求:1）陽極鑄造的平均長度應為公稱長度的±3%或±25mm，兩者以較小時為準。2）陽極內徑應符合以下尺寸偏差:①管道直徑≤300mm，陽極內徑偏差為0mm~4mm；②300mm<管道直徑≤610mm，陽極內徑偏差為0mm~6mm;③管道直徑>610mm，陽極內徑偏差為0mm~1mm；3）陽極厚度的尺寸偏差為±3mm，檢驗數量至少為陽極總數的10%。4）陽極應避免過度彎曲或扭曲。鐲式陽極應進行圓度校正，外徑不應超過上述偏差。B.3鋼芯鐲式和平貼陽極鋼芯位置的偏差為±5mm，而對于支架陽極，至少有厚度的±10%的陽極材料應覆蓋在鋼芯上。陽極鋼芯突出部分和其他關鍵尺寸應進行測量，并應符合圖紙要求。B.4陽極表面陽極應進行目測檢查，以確認符合下列要求：a)收縮凹坑不應超過陽極的標稱厚度或深度的10%。收縮凹陷不允許暴露陽極鋼芯。b)澆鑄填充區最大收縮不得超過10mm深度，不應超過陽極總體積的0.5%。澆鑄填充材料或澆鑄表面的缺陷都應與本體陽極材料完全結合。c)冷隔深度不應超過10mm；冷隔長度不應超過陽極寬度的3倍。鐲式陽極冷隔不應大于150mm。d)在搬運過程中對人員有危險的陽極凸起物