1  陰極保護(hù)技術(shù)家族

 

中文名稱：陰極保護(hù)技術(shù)

英文名稱：Cathodic protection

定 義 1 ：通過降低腐蝕電位獲得防蝕效果的電化學(xué)保護(hù)方法。

應(yīng)用學(xué)科：船舶工程（一級學(xué)科）；

                   船舶腐蝕與防護(hù)（二級學(xué)科）

定 義 2 ：將被保護(hù)金屬作為陰極，施加外部電流進(jìn)行陰極極化，或用電化序低的易蝕金屬做犧牲陽極，以減少或防止金屬腐蝕的方法。

應(yīng)用學(xué)科：海洋科技（一級學(xué)科）；

                   海洋技術(shù)（二級學(xué)科）；

                   海水資源開發(fā)技術(shù)（三級學(xué)科）

定 義 3 ：通過降低腐蝕電位而實現(xiàn)的電化學(xué)保護(hù)。

應(yīng)用學(xué)科：機械工程（一級學(xué)科）；

                   腐蝕與保護(hù)（二級學(xué)科）；

                   電化學(xué)腐蝕（三級學(xué)科）

 

    2  陰極保護(hù)技術(shù)史話

 

 

    1834 年法拉第陰極保護(hù)原理奠定基礎(chǔ)；1890 年愛迪生提出強制電流保護(hù)船舶；1902 年柯恩實現(xiàn)了愛迪生的設(shè)想；1905 年美國用于鍋爐保護(hù)；1906 年，德國建立第一個陰極保護(hù)廠……

 

    陰極保護(hù)技術(shù)及其原理論述是與電化學(xué)學(xué)科同步發(fā)展的，它的發(fā)展與工業(yè)需求和材料科學(xué)、電子學(xué)等技術(shù)進(jìn)步息息相關(guān)。

 

    1812 年

 

    1812 年漢弗萊 . 戴維爵士提出假說——化學(xué)變化與電性質(zhì)變化是同一的，至少它們都與物質(zhì)的相同性質(zhì)有關(guān)。他認(rèn)為，通過改變物質(zhì)的電性狀態(tài)可以減小或增大化學(xué)反應(yīng)動力。只有當(dāng)物質(zhì)具有不同的電荷時，它們才能化合。如果對一個原呈正電性的物質(zhì)，人工地使它荷負(fù)電，那么它的鍵合力就受到干擾，也就不再能成為腐蝕的化合物了。在1812 年人們還不能從電化學(xué)方面詮釋這些發(fā)現(xiàn)，所以戴維的關(guān)于改變物質(zhì)負(fù)電性以控制腐蝕的論述是令人贊嘆的。

 

    戴維確認(rèn)，銅在伽法尼電壓的電動序中是一種較正電性的金屬：當(dāng)銅變成更為負(fù)電性（成為陰極）時，海水對它的腐蝕作用（化學(xué)變化）可被阻抑。為了能夠解釋其過程變化，戴維用略呈酸性的海水進(jìn)行實驗，把拋光的銅板浸入海水中，其中一塊銅板上焊上一塊錫。

 

    三天后在無錫的銅板上產(chǎn)生了顯著的腐蝕，而焊有錫塊的銅板上則沒有腐蝕現(xiàn)象。戴維由此得出結(jié)論，其他非貴金屬（如鋅或鐵）也能產(chǎn)生這種保護(hù)作用。戴維在他的學(xué)生、助手米歇爾 . 法拉第的支持下進(jìn)一步進(jìn)行了試驗。由此得出結(jié)論，在銅件上焊鋅塊對銅的防腐蝕是同樣有效的。

 

    在焊有一塊鐵板的銅板上，當(dāng)與一塊鋅相連接時，不僅是銅，而且連同鐵板都被保護(hù)了，免遭腐蝕。戴維在實驗室的大量試驗中發(fā)現(xiàn)，用鋅或鐵可對銅進(jìn)行陰極保護(hù)。對于陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展來說，這是非常重要的實驗發(fā)現(xiàn)。

 

    1824 年

 

    隨后戴維把他的這一研究成果向英國皇家學(xué)會和英國海軍部做了報告：

 

    1824 年，他獲得批準(zhǔn)對木質(zhì)戰(zhàn)艦的銅包覆層開始實際試驗。1824 年，他在“三寶壟”號快速炮帆船上做了進(jìn)一步試驗，這條船曾于 1821 年在印度用新的銅板鑲裝包覆。在該戰(zhàn)艦的船首和船尾安裝了鑄鐵板，其面積總計為船體銅表面積的 2％，此船做了一次開往加拿大NovaScotia 的旅行，于 1825 年返回。結(jié)果表明，除了船首部位由于海水渦流沖刷引起的一些侵蝕外，船體上未發(fā)生任何腐蝕損傷。隨后他又在一些游艇和船上施加了陰極保護(hù)，同樣獲得了良好效果。

 

    1826 年，戴維在研究報告的結(jié)論中指出：當(dāng)浸入液體中的兩種不同金屬用導(dǎo)線連接成回路時，一種金屬的腐蝕受到促進(jìn)，而另一種金屬的腐蝕則減慢，這就是銅船體通過連接鐵塊或鋅塊而受到保護(hù)的原因。戴維的許多實驗研究及上述結(jié)論可認(rèn)為是最早的陰極保護(hù)理論，1824 年這一年也就被后人列為陰極保護(hù)技術(shù)的開創(chuàng)年代。

 

    1829 年

 

    1829 年 5 月 29 日漢弗萊 . 戴維逝于日內(nèi)瓦，著名科學(xué)家米歇爾 . 法拉第在隨后幾年中進(jìn)一步研究了鑄鐵在海水中的腐蝕。他在 1833 年提出了著名的法拉第電解定律，于 1834 年發(fā)現(xiàn)了在腐蝕損耗與電流之間的定量關(guān)系。在題為“關(guān)于電的實驗研究”的論文中，他首先提出了“電解質(zhì)”“電極”“陽極”“陽離子”和“陰離子”等概念。他的科學(xué)研究和發(fā)現(xiàn)奠定了陰極保護(hù)原理。

 

 

 

    1902 年

 

    1902 年，科恩成功地將外加直流電流實際應(yīng)用了陰極保護(hù)方法。

 

    1906 年

 

    1906 年，蓋波特建成了第一個管道陰極保護(hù)站，用 10V/12A 的直流發(fā)電機通過輔助陽極對有軌電車線路影響范圍內(nèi) 300m 長的埋地煤氣管道和供水管道實施陰極保護(hù)，并 1908 年 3 月 27 日獲得第一個有關(guān)外加電流陰極保護(hù)的德國專利。

 

    美國的卡姆博蘭德于 1905 年就采用外加電流陰極保護(hù)方法來防止蒸汽鍋爐及其管道系統(tǒng)的內(nèi)腐蝕，但他獲得德國專利的時間是 1911 年 9 月 28 日。

 

    哈博和戈爾德施密特于 1906 年在德國煤氣與供水工程師協(xié)會 DVCW 侶導(dǎo)下首次開展了對陰極保護(hù)科學(xué)原理的卓有成效研究。他們認(rèn)為，陰極保護(hù)和雜散電流電解都是電化學(xué)過程。在“電化學(xué)雜志”上闡述了著名的測量電流密度的哈博方法、土壤電阻的測量以及管道／土壤電傳的測量；哈博使用不極化的硫酸鋅參比電極測量電位。

 

    1908 年

 

    1908 年，麥克考蘭姆首次采用了至今仍在埋地結(jié)構(gòu)物防腐蝕技術(shù)中普遍應(yīng)用的硫酸銅參比電極來測量電位。

 

    1913 年

 

    1913 年秋在日內(nèi)瓦金屬研究所舉行的一次大會上，人們已經(jīng)把犧牲陽極的保護(hù)命名為“電化學(xué)保護(hù)”。

 

    1928 年

 

    1928 年，被后人稱為美國陰極保護(hù)之父的庫恩在新奧爾良一條長輸天然氣管線上安裝了第一臺陰極保護(hù)整流器，由此開創(chuàng)了管道陰極保護(hù)的實際應(yīng)用。他通過試驗發(fā)現(xiàn)，保護(hù)電位為-0.85v （相對于飽和的 Cu/CuSO 4 參比電極）足以防止任何類型的腐蝕。同年，庫恩在美國田家標(biāo)準(zhǔn)局華盛頓防腐蝕大會上報告了這一重要的陰極保護(hù)判據(jù)。

 

    現(xiàn)代陰極保護(hù)技術(shù)一般都仍然遵從這一判據(jù)。庫恩的報告作為一項獨立進(jìn)行的研究工作而致力于討論由于形成電化學(xué)電池而產(chǎn)生的腐蝕，其中包括對一種陰極保護(hù)方法的描述，即用整流器產(chǎn)生保護(hù)電流實現(xiàn)陰極保護(hù)以防止腐蝕。 此外，庫恩還寫道：“這種方法 , 是專門地僅僅用于阻止土壤腐蝕，而且也用于通過電子排流消除由下有軌電車雜散電流引起的管道電解腐蝕”，他的試驗得出結(jié)果，為了把管道電位降低到不再產(chǎn)生腐蝕穿孔，平均保護(hù)電流密度10 ～ 20mA/m^２ 就夠了。

 

    1970 年

 

    1970 年德國煤氣與供水工程師協(xié)會為紀(jì)念庫恩在陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展中做出的卓越貢獻(xiàn)，在德國陰極保護(hù)專業(yè)協(xié)會資助下特別頒授了鑄有庫恩頭像和著名的 -850mV 字樣的金質(zhì)紀(jì)念章。

 

    20 世紀(jì) 30-50 年代

 

    在20世紀(jì)30-50年代期間，比利時、前蘇聯(lián)、英國、德國等歐洲國家也先后對埋地管線采用了陰極保護(hù)技術(shù)。近些年來，國際上關(guān)于陰極保護(hù)的進(jìn)展主要在技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用方面，陰極保護(hù)設(shè)備、材料和配套裝置等日臻完善，檢測、監(jiān)控技術(shù)和管理系統(tǒng)更加先進(jìn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，相應(yīng)地各國先后制定了一系列陰極保護(hù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

    3 海洋構(gòu)筑物知多少

 

    海洋構(gòu)筑物指海洋環(huán)境使用的結(jié)構(gòu)物體，做支撐、運輸、動力等作用，往往由金屬結(jié)構(gòu)、涂層（包覆層）或者混凝土等組成。具體來講，有鉆井、采油平臺，海底管道，港口設(shè)施，鋼板、鋼管樁，艦船及其附屬結(jié)構(gòu)，跨海大橋等。它們處于海洋環(huán)境，受到海洋環(huán)境的腐蝕，可以采取陰極保護(hù)加以防護(hù)。但其不同之處在于，所采用的金屬材料、連接方式、材料表面狀況不同，其中陰極保護(hù)技術(shù)也有所不同。

 

    海上鉆井和采油平臺由導(dǎo)管架和上部組塊構(gòu)成，平臺導(dǎo)管架主體由平臺鋼構(gòu)成，如 DH36，處于潮差區(qū)、海水和海泥中。潮差區(qū)由重防腐涂層防護(hù)，海水和海泥中結(jié)構(gòu)均采用裸鋼加陰極保護(hù)。

 

    隨著深海油氣資源的開發(fā)，水下分離器、儲油艙等結(jié)構(gòu)陸續(xù)使用，也需要陰極保護(hù)。

 

    海底管道通常都有涂覆層和配重層，有單層保溫管、雙層管；其功能主要是油氣輸送管道以及電力管道。

 

    艦船及其附屬結(jié)構(gòu)包括艦船，螺旋槳、舵、螺旋槳支架，通海吸水箱、浮箱通水口助推器等水下部分；各種船艙有壓載艙、淡水艙、燃油艙，海水管路（冷凝器與熱交換器）和船舭。

 

    港口設(shè)施包括鋼板、鋼管樁墻、船閘等。

 

 

    跨海大橋成為近年來我國發(fā)展最快的海上設(shè)施，處于海水海泥區(qū)的橋墩往往需要采用陰極保護(hù)。

 

    從海洋構(gòu)筑物采用的金屬材料來分，主要有鋼鐵，包括低合金鋼，中高強鋼和不銹鋼，也有黃銅白銅、鈦及鈦合金和鋁及鋁合金等有色金屬：按照應(yīng)用對象分為管線鋼、平臺鋼、船體鋼等：按照材料形狀分為板、管、螺紋、復(fù)雜結(jié)構(gòu)等。

 

    根據(jù)海洋構(gòu)筑物所處環(huán)境，有潮差區(qū)，海水全浸區(qū)和海泥區(qū)：對于深海設(shè)施，深海環(huán)境的特殊性也對陰極保護(hù)提出特殊要求：對于艦船，溫度、流速及砂石均對陰極保護(hù)產(chǎn)生影響：也有混凝土環(huán)境。

 

    海洋構(gòu)筑物的陰極保護(hù)首先涉及環(huán)境腐蝕性，材料的特殊性，以及不同環(huán)境陰極保護(hù)準(zhǔn)則。對于長久設(shè)施，陰極保護(hù)的維護(hù)、修復(fù)及監(jiān) / 檢測也是不容忽視的。

 

    4  海洋環(huán)境與海洋腐蝕的那些事兒

 

    隨著人類對海洋資源的利用逐步走向深入，海洋開發(fā)的規(guī)模也不斷擴大，但是由于海洋環(huán)境是一個腐蝕性很強的復(fù)雜的災(zāi)害環(huán)境，各種材料在海洋環(huán)境中極易發(fā)生劣化破壞，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明世界各國每年因腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失約占其國民生產(chǎn)總值的 2% ～ 4%，而海洋腐蝕的損失約占總腐蝕的 1/3。盡管如此，如果防護(hù)工作做得好，其中25%～40%的損失可以得到有效避免。

 

    海洋腐蝕環(huán)境一般分為海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海泥區(qū)五個腐蝕區(qū)帶。

 

    深海環(huán)境特點解讀

 

    五個區(qū)帶

 

    通常來說，從腐蝕的角度，可將海洋環(huán)境分為五個不同區(qū)帶：海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海洋潮差區(qū)、海水全浸區(qū)及海底泥土區(qū)。

 

    海洋大氣區(qū)

 

    海洋大氣區(qū)指海面飛濺區(qū)以上的大氣區(qū)和沿岸大氣區(qū)。海洋大氣區(qū)的特點是空氣濕度大、含鹽量多。暴露在海洋大氣區(qū)的金屬表面常沉積細(xì)小海鹽顆粒。由于海鹽的吸濕性（尤其是氯化鈣和氯化鎂），易于在金屬表面形成液膜。在季節(jié)或晝夜變化氣溫達(dá)到露點時尤為明顯。同時，塵埃、微生物（霉菌和真菌）在金屬表面的沉積，會增強環(huán)境的腐蝕性。因此，海洋大氣對金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕程度要比內(nèi)陸大氣嚴(yán)重得多。海洋的風(fēng)浪條件、距離海面的高度和深入內(nèi)陸的距離都會影響到海洋大氣的腐蝕性。風(fēng)浪大時，大氣中水分多含鹽量高，腐蝕性增加。距離海平面 7 ～ 8 米處腐蝕性最強，在此之上越高腐蝕性越弱。隨著深入內(nèi)陸的距離增加，腐蝕性迅速減弱。

 

 

    降雨量和一定時期內(nèi)的雨量分布也影響金屬在海洋大氣中的腐蝕速率。頻繁的降雨會沖刷掉金屬表面（迎風(fēng)面）沉積的鹽分和吸附的塵埃，使腐蝕減輕。一般背風(fēng)面的腐蝕比迎風(fēng)面嚴(yán)重。

 

    溫度升高使海洋大氣腐蝕加劇。因此同一地區(qū)的季節(jié)變化會影響腐蝕速率。不同海域由于溫度及其他環(huán)境因素的差異，海洋大氣的腐蝕性差異較大，一般熱帶腐蝕性最強，溫帶次之，兩極區(qū)最弱。

 

    浪花飛濺區(qū)

 

    飛濺區(qū)指平均高潮線以上海浪飛濺潤濕的區(qū)段。在飛濺區(qū)，海洋構(gòu)筑物表面幾乎連續(xù)不斷地被充分而又不斷更新的海水所潤濕。由于波浪和飛濺，海水與空氣充分接觸，海水含氧量達(dá)到最大程度。由于海浪飛濺，對金屬表面的沖擊和頻繁的干濕交替，使氧擴散到金屬表面的薄液膜達(dá)到了最大可能的速度。另外，在風(fēng)浪作用下海水的沖擊作用也會加劇飛濺區(qū)海洋構(gòu)筑物防腐保護(hù)層的破壞。因此，海洋構(gòu)筑物在海水飛濺區(qū)的腐蝕都有一個腐蝕峰值，防腐涂料層在這個區(qū)帶比其他區(qū)帶更易脫落。另外，沒有海生物沾污也是飛濺區(qū)的一個重要特點。

 

    不同海區(qū)飛濺帶腐蝕程度主要決定于風(fēng)浪條件和溫度。飛濺區(qū)金屬表面的溫度更接近于氣溫。在風(fēng)浪大的熱帶海域海洋構(gòu)筑物在飛濺區(qū)的腐蝕速率最快。

 

    潮差區(qū)

 

    海水從平均高潮位到平均低潮位之間的區(qū)域稱為潮差區(qū)。潮差的大小因地區(qū)而異。同飛濺區(qū)一樣，潮差區(qū)的金屬表面也與充分的海水接觸，至少每天有一段時間是如此。但潮差區(qū)又與飛濺區(qū)不同，潮差區(qū)氧的擴散不及飛濺區(qū)那么快。飛濺區(qū)金屬表面溫度主要受氣溫控制，接近于氣溫。而潮差區(qū)金屬表面的溫度既受氣溫也受海水溫度影響，通常更接近或等于表層海水的溫度。飛濺區(qū)無海生物附著，而潮汐區(qū)海生物會棲居在金屬表面上，使金屬得到一定程度的局部保護(hù)。但是，在冬季有流冰的海域，潮差區(qū)的海洋構(gòu)筑物也會受到冰塊的磨蝕。

 

    海水全浸區(qū)

 

    在平均低潮線以下直至海底的區(qū)域稱為海水全浸區(qū)，根據(jù)海水深度不同，可分為淺海水區(qū)和深海水區(qū)，二者并無確切的深度界限，一般所說的淺海水區(qū)大多指 100 ～ 200m 以內(nèi)的海水。由于各種海洋環(huán)境因素，如溫度、含氧量、鹽度、pH 隨海水深度變化而變化，因此海水深度必然影響到全浸區(qū)金屬的腐蝕行為。其中，鹽度、pH 隨海水深度變化幅度不大，不會對腐蝕產(chǎn)生明顯的影響。對腐蝕影響較大的是溫度和含氧量。同時海水深度還影響海生物活性及碳酸鹽水垢的沉淀，這也將對腐蝕產(chǎn)生影響。

 

    海水全浸區(qū)的海洋構(gòu)筑物，其腐蝕受溶解氧、流速、鹽度、溫度、污染和海生物等因素的影響。海洋構(gòu)筑物在海水中的腐蝕反應(yīng)受到氧的還原反應(yīng)所控制，所以溶解氧對鋼鐵腐蝕起著主導(dǎo)作用。海面下 20m 之內(nèi)為表層海水，表層海水中溶解氧近于飽和，它是全浸條件下腐蝕較重的區(qū)域。隨著水深的增加，海水中氧含量有所減少，水溫隨水深而下降，腐蝕性變?nèi)酢Ｉ詈Ｖ校捎跍囟鹊停瑝毫Υ螅琾H 較低，海水中 CaC0 3 低于飽和度，因此，對深海結(jié)構(gòu)物進(jìn)行陰極保護(hù)時不易形成保護(hù)性水垢，犧牲陽極消耗比表層要大。

 

    海泥區(qū)

 

    海泥區(qū)是指海水全浸區(qū)以下部分，主要由海底沉積物構(gòu)成，與陸地土壤不同，海泥區(qū)含鹽度高，電阻率低，腐蝕性較強。由于海泥區(qū) Cl一 含量高且供氧不足，一般鈍性金屬（不銹鋼、鋁合金）的鈍化膜是不穩(wěn)定的。

 

    無論是與陸地土壤相比，還是與全浸區(qū)相比，海泥區(qū)的氧含量都相當(dāng)?shù)停虼虽撛诤Ｄ鄥^(qū)的腐蝕速率通常比在全浸區(qū)慢。但是，在海底沉積物層里往往都含有細(xì)菌等微生物，主要是厭氧的硫酸鹽還原菌，它會在缺氧條件下生長繁殖。而且海水的靜壓力會提高細(xì)菌的活性。硫酸鹽還原菌能吸收陰極反應(yīng)的氫原子，促進(jìn)陰極反應(yīng)，使海洋構(gòu)筑物加速腐蝕。

 

 

    5 深海環(huán)境對陰極保護(hù)的影響

 

    海水中影響鋼鐵材料極化性能和保護(hù)性鈣質(zhì)沉積層的環(huán)境因素有以下幾個溶解氧、溫度、鹽度、值、海水流速和壓力等，這些環(huán)境因素隨海水深度變化而變化，溫度、溶解氧存在躍層分布，不同海域躍層深度不同。

 

    溶解氧

 

    通常表層海水含氧量為飽和或接近飽和，躍層區(qū)出現(xiàn)最小含氧區(qū)，深層區(qū)含氧量增加。溶解氧是影響長期陰極保護(hù)設(shè)計的最主要因素。對鋼鐵材料進(jìn)行陰極保護(hù)時，所需的保護(hù)電流密度受到金屬表面溶解氧及其擴散速度的影響。 當(dāng)溶解氧濃度及擴散速度降低時，理論所需的初期陰極保護(hù)電流密度會降低。然而，較低的電流密度下，氧的去極化反應(yīng)變?nèi)酰焕诒槐Ｗo(hù)金屬表面值的快速升高，得不到高質(zhì)量的鈣質(zhì)沉積層，不利于保護(hù)中期電流密度的降低。曹振宇等的恒流極化試驗顯示，達(dá)到最低保護(hù)電位所需的陰極保護(hù)電流密度隨著溶解氧濃度的降低而減小。

 

    溫度

 

    溫度在海面下最初 300m 時下降速度很快，再向下到 1000m 溫度下降速度減小。低于 2000m 溫度幾乎恒定在冰點上下幾度范圍內(nèi)。不同海域的溫度分布趨于均勻，整個大洋的水溫差在3℃左右。溫度主要通過影響海水的電導(dǎo)率來影響陰極保護(hù)設(shè)計。同時，溫度又會影響溶解氧和鈣質(zhì)沉積層的形成。鈣質(zhì)沉積層的主要成份是碳酸鈣和氫氧化鎂，而一般認(rèn)為碳酸鈣是降低電流密度的有效成分。隨著溫度的降低，碳酸鈣的溶解度增大，所以深海低溫海水中沉積層的形成受阻。有報道稱，在 1000m 的溫度為 5℃的海水中，碳酸鈣的溶解度會增加 500%。Lin 等研究了不同溫度下鈣質(zhì)沉積層的形成過程，結(jié)果表明，雖然初始電流密度隨溫度的升高而升高，但是達(dá)到穩(wěn)定后的電流密度卻相反，高溫下形成的沉積層的保護(hù)效果優(yōu)于低溫下的沉積層，同時進(jìn)行的溫度循環(huán)試驗表明，高溫下形成的沉積層在降低溫度后出現(xiàn)溶解情況，伴隨著保護(hù)電流密度的上升而由低溫轉(zhuǎn)為高溫時，又有新的沉積層形成，電流密度再次下降。

 

 

    鹽度

 

    海水鹽度受海域的地理、水文和氣象等因素的影響。表層海水鹽度一般在32‰～ 37‰之間，深層海水變化范圍較小，一般在 34‰～ 35‰之間。從中國南海實測數(shù)據(jù)可以看出，深度從 500 米下降到 3000 米時，鹽度的變化值僅為0.2‰。鹽度主要是通過影響海水電導(dǎo)率而影響陰極保護(hù)過程，同時隨鹽度增加，溶解氧含量會降低。然而鑒于深海與淺海之間的鹽度差異不大，因此可以忽略鹽度對深海陰極保護(hù)的影響。

 

 

    碳酸鹽和 pH 值

 

    從 淺 海 到 深 海 環(huán) 境 pH 值 介 于7.5 ～ 8.6 之間，同一海區(qū)海水值變化很小。所以深海環(huán)境下的對陰極保護(hù)的影響與淺海相似。在海水中對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)時，鋼鐵表面通以陰極電流，因此發(fā)生氧還原和或析氫反應(yīng)。因為控制著海水中碳酸鹽的平衡，進(jìn)而影響著鈣質(zhì)沉積層的形成。對金屬進(jìn)行陰極保護(hù)時，金屬表面的 pH 值升高，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，使碳酸根離子濃度增加，促進(jìn)了碳酸鈣的形成。表層海水 pH 值略高，碳酸根離子濃度也較高，而且表層海水中的碳酸鈣是過飽和的，在此環(huán)境下鈣質(zhì)沉積層較容易生成。隨著深度增加，碳酸鈣逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài)，這樣相同陰極保護(hù)電流密度下，鈣質(zhì)沉積層的形成就變得困難。

 

    壓力

 

    海水靜壓力與其深度呈直線關(guān)系。Brown 等研究了不同壓力下，達(dá)到不同保護(hù)電位所需要的初始保護(hù)電流密度。結(jié)果表明，所研究的壓力范圍（0.1 ～ 250MPa） 內(nèi)，電流密度的影響不大，其它研究進(jìn)行的試驗也有類似的結(jié)論，England 等詳細(xì)研究了 Sargasso深水 450 ～ 600m 靜壓力對鈣質(zhì)沉積層的影響。結(jié)果表明，21d 的保護(hù)試驗后形成的沉積層較松軟，成分以鎂元素為主。Tawns 等模擬了深海壓力下碳鋼在 -1.1V 電位下 3d 的陰極保護(hù)試驗。研究表明，雖然在 2500m 深水壓力下碳鋼表面也形成了較厚的鈣質(zhì)沉積層，但是保護(hù)能力變?nèi)酰瑝毫﹃帢O保護(hù)的影響還體現(xiàn)在高壓下的氫脆問題上。因為壓力越大，所需要鋼的強度越高，氫脆敏感性越顯著，因此在深海高壓環(huán)境下，陰極保護(hù)電位的選擇要更加保守和慎重。

 

    海水流速

 

    海水流速隨地域和深度不同有較大差異。總體上來說，隨著深度的增加，海水流速降低。流速會影響陰極保護(hù)電流密度需求和鈣質(zhì)沉積層的形成。因為溶解氧在陰極表面的反應(yīng)屬于擴散控制，海水流速增加，擴散層厚度減小，陰極保護(hù)所需要的初始電流密度會顯著增加。同時，氧的去極化反應(yīng)加快導(dǎo)致金屬海水界面的pH 值增加，由于反應(yīng)層 pH 值的改變，金屬表面鈣質(zhì)沉積層的成核和沉積過程就會受到影響。曹振宇等采用恒電流法研究了靜態(tài)和海水流速為 8cm/s 條件下的碳鋼的陰極保護(hù)過程，結(jié)果表明，極化 7d 后達(dá)到最低保護(hù)電位的最小電流密度分別為100mA/m 2 和 200mA/m 2 。李成杰等研究了不同海水流速下保護(hù)電位對沉積層形成的影響，表明在較大的海水流速下，保護(hù)電位越負(fù)，越有利于致密沉積層的形成。同時，由于附著力差和不穩(wěn)定的沉積層被沖刷剝離，一定范圍內(nèi)的海水流速條件下形成的沉積層保護(hù)性更好。Fischer 等的研究表明，一旦良好的沉積層形成，海水流速在一定范圍內(nèi)不再影響保護(hù)電流密度。Finegan等研究發(fā)現(xiàn)，天然海水中，形成保護(hù)效果最好的沉積層的最佳海水流速為 5cm/s。海洋環(huán)境因素隨著海域和深度的不同，變化情況復(fù)雜，這些因素綜合作用于陰極保護(hù)和鈣質(zhì)沉積層的形成過程。其中，溶解氧、溫度、碳酸鹽及壓力是影響深海陰極保護(hù)及鈣質(zhì)沉積層形成的主要因素。