海底金屬物種類繁多，包括油氣管道、海洋平臺(tái)樁基、海底電纜、港口設(shè)施等，長(zhǎng)期處于海水、海泥等復(fù)雜腐蝕環(huán)境中。犧牲陽極陰極保護(hù)方案利用電化學(xué)原理，通過連接電位更負(fù)的犧牲陽極，使金屬物成為陰極，陽極自身氧化 “犧牲” 釋放電子，抑制金屬物的腐蝕，從而延長(zhǎng)其使用壽命，保障海洋工程設(shè)施安全穩(wěn)定運(yùn)行。
金屬物參數(shù)：詳細(xì)記錄金屬物的材質(zhì)（如碳鋼、不銹鋼、合金鋼等）、結(jié)構(gòu)尺寸、表面積、數(shù)量、工作狀態(tài)（如是否承受壓力、拉力等）以及安裝位置（埋于海泥、浸沒海水、部分露出水面等） 。
環(huán)境參數(shù)：收集金屬物所處海域的海水溫度、鹽度、pH 值、海流速度、溶解氧含量、潮汐變化、海底土壤電阻率、微生物分布等數(shù)據(jù)。不同海域和環(huán)境條件下，金屬物的腐蝕速率和機(jī)制存在差異，這些數(shù)據(jù)是方案設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。
歷史數(shù)據(jù)：若金屬物已服役，需查閱其過往腐蝕檢測(cè)報(bào)告、維修記錄等，了解曾經(jīng)出現(xiàn)的腐蝕類型（如均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等）、腐蝕嚴(yán)重區(qū)域及腐蝕速率，為后續(xù)保護(hù)方案提供參考。
合格保護(hù)電位確定：依據(jù)金屬物材質(zhì)和所處環(huán)境，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 NACE 標(biāo)準(zhǔn)、ISO 標(biāo)準(zhǔn)等）確定合格保護(hù)電位。不同材質(zhì)的金屬在海水中的合格保護(hù)電位不同，例如碳鋼在海水中通常為 -0.85V（相對(duì)于銅 / 飽和硫酸銅參比電極，CSE），而不銹鋼可能有所不同，需準(zhǔn)確確定。
保護(hù)電流密度計(jì)算：綜合考慮金屬物材質(zhì)、表面狀況（粗糙度、涂層情況等）、環(huán)境因素（海水流速、溫度、鹽度等），確定合適的保護(hù)電流密度。對(duì)于新建、表面光滑且有防腐涂層的金屬物，保護(hù)電流密度取值較低；對(duì)于已服役、表面粗糙或涂層破損的金屬物，取值需適當(dāng)提高。通過保護(hù)電流密度乘以金屬物的有效保護(hù)表面積，計(jì)算出所需保護(hù)電流。
犧牲陽極用量計(jì)算：根據(jù)計(jì)算得到的保護(hù)電流、陽極的實(shí)際電容量、設(shè)計(jì)保護(hù)年限等參數(shù)，計(jì)算犧牲陽極的用量。陽極實(shí)際電容量受材料成分、制造工藝影響，如常用的鋁合金犧牲陽極實(shí)際電容量約為 2200Ah/kg。計(jì)算公式為：陽極用量（kg）= 保護(hù)電流（A）× 設(shè)計(jì)保護(hù)年限（h）× 8760（h / 年）÷ 陽極實(shí)際電容量（Ah/kg）÷ 陽極利用效率（一般取 0.8 - 0.9） 。
陽極選型與布置設(shè)計(jì)
陽極選型：根據(jù)金屬物的具體情況和環(huán)境特點(diǎn)，從鋁合金陽極、鋅合金陽極、鎂合金陽極中選擇合適材料。鋁合金陽極電容量高、驅(qū)動(dòng)電壓大、價(jià)格適中，適用于大多數(shù)海水環(huán)境；鋅合金陽極工作電位穩(wěn)定、電流效率高，在海泥等電阻率較低的環(huán)境中性能良好；鎂合金陽極電位負(fù)、驅(qū)動(dòng)電壓大，但電容量較低，適用于土壤電阻率較高或淡水環(huán)境。同時(shí)，考慮陽極形狀，如塊狀陽極適用于小型金屬物或不規(guī)則結(jié)構(gòu)，鐲式陽極適合管道類金屬物。
陽極布置：依據(jù)金屬物結(jié)構(gòu)、尺寸和計(jì)算的陽極用量，確定陽極布置方式。對(duì)于大型海洋平臺(tái)樁基，可采用成組布置，將多個(gè)陽極組成陽極組安裝在樁基周圍；對(duì)于海底電纜，可采用沿線間隔布置；對(duì)于小型金屬構(gòu)件，可采用單支分散布置。合理調(diào)整陽極安裝間距和數(shù)量，確保金屬物表面各部位電位達(dá)到保護(hù)要求，一般間距在 1 - 100m 不等，需通過模擬計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)確定。
材料選擇
犧牲陽極材料
鋁合金犧牲陽極：選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（如 GB/T 4948 - 2002）的鋁合金犧牲陽極，其化學(xué)成分需嚴(yán)格控制，如鋁含量 95% - 97%、鋅 3% - 5%、鎂 0.05% - 0.2%、銦 0.01% - 0.05% 等，雜質(zhì)含量符合標(biāo)準(zhǔn)，保證陽極電化學(xué)性能穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)際需求選擇合適形狀和規(guī)格的陽極。
鋅合金犧牲陽極：符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 GB/T 4950 - 2002），確保鋅合金成分達(dá)標(biāo)，如鋅含量≥99.99%，雜質(zhì)含量嚴(yán)格要求。鋅合金陽極有穩(wěn)定的工作電位和較高的電流效率，適合特定海底環(huán)境。
性能要求：各類陽極的開路電位、工作電位、電流效率、實(shí)際電容量等性能指標(biāo)需滿足設(shè)計(jì)要求，如鋁合金陽極開路電位≤ -1.05V（相對(duì)于 CSE），工作電位在 -1.05V - -1.25V（相對(duì)于 CSE）之間，電流效率≥85%，實(shí)際電容量≥2200Ah/kg 。
輔助材料
連接電纜：采用耐腐蝕、高強(qiáng)度的電纜，如銅芯橡膠絕緣電纜或不銹鋼鎧裝電纜。根據(jù)保護(hù)電流大小選擇合適截面積，確保電纜能安全承載電流且滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。電纜與陽極、金屬物的連接采用可靠焊接或壓接方式，并進(jìn)行防水、防腐處理，如使用防水絕緣膠帶、熱縮套管等。
參比電極：選用長(zhǎng)效銅 / 飽和硫酸銅參比電極（CSE）或銀 / 氯化銀參比電極（Ag/AgCl），用于監(jiān)測(cè)金屬物的保護(hù)電位。參比電極需具備良好的穩(wěn)定性和耐久性，電位精度滿足 ±10mV 。安裝時(shí)固定在金屬物附近合適位置，通過電纜連接，定期測(cè)量電位。
施工安裝
安裝前準(zhǔn)備
金屬物預(yù)處理：對(duì)海底金屬物表面進(jìn)行清理，去除油污、鐵銹、海生物等雜質(zhì)，對(duì)于有涂層的金屬物，檢查涂層完整性，破損處進(jìn)行修補(bǔ)，確保金屬物表面清潔，以保證陽極與金屬物之間良好的電接觸。
陽極檢測(cè)：對(duì)犧牲陽極進(jìn)行外觀檢查，查看是否存在裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，測(cè)試陽極的開路電位、工作電位等性能指標(biāo)，確保陽極質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。
設(shè)備準(zhǔn)備：準(zhǔn)備好安裝所需的潛水設(shè)備、水下焊接設(shè)備、吊裝設(shè)備、測(cè)量?jī)x器等，并進(jìn)行調(diào)試，確保設(shè)備正常運(yùn)行。同時(shí)，準(zhǔn)備好輔助材料和工具。
陽極安裝
潛水安裝：對(duì)于淺海區(qū)域或適合潛水作業(yè)的場(chǎng)景，潛水員攜帶陽極和安裝工具，到達(dá)金屬物安裝位置。將陽極通過電纜與金屬物進(jìn)行可靠焊接或壓接連接，保證接觸電阻小于 0.01Ω 。連接后，采用混凝土基床、錨固件或支架等方式將陽極固定在海底或金屬物周圍，防止陽極移位。
水下機(jī)器人輔助安裝：在深?；驖撍鳂I(yè)困難區(qū)域，利用水下機(jī)器人（ROV）進(jìn)行陽極安裝。通過 ROV 攜帶陽極和安裝設(shè)備，按照預(yù)定程序?qū)㈥枠O準(zhǔn)確安裝在金屬物指定位置，并完成連接和固定操作。安裝過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)連接質(zhì)量和陽極位置。
參比電極安裝：將參比電極安裝在距離金屬物 0.5 - 2m 的合適位置，采用混凝土底座、固定支架等方式確保參比電極穩(wěn)定。通過電纜將參比電極與金屬物連接，并對(duì)電纜接頭進(jìn)行防水、防腐處理。
監(jiān)測(cè)與維護(hù)
電位監(jiān)測(cè)
定期測(cè)量：每月至少一次使用便攜式電位測(cè)量?jī)x，通過參比電極測(cè)量金屬物表面各點(diǎn)的保護(hù)電位，確保電位處于保護(hù)電位范圍內(nèi)。若電位偏離，及時(shí)分析原因，如陽極消耗、電纜故障、環(huán)境變化等，并采取調(diào)整陽極布置、更換陽極、修復(fù)電纜等措施。
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)于重要海底金屬物，可安裝在線電位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)金屬物電位變化。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，便于及時(shí)掌握金屬物保護(hù)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。
陽極性能監(jiān)測(cè)
定期通過潛水檢查、水下攝像或聲吶探測(cè)等方式，觀察犧牲陽極的消耗情況，測(cè)量陽極的剩余尺寸和重量。當(dāng)陽極剩余重量小于初始重量的 20% 時(shí)，及時(shí)更換陽極，保證陰極保護(hù)效果。同時(shí)，記錄陽極消耗速率，分析其變化趨勢(shì)。
電纜及連接部位檢查
定期檢查連接電纜是否存在破損、斷裂、老化等問題，檢查電纜與陽極、金屬物的連接部位是否牢固，是否出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。若電纜破損，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或更換；若連接部位腐蝕，清理腐蝕產(chǎn)物后重新進(jìn)行防腐處理和連接加固。
