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预包装深井阳极的工作原理

河南雅克特种设备制造有限公司

技术部：徐园

日期：2025.11.24

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预包装深井阳极的工作原理基于电化学阴极保护原理，通过外部电源驱动电流流

动，形成保护电场，从而抑制被保护金属结构的腐蚀，其核心机制可分为电极反

应、电场干扰和深层电流分布优化三个层面，具体如下：

一、电极反应：氧化还原过程构建保护层

预包装深井阳极通过外部电源向电解质（如土壤或地下水）中输入保护电流，引

发一系列电化学氧化还原反应：

阳极反应：阳极材料（如钛基贵金属氧化物或高硅铸铁）作为电流输出端，金属

离子失去电子并溶解成金属阳离子，形成氧化反应。例如，阳极表面可能发生以

下反应：

阳极材料→金属阳离子+ne−

同时，阳极材料与土壤中的氧化性物质（如溶解氧）进一步反应，生成氢氧根离

子（OH⁻）：

O2​+2H2​O+4e−→4OH−

阴极反应：被保护金属结构（如管道、储罐）作为阴极，接受电子并发生还原反

应。金属离子在阴极表面获得电子，还原成金属原子，抑制金属的腐蚀反应。例

如：

金属阳离子+ne−→金属原子

通过这一过程，金属离子从金属内部向表面扩散的速度减缓，最终形成一个保护

层，有效防止电化学腐蚀。

二、电场干扰：调整电位分布实现全面保护

外加电流的输入会显著改变被保护金属结构表面的电场分布，具体表现为：

电位调整：通过外部电源提供的电流，使被保护金属结构表面的电位负移至保护

电位范围（通常为-0.85V至-1.15V），从而抑制金属的氧化反应。

电位梯度降低：电场干扰还能降低金属表面的电位梯度，减缓金属离子从金属内

部向表面扩散的速度。这一过程延长了保护层的形成时间，确保保护效果的持久

性。例如，在南海FPSO单点系泊系统中，采用12口分段式深井（深度120米），

电位均匀度超过95%（-0.89±0.03V），杂散电流干扰降低60%-80%。

三、深层电流分布优化：利用低电阻率地层实现均匀保护

预包装深井阳极通过垂直深埋于地下数十米至百米的低电阻率地层（如湿土层或

地下水层），优化电流分布路径：

电流扩散路径：阳极深埋后，电流沿被保护结构的轴向和径向均匀扩散，减少因

土壤电阻率不均匀导致的电流分布不均问题。例如，中俄东线黑河段安装深度

28米的深井阳极，接地电阻降至0.8Ω，覆盖范围达直径2-3公里。

减少边缘效应：深层安装可避免传统浅埋阳极因“边缘效应”导致的保护盲区，确

保被保护金属结构全线处于保护状态。例如，西气东输二线工程中，单井保护效

果覆盖整条管线，腐蚀速率从0.25mm/a降至0.005mm/a。

适应复杂地质条件：在高电阻率地区（如沙漠、冻土、山区），深井阳极可穿透

表层高阻层，直达低电阻率地层，确保阴极保护系统正常运行。例如，新疆等西

北地区通过深井阳极将阳极接地电阻降低至1Ω以下。