海底金属物种类繁多，包括油气管道、海洋平台桩基、海底电缆、港口设施等，长期处于海水、海泥等复杂腐蚀环境中。牺牲阳极阴极保护方案利用电化学原理，通过连接电位更负的牺牲阳极，使金属物成为阴极，阳极自身氧化 “牺牲” 释放电子，抑制金属物的腐蚀，从而延长其使用寿命，保障海洋工程设施安全稳定运行。

金属物参数：详细记录金属物的材质（如碳钢、不锈钢、合金钢等）、结构尺寸、表面积、数量、工作状态（如是否承受压力、拉力等）以及安装位置（埋于海泥、浸没海水、部分露出水面等） 。

环境参数：收集金属物所处海域的海水温度、盐度、pH 值、海流速度、溶解氧含量、潮汐变化、海底土壤电阻率、微生物分布等数据。不同海域和环境条件下，金属物的腐蚀速率和机制存在差异，这些数据是方案设计的重要依据。

历史数据：若金属物已服役，需查阅其过往腐蚀检测报告、维修记录等，了解曾经出现的腐蚀类型（如均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等）、腐蚀严重区域及腐蚀速率，为后续保护方案提供参考。

合格保护电位确定：依据金属物材质和所处环境，参考相关标准（如 NACE 标准、ISO 标准等）确定合格保护电位。不同材质的金属在海水中的合格保护电位不同，例如碳钢在海水中通常为 -0.85V（相对于铜 / 饱和硫酸铜参比电极，CSE），而不锈钢可能有所不同，需准确确定。

保护电流密度计算：综合考虑金属物材质、表面状况（粗糙度、涂层情况等）、环境因素（海水流速、温度、盐度等），确定合适的保护电流密度。对于新建、表面光滑且有防腐涂层的金属物，保护电流密度取值较低；对于已服役、表面粗糙或涂层破损的金属物，取值需适当提高。通过保护电流密度乘以金属物的有效保护表面积，计算出所需保护电流。

牺牲阳极用量计算：根据计算得到的保护电流、阳极的实际电容量、设计保护年限等参数，计算牺牲阳极的用量。阳极实际电容量受材料成分、制造工艺影响，如常用的铝合金牺牲阳极实际电容量约为 2200Ah/kg。计算公式为：阳极用量（kg）= 保护电流（A）× 设计保护年限（h）× 8760（h / 年）÷ 阳极实际电容量（Ah/kg）÷ 阳极利用效率（一般取 0.8 - 0.9） 。

阳极选型与布置设计

阳极选型：根据金属物的具体情况和环境特点，从铝合金阳极、锌合金阳极、镁合金阳极中选择合适材料。铝合金阳极电容量高、驱动电压大、价格适中，适用于大多数海水环境；锌合金阳极工作电位稳定、电流效率高，在海泥等电阻率较低的环境中性能良好；镁合金阳极电位负、驱动电压大，但电容量较低，适用于土壤电阻率较高或淡水环境。同时，考虑阳极形状，如块状阳极适用于小型金属物或不规则结构，镯式阳极适合管道类金属物。

阳极布置：依据金属物结构、尺寸和计算的阳极用量，确定阳极布置方式。对于大型海洋平台桩基，可采用成组布置，将多个阳极组成阳极组安装在桩基周围；对于海底电缆，可采用沿线间隔布置；对于小型金属构件，可采用单支分散布置。合理调整阳极安装间距和数量，确保金属物表面各部位电位达到保护要求，一般间距在 1 - 100m 不等，需通过模拟计算或经验确定。

材料选择

牺牲阳极材料

铝合金牺牲阳极：选用符合国家标准（如 GB/T 4948 - 2002）的铝合金牺牲阳极，其化学成分需严格控制，如铝含量 95% - 97%、锌 3% - 5%、镁 0.05% - 0.2%、铟 0.01% - 0.05% 等，杂质含量符合标准，保证阳极电化学性能稳定。根据实际需求选择合适形状和规格的阳极。

锌合金牺牲阳极：符合相关标准（如 GB/T 4950 - 2002），确保锌合金成分达标，如锌含量≥99.99%，杂质含量严格要求。锌合金阳极有稳定的工作电位和较高的电流效率，适合特定海底环境。

性能要求：各类阳极的开路电位、工作电位、电流效率、实际电容量等性能指标需满足设计要求，如铝合金阳极开路电位≤ -1.05V（相对于 CSE），工作电位在 -1.05V - -1.25V（相对于 CSE）之间，电流效率≥85%，实际电容量≥2200Ah/kg 。

辅助材料

连接电缆：采用耐腐蚀、高强度的电缆，如铜芯橡胶绝缘电缆或不锈钢铠装电缆。根据保护电流大小选择合适截面积，确保电缆能安全承载电流且满足机械强度要求。电缆与阳极、金属物的连接采用可靠焊接或压接方式，并进行防水、防腐处理，如使用防水绝缘胶带、热缩套管等。

3. 参比电极：选用长效铜 / 饱和硫酸铜参比电极（CSE）或银 / 氯化银参比电极（Ag/AgCl），用于监测金属物的保护电位。参比电极需具备良好的稳定性和耐久性，电位精度满足 ±10mV 。安装时固定在金属物附近合适位置，通过电缆连接，定期测量电位。

   

   施工安装

   安装前准备

   金属物预处理：对海底金属物表面进行清理，去除油污、铁锈、海生物等杂质，对于有涂层的金属物，检查涂层完整性，破损处进行修补，确保金属物表面清洁，以保证阳极与金属物之间良好的电接触。

   阳极检测：对牺牲阳极进行外观检查，查看是否存在裂纹、气孔、夹渣等缺陷，测试阳极的开路电位、工作电位等性能指标，确保阳极质量符合设计要求。

   设备准备：准备好安装所需的潜水设备、水下焊接设备、吊装设备、测量仪器等，并进行调试，确保设备正常运行。同时，准备好辅助材料和工具。

   阳极安装

   潜水安装：对于浅海区域或适合潜水作业的场景，潜水员携带阳极和安装工具，到达金属物安装位置。将阳极通过电缆与金属物进行可靠焊接或压接连接，保证接触电阻小于 0.01Ω 。连接后，采用混凝土基床、锚固件或支架等方式将阳极固定在海底或金属物周围，防止阳极移位。

   水下机器人辅助安装：在深海或潜水作业困难区域，利用水下机器人（ROV）进行阳极安装。通过 ROV 携带阳极和安装设备，按照预定程序将阳极准确安装在金属物指定位置，并完成连接和固定操作。安装过程中，实时监测连接质量和阳极位置。

   参比电极安装：将参比电极安装在距离金属物 0.5 - 2m 的合适位置，采用混凝土底座、固定支架等方式确保参比电极稳定。通过电缆将参比电极与金属物连接，并对电缆接头进行防水、防腐处理。

   

   监测与维护

   电位监测

   定期测量：每月至少一次使用便携式电位测量仪，通过参比电极测量金属物表面各点的保护电位，确保电位处于保护电位范围内。若电位偏离，及时分析原因，如阳极消耗、电缆故障、环境变化等，并采取调整阳极布置、更换阳极、修复电缆等措施。

   在线监测系统：对于重要海底金属物，可安装在线电位监测系统，实时监测金属物电位变化。系统将数据传输至监控中心，便于及时掌握金属物保护状态，发现异常及时处理。

   阳极性能监测

   定期通过潜水检查、水下摄像或声呐探测等方式，观察牺牲阳极的消耗情况，测量阳极的剩余尺寸和重量。当阳极剩余重量小于初始重量的 20% 时，及时更换阳极，保证阴极保护效果。同时，记录阳极消耗速率，分析其变化趋势。

   电缆及连接部位检查

   定期检查连接电缆是否存在破损、断裂、老化等问题，检查电缆与阳极、金属物的连接部位是否牢固，是否出现腐蚀现象。若电缆破损，及时进行修复或更换；若连接部位腐蚀，清理腐蚀产物后重新进行防腐处理和连接加固。