海底金屬物種類繁多，包括油氣管道、海洋平臺樁基、海底電纜、港口設施等，長期處于海水、海泥等復雜腐蝕環境中。犧牲陽極陰極保護方案利用電化學原理，通過連接電位更負的犧牲陽極，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，從而延長其使用壽命，保障海洋工程設施安全穩定運行。
金屬物參數：詳細記錄金屬物的材質（如碳鋼、不銹鋼、合金鋼等）、結構尺寸、表面積、數量、工作狀態（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） 。
環境參數：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、微生物分布等數據。不同海域和環境條件下，金屬物的腐蝕速率和機制存在差異，這些數據是方案設計的重要依據。
歷史數據：若金屬物已服役，需查閱其過往腐蝕檢測報告、維修記錄等，了解曾經出現的腐蝕類型（如均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕等）、腐蝕嚴重區域及腐蝕速率，為后續保護方案提供參考。
合格保護電位確定：依據金屬物材質和所處環境，參考相關標準（如 NACE 標準、ISO 標準等）確定合格保護電位。不同材質的金屬在海水中的合格保護電位不同，例如碳鋼在海水中通常為 -0.85V（相對于銅 / 飽和硫酸銅參比電極，CSE），而不銹鋼可能有所不同，需準確確定。
保護電流密度計算：綜合考慮金屬物材質、表面狀況（粗糙度、涂層情況等）、環境因素（海水流速、溫度、鹽度等），確定合適的保護電流密度。對于新建、表面光滑且有防腐涂層的金屬物，保護電流密度取值較低；對于已服役、表面粗糙或涂層破損的金屬物，取值需適當提高。通過保護電流密度乘以金屬物的有效保護表面積，計算出所需保護電流。
犧牲陽極用量計算：根據計算得到的保護電流、陽極的實際電容量、設計保護年限等參數，計算犧牲陽極的用量。陽極實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際電容量約為 2200Ah/kg。計算公式為：陽極用量（kg）= 保護電流（A）× 設計保護年限（h）× 8760（h / 年）÷ 陽極實際電容量（Ah/kg）÷ 陽極利用效率（一般取 0.8 - 0.9） 。
陽極選型與布置設計
陽極選型：根據金屬物的具體情況和環境特點，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、驅動電壓大、價格適中，適用于大多數海水環境；鋅合金陽極工作電位穩定、電流效率高，在海泥等電阻率較低的環境中性能良好；鎂合金陽極電位負、驅動電壓大，但電容量較低，適用于土壤電阻率較高或淡水環境。同時，考慮陽極形狀，如塊狀陽極適用于小型金屬物或不規則結構，鐲式陽極適合管道類金屬物。
陽極布置：依據金屬物結構、尺寸和計算的陽極用量，確定陽極布置方式。對于大型海洋平臺樁基，可采用成組布置，將多個陽極組成陽極組安裝在樁基周圍；對于海底電纜，可采用沿線間隔布置；對于小型金屬構件，可采用單支分散布置。合理調整陽極安裝間距和數量，確保金屬物表面各部位電位達到保護要求，一般間距在 1 - 100m 不等，需通過模擬計算或經驗確定。
材料選擇
犧牲陽極材料
鋁合金犧牲陽極：選用符合國家標準（如 GB/T 4948 - 2002）的鋁合金犧牲陽極，其化學成分需嚴格控制，如鋁含量 95% - 97%、鋅 3% - 5%、鎂 0.05% - 0.2%、銦 0.01% - 0.05% 等，雜質含量符合標準，保證陽極電化學性能穩定。根據實際需求選擇合適形狀和規格的陽極。
鋅合金犧牲陽極：符合相關標準（如 GB/T 4950 - 2002），確保鋅合金成分達標，如鋅含量≥99.99%，雜質含量嚴格要求。鋅合金陽極有穩定的工作電位和較高的電流效率，適合特定海底環境。
性能要求：各類陽極的開路電位、工作電位、電流效率、實際電容量等性能指標需滿足設計要求，如鋁合金陽極開路電位≤ -1.05V（相對于 CSE），工作電位在 -1.05V - -1.25V（相對于 CSE）之間，電流效率≥85%，實際電容量≥2200Ah/kg 。
輔助材料
連接電纜：采用耐腐蝕、高強度的電纜，如銅芯橡膠絕緣電纜或不銹鋼鎧裝電纜。根據保護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械強度要求。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），用于監測金屬物的保護電位。參比電極需具備良好的穩定性和耐久性，電位精度滿足 ±10mV 。安裝時固定在金屬物附近合適位置，通過電纜連接，定期測量電位。
施工安裝
安裝前準備
金屬物預處理：對海底金屬物表面進行清理，去除油污、鐵銹、海生物等雜質，對于有涂層的金屬物，檢查涂層完整性，破損處進行修補，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：對犧牲陽極進行外觀檢查，查看是否存在裂紋、氣孔、夾渣等缺陷，測試陽極的開路電位、工作電位等性能指標，確保陽極質量符合設計要求。
設備準備：準備好安裝所需的潛水設備、水下焊接設備、吊裝設備、測量儀器等，并進行調試，確保設備正常運行。同時，準備好輔助材料和工具。
陽極安裝
潛水安裝：對于淺海區域或適合潛水作業的場景，潛水員攜帶陽極和安裝工具，到達金屬物安裝位置。將陽極通過電纜與金屬物進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。
水下機器人輔助安裝：在深海或潛水作業困難區域，利用水下機器人（ROV）進行陽極安裝。通過 ROV 攜帶陽極和安裝設備，按照預定程序將陽極準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，實時監測連接質量和陽極位置。
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定。通過電纜將參比電極與金屬物連接，并對電纜接頭進行防水、防腐處理。
監測與維護
電位監測
定期測量：每月至少一次使用便攜式電位測量儀，通過參比電極測量金屬物表面各點的保護電位，確保電位處于保護電位范圍內。若電位偏離，及時分析原因，如陽極消耗、電纜故障、環境變化等，并采取調整陽極布置、更換陽極、修復電纜等措施。
在線監測系統：對于重要海底金屬物，可安裝在線電位監測系統，實時監測金屬物電位變化。系統將數據傳輸至監控中心，便于及時掌握金屬物保護狀態，發現異常及時處理。
陽極性能監測
定期通過潛水檢查、水下攝像或聲吶探測等方式，觀察犧牲陽極的消耗情況，測量陽極的剩余尺寸和重量。當陽極剩余重量小于初始重量的 20% 時，及時更換陽極，保證陰極保護效果。同時，記錄陽極消耗速率，分析其變化趨勢。
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，是否出現腐蝕現象。若電纜破損，及時進行修復或更換；若連接部位腐蝕，清理腐蝕產物后重新進行防腐處理和連接加固。
