管道的陰極保護與雜散電流保護

1、管道的陰極保護與雜散電流保護1陰極保護的基本原理金屬管道的周圍環(huán)境包括土壤、水和含有水蒸氣的氣體，均含有一定的電解質(zhì)，尤其是埋設(shè)的金屬管道和水下特別是海水中的金屬管道，周圍環(huán)境的電解質(zhì)含量更多，因此金屬管道幾乎都存在電化學腐蝕。除采用外防腐涂料防腐外，還要采用陰極保護措施抑制電化學腐蝕。另外當外界有雜散電流時，例如電氣化鐵路、電車、以接地為回路的輸電系統(tǒng)等直流電力系統(tǒng)，會使處在電解質(zhì)溶液中的金屬管道產(chǎn)生電解而腐蝕，應(yīng)采取排流保護措施。電化學腐蝕分為原電池腐蝕和電解腐蝕。原電池腐蝕系指金屬在電解質(zhì)溶液中形成原電池而產(chǎn)生的腐蝕；電解腐蝕系指外界雜散電流使電解溶液中的金屬進行電解而產(chǎn)生的腐蝕。陰極保

2、護的原理如圖所示：被保護的金屬管道電位較低，稱為陽極，輔助陽極或犧牲陽極電位更低，兩者之間在電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生電流，使被保護的金屬管道得以保護。陰極保護有兩種方法，其原理相同。外加電流陰極保護：利用直流電源，通過輔助陽極對被保護的金屬管道通以恒定電流，使陰極變化，以防止腐蝕，此法為外加電流保護法，如圖所示。兩種陰極保護方法的優(yōu)缺點比較如表所示。兩種陰極保護方法的優(yōu)缺點比較方法優(yōu)點缺點外加電流陰極保護方法 單站保護范圍大，因此管道越長，相對投資越小 驅(qū)動電壓高，能夠靈活控制陰極保護電流，可供給較大保護電流 不受土壤電阻率的限制，在惡劣的腐蝕條件下也能使用 采用難溶性陽極材料，可作長期的陰極保護 一

3、次性投資費用較高 需要外部電源 對鄰近的地下金屬結(jié)構(gòu)物干擾大 維護管理較復(fù)雜犧牲陽極保護方法 保護電流的利用率高，不會過保護 適用于無電源地區(qū)和小規(guī)模分散的對象 對鄰近的地下金屬結(jié)構(gòu)物幾乎無干擾，施工技術(shù)簡單 安裝及維護費用小 接地和防腐兼顧 驅(qū)動電壓低，保護電流調(diào)節(jié)困難 使用范圍受土壤電阻率的限制 對于大口徑裸管或防腐涂層質(zhì)量不良的管道，由于費用高，一般不宜采用 在雜散電流干擾強烈地區(qū)，將喪失保護作用 投產(chǎn)測試工作較復(fù)雜輔助陽極材料要有良好的導電性和抗腐蝕性，常用的有碳鋼、鑄鐵、石墨、高硅鑄鐵、磁性氧化鐵等。常用陽極材料性能如表所示。常用陽極材料性能性 能陽 極 材 料碳 鋼石 墨高硅鑄鐵磁

4、性氧化鐵密度 /（kg/m3）20電阻率 /（cm）抗彎強度 /（105Pa）抗壓強度 /（105Pa）消耗率 / kg /（Aa）允許電流密度 /（A/m2）利用率（）7800171069.110504501680700106801301403500.41.3510667000721061417700.1158050510054003102與高硅鑄鐵相似與高硅鑄鐵相似0.020.151001000綜上所述，無論采用何種方法，都必須使產(chǎn)生的電流足以克服和抵消腐蝕電流，從而停止金屬管道的腐蝕，受到有效的保護。犧牲陽極材料需要滿足下述要求：1）驅(qū)動電位大，使被保護金屬管道陰極極化。2）陽極極化率小

5、，使電位及輸出電流穩(wěn)定。3）單位重量消耗提供電量多，單位面積輸出電流大，電流效率高。4）價格低廉，來源廣，制造簡單，便于施工。常用的犧牲陽極材料有鎂基合金、鋁基合金、鋅基合金三大類，其基本性能如表所示。犧牲陽極材料的性能性能純鎂、鎂、錳鎂合金（Mg-6Al-3Zn）鋁合金（Al-Zn-In）純鋅、鋅合金密度 /（kg/m3）陽極開路電位/V對鋼鐵的有效電壓/V理論產(chǎn)生電量/（Ah/g）17401.560.752.217701.480.852.2128301.080.252.8771401.030.20.82海水中電流效率（）發(fā)生電量 /（Ah/g）消耗率 / kg /（Aa）501.18551

6、.227.2802.23.8950.7811.8土壤中電流效率（）發(fā)生電量 /（Ah/g）400.88501.11651.86650.532雜散電流的腐蝕及防護（1） 直流電對腐蝕的影響電氣化鐵路、電車、以接地為回路的輸電系統(tǒng)，都會在土壤中產(chǎn)生雜散電流，使地下管道產(chǎn)生電化學腐蝕，其腐蝕程度要比一般的土壤強烈得多，有雜散電流存在時，管地電位差可能高達89V，較無雜散電流的零點幾伏電位差大得多，其影響可遠達幾十公里，必須采取防護措施。（2） 防止雜散電流的措施除使長輸管道遠離雜散電流外，如果不能遠離，長輸管道防止雜散電流的主要措施是排流保護，即用絕緣的金屬電纜將被保護的金屬管道與排流裝置連接，將雜

7、散電流引回鐵軌或回歸線（負極母線）上。電纜與管道的連接點稱為排流點。排流保護可分為簡單排流保護、極性排料保護、接地式排流、強制排流等，在工程設(shè)計中由電力專業(yè)設(shè)計人員確定。由于雜散電流通過管道時電位變化幅度較大，所以地下管道采用排流保護的段落，一般都不用陰極保護。（3） 陰極保護的抗干擾措施當各種管道密集分布或平行鋪設(shè)時，某一根管道的陰極保護設(shè)施會對其他管道產(chǎn)生干擾，不僅會影響被保護管道的防護效果，還會加速未防護管道的腐蝕。為防護這種干擾影響，應(yīng)盡可能使未防護管道遠離陰極保護設(shè)施，否則應(yīng)采取下述抗干擾措施：1）采用絕緣法蘭隔離有陰極保護的管段和無陰極保護的管段，一般在被保護管道的出站口、大型穿越

8、障礙物的兩端、雜散電流影響段，被保護管道與其他不應(yīng)受到陰極保護的管道連接處應(yīng)裝設(shè)絕緣法蘭。絕緣法蘭采用絕緣墊片，每個螺拴都加絕緣圈和絕緣套管，使兩個法蘭完全絕緣。組裝后要做絕緣性能試驗，用500V兆歐表搖測，其絕緣電阻大于5M方可焊到管道上。2）采用加“均壓線”的方法，將未保護管道與保護管道用電纜連接起來，以保持各處電位的平衡，實行聯(lián)合陰極保護，一般長輸管道每隔50m左右設(shè)一“均壓線”。3）在距陽極較遠有電流從管道流出的部位，安裝一個犧牲陽極與管道相連，使雜散電流經(jīng)犧牲陽極流入地下。（4） 交流輸電線感應(yīng)腐蝕的防護一般來說交流電引起的腐蝕比直流電小得多，大約為直流電的1以下。但是當高壓交流輸電線與管道平行架設(shè)時，由于靜電場和交變磁場的影響，對金屬管道感應(yīng)而產(chǎn)生交流電流，這時對管道的影響和危害卻不能忽視，在交直流疊加的情況下，交流電的存在可引起電極表面的去極化作用，使腐蝕加速。除盡可能避免或縮短平行段的長度外，還應(yīng)采取下述措施：1）將管道串接大電容接地，或在管道與電力系統(tǒng)接地之間安裝接地電池。接地電池由一對或幾對用絕緣塊隔開的鋅陽極構(gòu)成，埋在低電阻率的回填土中。2）為防止高壓電對人員的危害