管道陰極保護(hù)基本知識(shí)

1、管道陰極保護(hù)基本知識(shí)內(nèi)容提要：  陰極保護(hù)系統(tǒng)管理知識(shí)一、陰保護(hù)系統(tǒng)管理知識(shí)（一）陰極保護(hù)的原理自然界中，大多數(shù)金屬是以化合狀態(tài)存在的，通過(guò)煉制被賦予能量，才從離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變成原子狀態(tài)，為此，回歸自然狀態(tài)是金屬固有本性。我們把金屬與周圍的電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、從原子變成離子的過(guò)程稱為腐蝕。每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位, 稱之為該金屬的腐蝕電位（自然電位），腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對(duì)難易。腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子, 我們稱失去電子的部位為陽(yáng)極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽(yáng)極區(qū)由于失去電子（如鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入土壤）受到腐蝕，而陰極區(qū)得

2、到電子受到保護(hù)。陰極保護(hù)的原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。1、犧牲陽(yáng)極法將被保護(hù)金屬和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬或合金（即犧牲陽(yáng)極）相連，使被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護(hù)金屬與犧牲陽(yáng)極所形成的大地電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽(yáng)極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電位值，在保護(hù)電池中是陽(yáng)極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)，如圖13。犧牲陽(yáng)極材料有高鈍鎂，其電位為-1.75V

3、；高鈍鋅，其電位為-1.1V；工業(yè)純鋁，其電位為-0.8V（相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極）。2、強(qiáng)制電流法（外加電流法）將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：恒電位、恒電流、恒電壓、整流器等。如圖1-4示。圖1-4恒電位方式示意圖外部電源通過(guò)埋地的輔助陽(yáng)極將保護(hù)電流引入地下，通過(guò)土壤提供給被保護(hù)金屬，被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會(huì)再發(fā)生金屬離子化的氧化反應(yīng)，使腐蝕受到抑制。而輔助陽(yáng)極表面則發(fā)生丟電子氧化反應(yīng)，因此，輔助陽(yáng)極本身存在消耗。 陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過(guò)一個(gè)陰極保護(hù)電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保

4、護(hù)的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護(hù)電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護(hù)電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負(fù)的金屬或合金，另一種則利用直流電源。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)驅(qū)動(dòng)電壓高，輸出電流大，有效保護(hù)范圍廣，適用于被保護(hù)面積大的長(zhǎng)距離、大口徑管道。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)不需外部電源，維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。（二）外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成1、恒電位儀：珠三角管道采用的是IHF系列數(shù)控高頻開(kāi)關(guān)恒電位儀，它的主要作用是向管道輸出保護(hù)電流。2、陽(yáng)極地床：由若干支輔助陽(yáng)極（高硅鑄鐵）組成，通過(guò)輔助陽(yáng)極

5、把保護(hù)電流送入土壤，經(jīng)土壤流入被保護(hù)的管道，使管道表面進(jìn)行陰極極化 (防止電化學(xué)腐蝕)，電流再由管道流入電源負(fù)極形成一個(gè)回路，這一回路形成了一個(gè)電解池，管道在回路中為負(fù)極處于還原環(huán)境中，防止腐蝕，而輔助陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng)遭受腐蝕，或是周圍電解質(zhì)被氧化。陰保站的電能60消耗在陽(yáng)極接地電阻上, 故陽(yáng)極材料的選擇和埋設(shè)方式、場(chǎng)所的選擇,對(duì)減小電阻節(jié)約電能是至關(guān)重要的。珠三角管道的陽(yáng)極地床輔助陽(yáng)極一般為40支，陽(yáng)極地床的接地電阻小于3（設(shè)計(jì)要求），陽(yáng)極地床與管道的垂直距離要大于50米。3、參比電極：為了對(duì)各種金屬的電極電位進(jìn)行比較，必須有一個(gè)公共的參比電極，其電極電位具有良好的重復(fù)性

6、和穩(wěn)定性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，通常由飽和硫酸銅參比電極、鋅電極等。4、絕緣接頭：陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)的是輸油站外的長(zhǎng)輸管道，絕緣接頭的作用是將陰極保護(hù)電流限制在兩個(gè)陰極保護(hù)站之間的管道上。5、檢查片：由與管道同材質(zhì)的金屬制成50×100mm的掛片，檢查片有兩組，一組與輸油管道相連，處于陰極保護(hù)狀態(tài)，一組不與管道相連，處于自然腐蝕狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后將兩組檢查片的失重量進(jìn)行比較，可分析管道的陰極保護(hù)效果。6、測(cè)試樁：為了檢測(cè)維護(hù)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)，在管道沿線設(shè)置電流及電位測(cè)試樁，電位測(cè)試樁每公里設(shè)置一個(gè)；電流測(cè)試樁每5公里設(shè)一個(gè)；套管電位測(cè)試樁每個(gè)套管處設(shè)置一個(gè)；絕緣接頭電位測(cè)試樁每一絕緣處設(shè)一個(gè)。

7、（三）陰極保護(hù)的基本參數(shù)（1）最小保護(hù)電流密度陰極保護(hù)時(shí)，使腐蝕停止，或達(dá)到允許程度時(shí)所需的電流密度值稱為最小保護(hù)電流密度。最小保護(hù)電流密度的大小取決于被保護(hù)金屬的種類、表面狀況、腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)、組成、濃度、溫度和金屬表面絕緣層質(zhì)量等。防腐絕緣層種類不同，所需要的保護(hù)電流密度也不同。防腐絕緣層的電阻值越高，所需的保護(hù)電流密度值越小。（2）最小保護(hù)電位為使腐蝕過(guò)程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的絕對(duì)值最小的負(fù)電位值，稱之為最小保護(hù)電位。最小保護(hù)電位也與金屬的種類、腐蝕介質(zhì)的組成、溫度、濃度等有關(guān)。最小保護(hù)電位值常常是用來(lái)判斷陰極保護(hù)是否充分的基準(zhǔn)。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護(hù)的重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定

8、在土壤中的最小保護(hù)電位為0.85V（相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）。（3）最大保護(hù)電位在陰極保護(hù)中，所允許施加的陰極極化的絕對(duì)值最大的負(fù)電位值，在此電位下管道的防腐層不受到破壞。此電位值就是最大保護(hù)電位。最大保護(hù)電位值的大小通過(guò)試驗(yàn)確定。一般取1.5V（CSE）。陰極保護(hù)電位越大，防腐程度越高，單站保護(hù)距離也越長(zhǎng)，但是過(guò)大的電位將使被保護(hù)管道的防腐絕緣層與管道金屬表面的粘接力受到破壞，產(chǎn)生陰極剝離，嚴(yán)重時(shí)可以出現(xiàn)金屬“氫破裂”。同時(shí)太大的電位將消耗過(guò)多的保護(hù)電流，形成能量浪費(fèi)。（四）陰極保護(hù)投入前的準(zhǔn)備和驗(yàn)收1、陰極保護(hù)投入前對(duì)被保護(hù)管道的檢查管道對(duì)地絕緣的檢查：從陰極保護(hù)的原理介紹, 已

9、得知沒(méi)有絕緣就沒(méi)有保護(hù)。為了確保陰極保護(hù)的正常運(yùn)行，在施加陰極保護(hù)電流前，必須確保管道的各項(xiàng)絕緣措施正確無(wú)誤。 應(yīng)檢查管道的絕緣接頭的絕緣性能是否正常；管道沿線的閥門應(yīng)與土壤有良好的絕緣；管道與固定墩、跨越塔架、穿越套管處也應(yīng)有正確有效的絕緣處理措施，管道在地下不應(yīng)與其它金屬構(gòu)筑物有"短接"等故障；管道表面防腐層應(yīng)無(wú)漏敷點(diǎn)，所有施工時(shí)期引起的缺陷與損傷均應(yīng)在施工驗(yàn)收時(shí)使用埋地檢漏儀檢測(cè)，修補(bǔ)后回填。2、對(duì)陰極保護(hù)施工質(zhì)量的驗(yàn)收（1）對(duì)陰極保護(hù)間內(nèi)所有電氣設(shè)備的安裝是否符合電氣設(shè)備安裝規(guī)程的要求，各種接地設(shè)施是否完成，并符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。（2）對(duì)陰極保護(hù)的站外設(shè)施的選材、施工

10、是否與設(shè)計(jì)一致。對(duì)通電點(diǎn)、測(cè)試樁、陽(yáng)極地床、陽(yáng)極引線的施工與連接應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)范要求，尤其是陽(yáng)極引線接正極，管道匯流點(diǎn)接負(fù)極，嚴(yán)禁電極接反。（3）圖紙、設(shè)計(jì)資料齊全完備。（五）陰極保護(hù)投入運(yùn)行的調(diào)試1、組織人員測(cè)定全線管道自然電位、土壤電阻率、陽(yáng)極地床接地電阻，同時(shí)對(duì)管道環(huán)境有一個(gè)比較詳盡的了解，這些資料均需分別記錄整理，存檔備用。2、陰極保護(hù)站投入運(yùn)行 按照恒電位儀的操作程序給管道送電，使電位保持在-1.20伏左右，待管道陰極極化一段時(shí)間(四小時(shí)以上)開(kāi)始測(cè)試直流電源輸出電流、電壓、通電點(diǎn)電位、管道沿線保護(hù)電位、保護(hù)距離等。然后根據(jù)所測(cè)保護(hù)電位，調(diào)整通電點(diǎn)電位至規(guī)定值，繼續(xù)給管道送電

11、使其完全極化 (通常在24小時(shí)以上)。再重復(fù)第一次測(cè)試工作，并做好記錄。若個(gè)別管段保護(hù)電位過(guò)低，則需再適當(dāng)調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位至滿足全線陰極保護(hù)電位指標(biāo)為止。3、保護(hù)電位的控制 各站通電點(diǎn)電位的控制數(shù)值, 應(yīng)能保證相鄰兩站間的管段保護(hù)電位達(dá)到-0.85伏，同時(shí)各站通電點(diǎn)最負(fù)電位不允許超過(guò)規(guī)定數(shù)值。調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位時(shí)，管道上相鄰陰極保護(hù)站間加強(qiáng)聯(lián)系，保證各站通電點(diǎn)電位均衡。4、當(dāng)管道全線達(dá)到最小陰極保護(hù)電位指標(biāo)后，投運(yùn)操作完畢，各陰極保護(hù)站進(jìn)入正常連續(xù)工作階段。 （六）陰極保護(hù)站的日常維護(hù)管理1、恒電位儀的巡檢和維護(hù)。1)日常巡檢：每天9：00和21：00對(duì)恒電位

12、儀巡檢一次，并記錄輸出電壓、電流、保護(hù)電位數(shù)值, 與前次記錄(或值班記錄)對(duì)照是否有變化，若不相同應(yīng)查找原因，采取相應(yīng)措施使管道全線達(dá)到陰極保護(hù)。2）每月維護(hù)：每月1日對(duì)恒電位儀進(jìn)行切換使用。改用備用的儀器時(shí)，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行一次觀測(cè)和維修，發(fā)現(xiàn)儀器故障應(yīng)及時(shí)檢修，保證供電。維護(hù)內(nèi)容：觀察全部零件是否正常，元件有無(wú)腐蝕、脫焊、虛焊、損壞，各連接點(diǎn)是否可靠，電路有無(wú)故障，各緊固件是否松動(dòng)，熔斷器是否完好，如有熔斷，需查清原因再更換。檢查接接陰極保護(hù)站的電源導(dǎo)線，以及接至陽(yáng)極地床、通電點(diǎn)的導(dǎo)線是否完好，接頭是否牢固。定期檢查工作接地和避雷器接地，并保證其接地電阻不大于10歐姆，在雷雨季節(jié)要注意防雷。搞好站內(nèi)設(shè)備的清潔衛(wèi)生，注意保持室內(nèi)干燥，通電良好，防止儀器過(guò)熱。2、參比電極的維護(hù)。作為恒定電位儀信號(hào)源的埋地參比電極，在使用過(guò)程中需注意觀察恒電位儀的輸出數(shù)值，發(fā)現(xiàn)異?？蓹z查參比電極井是否干涸，影響儀器正常工作。 3、陽(yáng)極地床的維護(hù)。陽(yáng)極地床接地電阻每月測(cè)試一次，接地電阻增大至影響恒電位儀不能提供管道所需保護(hù)電流時(shí)，應(yīng)該更換陽(yáng)極地床或進(jìn)行維修