埋地管道采用陰極保護防腐技術(shù)講座

1、埋地管道采用陰極保護防腐技術(shù)講座洛陽固雅特種防腐防火材料項目有限公司2018年 9月 5日埋地采用陰極保護防腐技術(shù)講座一、術(shù)語1、陰極保護通過降低腐蝕電位而達到的電化學保護。2、犧牲陽極 靠著自身腐蝕速度的增加而提供陰極保護電流的金屬或合金， 通常有鎂、鋅、鋁三類。3、臨時性陰極保護 在管線埋入地下后，正式陰極保護尚未投運之前對強腐蝕地區(qū) 的管段采取的腐蝕控制手段。4、接地電池 采用一對或幾對犧牲陽極，互相用絕緣墊隔開，再用填料填充 并包扎，通過填料的電阻耦合起來，以消除強電電涌沖擊。用來提供一個低電阻通道，排放強電電涌，但不泄漏陰極保護直流電流 的一種裝置。通常采用新材料制做，有時也用鎂。）

2、5、接地墊 安裝在地面或地下的裸露的導體，彼此排列相連，以提供一個跨步距離范圍內(nèi)的等電位。6、填包料為改善埋地陽極工作條件而填塞在陽極四周的導電性材料一般 75%石膏） +20%膨潤土） +5%Na2SO4）石膏：確保電流均勻輸出，使材料均勻地消耗。膨潤土：確保水分。Na2SO4 :降低填料的電阻率。）7、冷隔 金屬澆鑄冷卻過程中形成的階梯面。8、長效參比電極壽命大于 1 年的土壤或水中的參比電極。 種類較多，常用的 有甘汞、銀 /氯化銀、銅 /硫酸銅、純鋅等電極。）9、開路電位 指金屬構(gòu)筑物未加陰極保護時的電位，即自然腐蝕電位。10、閉路電位指犧牲陽極在介質(zhì)中與被保護結(jié)構(gòu)連接在一起時的電位即

3、工作電位）。11、最小保護電位 金屬達到完全保護所需要的，絕對值最小的負電位值12、最大保護電位陰極保護條件下允許的絕對值最大的負電位值13、保護電位 指被保護結(jié)構(gòu)在施加陰極保護后的電位，是判斷陰極保護程度的一個重要參數(shù)。14、極化電位因為電流的流動引起電極 /電解質(zhì)界面電位的偏移稱為極化， 在極化狀態(tài)下的電位稱為極化電位。15、雜散電流 雜散電流指設(shè)計的或規(guī)定的回路以外流動的電流。16、IR 降 電流在介質(zhì)中流動所造成的電阻壓降。 測定管道被保護電位中， IR 降為有害誤差，應予排除）17、輔助試片 測試檢查片） 用來測試觀察陰極保護效果的一組與被保護體的材質(zhì)相同的、 按要求規(guī)格制成的試板。

4、18、測試樁 從埋地管道上引出的用于測量陰極保護參數(shù)的裝置，通常應在 相鄰兩組犧牲陽極管段的中間部位，測試的間距以不大于 500m 為 宜，高出地面不應小于 0.4m, 特殊測試樁按設(shè)計要求）測試樁處 應設(shè)有輔助試片及長效參比電極，距管道外0.3m。19、鋁熱焊劑 適用于銅芯電纜與管道或銅芯電纜之間的焊接，不需要外部電 源和熱源就能達到焊接質(zhì)量要求的一種產(chǎn)品。20、絕緣法蘭 指在兩法蘭間墊入絕緣墊片實現(xiàn)電絕緣，它由絕緣電片、絕緣 緊固片和絕緣密封圈所組成。21、絕緣接頭 指內(nèi)涂環(huán)氧聚合物，埋地后不用管理，在工廠里進行嚴格的機 械、電性能和壓力參數(shù)測試，整體結(jié)構(gòu)不容拆開。具有很高的耦合 電阻，適

5、合于直接埋地，壽命長的管道接頭。二、一般規(guī)定1、犧牲陽極系統(tǒng)的設(shè)計應確保陽極在設(shè)計壽命內(nèi)陰極保護的 有效性和可靠性。2、犧牲陽極的設(shè)計應與管道使用年限相匹配，一般為1015年。3、臨時性陰極保護犧牲陽極的設(shè)計壽命應滿足用戶要求，一 般為 2 年。4、被保護的管道應具有質(zhì)量良好的覆蓋層，新建管道的覆蓋 層電阻率不得小于 10000歐姆M2，否則不宜采用犧牲陽極。對于 舊管道，應根據(jù)具體要求決定。5、當土壤電阻率大于100歐姆M時，不宜采用犧牲陽極。6、所有被保護的埋地鋼質(zhì)管道應根據(jù)需要設(shè)置絕緣接頭或絕 緣法蘭。7、保護準則： <1 ）相對于飽和 /硫酸銅參比電極的管道陰極極 化電位至少為

6、850mV。 <2）管道表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定飽和銅/硫酸銅參比電極之間的陰極極化電位差值最小為100mV，這一參數(shù)可以是極化的建立或衰減過程中的數(shù)據(jù)。三、參照標準1 、 SY/T0019-97埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護設(shè)計規(guī)范2、CJJ95-2003城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程3、STJ19-86鎂合金犧牲陽極應用技術(shù)標準4、SY/T0036-2000埋地鋼質(zhì)管道強制電流陰極保護設(shè)計規(guī)范5、SY/T0088-95鋼質(zhì)儲罐罐底外壁陰極保護技術(shù)標準6、SYJ4006-90長輸管道陰極保護項目施工及驗收規(guī)范7、SY/T0023-97埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數(shù)測試方法8、SY0007-

7、1999鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕控制項目設(shè)計規(guī)范9、SY/T0017-96埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護技術(shù)標準10、GB50251-94輸氣管道項目設(shè)計規(guī)范四、陰極保護原理 陰極保護原理的基礎(chǔ)是電化學中有關(guān)腐蝕原電池的理論，它是 根據(jù)不同的金屬在電解質(zhì) < 如海水和土壤等）中有不同的電極電 位，電位負的為陽極，電位正的為陰極。在電解質(zhì)中，陽極上失去 金屬離子 <即腐蝕），產(chǎn)生電子，電子通過電纜流向陰極，從而陰 極上富集了電子，這樣陰極不再失去金屬離子而產(chǎn)生電子，也就是 陰極不腐蝕得到了保護。上述防腐方法稱為陰極保護，目前已廣泛 采用陰極保護方法來保護地下及水中的金屬構(gòu)筑物，已知金屬結(jié)構(gòu) 與電

8、解質(zhì)溶液相接觸會形成原電池，陰極保護就是要消除金屬結(jié)構(gòu) 上的陽極區(qū)，可通過 <1）犧牲陽極的陰極保護； <2）外加電流的陰 極保護兩種方法來實現(xiàn)。1、犧牲陽極的陰極保護 犧牲陽極的陰極保護是將電位較負的金屬或合金作為犧牲陽 極，通過電纜與陰極即電位較正的金屬 如鋼鐵）連接，在電解質(zhì) 中構(gòu)成了電池組。如鎂和鋼鐵之間電極電位不同，產(chǎn)生電位差驅(qū)動電壓），電子從電位較負的鎂經(jīng)電纜流入電位較正的鋼鐵 中，此時，鎂不斷的失去金屬離子產(chǎn)生電子而遭到腐蝕 即犧 牲）；而鋼鐵因不斷地接受電子抑制了鐵離子的形成，從而避免腐 蝕，這就是犧牲陽極保護陰極的犧牲陽極的陰極保護。通常用做犧 牲陽極的材料有鎂合

9、金、鋅合金、鋁合金，對于埋地金屬結(jié)構(gòu)物， 用犧牲陽極不僅有防腐蝕的功能，還能起到防干擾接地電池的作 用，同時還有作為接地體的地電位均壓裝置的功能。2、外加電流的陰極保護 強制電流法） 外加電流的陰極保護是通以直流電流，將電源的負極接到被保 護的金屬構(gòu)件上，正極接到輔助陽極上，通過電解質(zhì)構(gòu)成一個回 路。這樣金屬構(gòu)件得到保護，用做外加電流的輔助陽極通常采用的 是高硅鑄鐵陽極，另外還有石墨、鉑，鈦合金陽化物、柔性等陽 極。五、陰極保護應用的范圍 1、金屬結(jié)構(gòu)物的防腐通常采用不同形式的非金屬涂敷層，因 為非金屬涂敷層在施工中產(chǎn)生的漏涂、運輸安裝過程中的劃傷，隨 使用時間的延長而產(chǎn)生的老化以及涂敷層本身

10、的滲水性，造成金屬 結(jié)構(gòu)表面涂層的局部破壞，進而產(chǎn)生局部腐蝕，嚴重進可導致金屬 結(jié)構(gòu)物的穿孔、斷裂，這對于輸油管道、煤氣管道、油氣貯罐等是 十分致命的，極易引發(fā)災難性的事故。陰極保護可以彌補非金屬涂 敷層的缺點，管道上產(chǎn)生的局部暴露部分的防腐可以由陰極保護來 完成，管道及鋼質(zhì)儲罐等金屬構(gòu)筑物采用非金屬涂敷層和陰極保護 聯(lián)合防腐的方法，是最經(jīng)濟、最有效、最可靠的防腐措施。2、犧牲陽極也是各種接地網(wǎng)理想的防腐材料，安裝接地網(wǎng)的 目的是有效地疏導電流，電廠和變電所都設(shè)計安裝了接地網(wǎng)，它 的作用是均壓和散流。最方便和最經(jīng)濟的方法是采用裸露扁鐵網(wǎng)， 這樣的接地網(wǎng)如不采用防腐措施，其表面很容易腐蝕，生成一

11、層高 電阻的 Fe2O3 和 Fe3O4 腐蝕層，阻礙電流的疏導，隨著時間的延 長，有的部位還會發(fā)生腐蝕斷裂，使接地網(wǎng)失去了原設(shè)計的功能， 引發(fā)機毀人亡的事故。如采用非金屬涂層防腐，會造成接地網(wǎng)與土 壤之間的電阻大幅度增高甚至絕緣。目前常用的方法是鍍鋅和加厚 接地網(wǎng)，因鋅的電位低于鋼鐵，在土壤中不需很長時間就會腐蝕殆 盡；加厚設(shè)計并沒解決腐蝕問題，也只是權(quán)宜之計，接地網(wǎng)采用犧 牲陽極法防腐，不僅保護了扁鐵，達到了防腐效果，而且增加了接 地網(wǎng)和土壤的接觸面積，使它的功能效果更好。六、陰極保護法的選用 陰極保護適用于直埋土壤中的管道、接地網(wǎng)、貯罐等鋼鐵結(jié)構(gòu) 物，設(shè)計者應慎重考慮選用何種陰極保護的方

12、法。1、外加電流的陰極保護 強制電流法）用在長距離輸送管道 上，它要求具備直流電源，建立保護站并有專人看管養(yǎng)護。2、犧牲陽極的陰極保護適用于一切直埋土壤中的管道、接地 網(wǎng)、貯罐、儲槽等鋼結(jié)構(gòu)物，它不需要另設(shè)直流電源、保護站，不需要有專人看管，幾乎不需要養(yǎng)護。<1）根據(jù)土壤電阻率不同選用不同的犧牲陽極。鋅陽極適用于電阻率小于15歐姆M的土壤中。鋁陽極適用于海水、污水、石油等介質(zhì)中。鎂陽極適用于任何電阻率的土壤中。帶狀陽極應用于高電阻率環(huán)境，臨地性陰極保護套管內(nèi)輸送 管的保護及防交流干擾的接地墊。<2）管道達到完全保護所需的犧牲陽極的重量根據(jù)土壤電阻率，被保護物的表面積及絕緣防腐涂層的

13、質(zhì)量等 因素來確定。七、設(shè)計參數(shù)的選擇及陽極用量的計算1、犧牲陽極法<1）最小保護電位負于-0.85V<相對于Cu/飽和CuS04參比電極）<2）最小保護電流密度最小保護電流密度的大小取決于被保護金屬的種類、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。涂層種類不同所保護電流密度值不同，鋼管外覆蓋層的絕緣電 阻越高，所需的保護電流密度值越小。見表1防腐層種類及所需保護電流密度表1防腐層種類保護電流密度mA/m2塑料 < 聚乙烯層）石油瀝青玻璃布7mm石油瀝青玻璃布4mm舊瀝青層舊油漆1-30裸管5-50附:狀態(tài)裸露無涂層舊涂層涂層質(zhì)量一般優(yōu)良涂層

14、優(yōu)秀涂層保護電流密度<mA/m2)30-503-100.1-30.001<3)陽極的接地電阻R=< p /2 n L X1n<2L/D )式中：p壤電阻率歐姆ML陽極長度MD填料柱直徑M<4)犧牲陽極的發(fā)生電流 Ia=式中：E犧牲陽極的驅(qū)動電位伏<鋅陽極取0.2，鎂陽極取) la<mg)=1200fY/ P美國Harco防腐公司推薦的經(jīng)驗公式)式中：la<mg)鎂陽極的輸出電流毫安P壤電阻率歐姆厘Mf系數(shù)查表2丫修正系數(shù)查表3f系數(shù)管地電位V）鎂陽極修正系數(shù)注：表為老標準，現(xiàn)按表內(nèi)相近重量為準。）正系表35）保護面積S=nX DXL式中：n.14

15、S總保護面積m2D管徑mL管道長度-0.71.17-0.81.07-0.851.00-0.900.93-1.000.79-1.100.64-1.200.50<6）保護總電流lA=SXlm式中：Ia所需總保護電流毫安S總保護面積m2lm最小保護電流毫安<7）所需陽極數(shù)量N=KX lA/Ia式中：N陽極數(shù)量支K備用系數(shù)，一般取2-3Ia 所需總保護電流毫安la單支陽極的輸出電流 毫安<8）陽極壽命T=0.85W/ 3 la式中：T陽極壽命年W陽極凈質(zhì)量公斤3陽極消耗率la陽極平均輸出電流2、外加電流法陰極保護 <以DN159mm 8, 40km管道為例）伏;V1）保護長度的

16、計算 已知條件：A DN159mmX 8B被保護管道的長度v兩端設(shè)絕緣法蘭）40000MC絕緣層電阻Rr=10000QmD最大保護電位Emax取-1.25伏<相對Cu/飽和CuSOq電極）E最小保護電位Emin取-0.85伏<相對Cu/飽和CuSO4電極）F管道自然電位En取-0.55伏G鋼管電組率p取0.135Q -mm2 /m<20#低碳鋼）則保護半徑 L1=<1/a） 1n2<E'max/E'min）式中：a衰減系數(shù)=Ro單位長度鋼管的縱向電阻歐姆Ro<單位長度鋼管的縱向電阻，歐姆）=p t/ n-<)' 8=0.135/

17、3.14<159-8) X8=3.56 M0-5歐姆）r<單位長度鋼管絕緣層電阻 =Rr/ nD= 10000/3.14 0.159=2.0 M04a= / 下、麗I-704=4.22 1.5八') =-0.70 伏因此 L1=4.2 2 X1n2 X) =-0.30=36.5公里保護長度L=Li怎=73公里說明：本管道全長 40公里，而理論計算保護長度為 73公里， 整個管道處在保護范圍內(nèi)，在技術(shù)上是可行的。<2)保護電流計算lo=<a/R。)疋'minSh<aL)=<4.22 M0-5/3.56 10-5) X).3sh<4.22

18、W-5X3.56 X03)=0.356 Sh1.54=0.356 Z23=0.794<A)2Io=2 n D s 式中：I。單側(cè)方向保護電流<A)L 單側(cè)保護長度 <m)JS保護電流密度<A/m2)總保護電流 1=0.794 2=1.588<安)<3)輸出電壓計算 <直流電源額定輸出電壓)V=I<Ra+RL+Rc) +Vr式中：I 系統(tǒng)保護電流，1.588AV可取1.11總)Rl導線電阻，<p- L/90.48歐姆Ra陽極組接地電阻Rc /2th<aL) 0.61歐姆 <管道/土壤界面過渡電阻 Q)Vr陽極地床反電動勢v焦炭填料

19、可取2伏)L被保護管道長度m V=1.588 XvO.48+2.5+0.61) +2=5.7< 伏)<4)電源功率計算P=I V/ n=1.588 X 5.7/0.7=12.9瓦）<式中：n源設(shè)備效率，一般取0.7<5）輔助陽極的計算<6）采用硅鑄鐵陽極的用量計算G=Tg "K式中：G陽極總質(zhì)量kgT陽極的設(shè)計壽命ag陽極的消耗率kg/A aI陽極的最大工作電流K-陽極的利用系數(shù)，取 防腐連接 填包料配比 包裝袋要求2、犧牲陽極平放或豎放在預先挖好的陽極抗中。3、陽極坑的深度、位置、間距應符合設(shè)計要求，當無設(shè)計要求時，深度應不小于 1.0m,埋設(shè)的位置距

20、管外壁 3-5m,埋設(shè)間距2-3m固,清除干凈，如重新率1Ja1、為了檢測方便，可以設(shè)計安裝有代表性的若干個測點，在A1込、測試樁：從埋地管道上引出的用于測量陰極保護參數(shù)的裝1"桂査片捉格為沁|“5罰"材映2加堀.置。測試樁的設(shè)置是為了監(jiān)測犧牲陽極裝置的保護電位、電流等數(shù)據(jù)以判斷管道的保護狀況。宜安裝在土壤腐蝕性強、濕度大、管道洛陽雅持I-'.嗎防天材料工腥有隈扯司Srme-n傭鐵:絕緣防腐層薄弱的地方，在管道穿越鐵路I】.as路、.河流處須增設(shè)測試樁總計Kt及。 1、檢查片是用來檢查保護效果的，采用與被保護管道相連接，另外六片處于自然腐蝕狀態(tài)，埋深應與管道底部相同，科宴肖Grirtafi-Di* *Iff ISIftitWH恿工團-r "亠陽樹際帝圖工圖0WKlWigi!a«4t距管道外壁、檢測頭安裝在陰極保護的最不利點，即兩組犧牲陽極的中標準。0+112500和（H 巧 OODQ助1陽13雅待種防駅防火材料工程有限忙司囂