埋地管道采用陰極保護(hù)防腐技術(shù)講座

1、埋地管道采用陰極保護(hù)防腐技術(shù)講座洛陽(yáng)固雅特種防腐防火材料項(xiàng)目有限公司2018年 9月 5日埋地采用陰極保護(hù)防腐技術(shù)講座一、術(shù)語(yǔ)1、陰極保護(hù)通過(guò)降低腐蝕電位而達(dá)到的電化學(xué)保護(hù)。2、犧牲陽(yáng)極 靠著自身腐蝕速度的增加而提供陰極保護(hù)電流的金屬或合金， 通常有鎂、鋅、鋁三類(lèi)。3、臨時(shí)性陰極保護(hù) 在管線埋入地下后，正式陰極保護(hù)尚未投運(yùn)之前對(duì)強(qiáng)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(duì)或幾對(duì)犧牲陽(yáng)極，互相用絕緣墊隔開(kāi)，再用填料填充 并包扎，通過(guò)填料的電阻耦合起來(lái)，以消除強(qiáng)電電涌沖擊。用來(lái)提供一個(gè)低電阻通道，排放強(qiáng)電電涌，但不泄漏陰極保護(hù)直流電流 的一種裝置。通常采用新材料制做，有時(shí)也用鎂。）

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

3、工作電位）。11、最小保護(hù)電位 金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的，絕對(duì)值最小的負(fù)電位值12、最大保護(hù)電位陰極保護(hù)條件下允許的絕對(duì)值最大的負(fù)電位值13、保護(hù)電位 指被保護(hù)結(jié)構(gòu)在施加陰極保護(hù)后的電位，是判斷陰極保護(hù)程度的一個(gè)重要參數(shù)。14、極化電位因?yàn)殡娏鞯牧鲃?dòng)引起電極 /電解質(zhì)界面電位的偏移稱(chēng)為極化， 在極化狀態(tài)下的電位稱(chēng)為極化電位。15、雜散電流 雜散電流指設(shè)計(jì)的或規(guī)定的回路以外流動(dòng)的電流。16、IR 降 電流在介質(zhì)中流動(dòng)所造成的電阻壓降。 測(cè)定管道被保護(hù)電位中， IR 降為有害誤差，應(yīng)予排除）17、輔助試片 測(cè)試檢查片） 用來(lái)測(cè)試觀察陰極保護(hù)效果的一組與被保護(hù)體的材質(zhì)相同的、 按要求規(guī)格制成的試板。

4、18、測(cè)試樁 從埋地管道上引出的用于測(cè)量陰極保護(hù)參數(shù)的裝置，通常應(yīng)在 相鄰兩組犧牲陽(yáng)極管段的中間部位，測(cè)試的間距以不大于 500m 為 宜，高出地面不應(yīng)小于 0.4m, 特殊測(cè)試樁按設(shè)計(jì)要求）測(cè)試樁處 應(yīng)設(shè)有輔助試片及長(zhǎng)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(dá)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(shí)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(jìn)行嚴(yán)格的機(jī) 械、電性能和壓力參數(shù)測(cè)試，整體結(jié)構(gòu)不容拆開(kāi)。具有很高的耦合 電阻，適

5、合于直接埋地，壽命長(zhǎng)的管道接頭。二、一般規(guī)定1、犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保陽(yáng)極在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)陰極保護(hù)的 有效性和可靠性。2、犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)應(yīng)與管道使用年限相匹配，一般為1015年。3、臨時(shí)性陰極保護(hù)犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)滿足用戶要求，一 般為 2 年。4、被保護(hù)的管道應(yīng)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(yáng)極。對(duì)于 舊管道，應(yīng)根據(jù)具體要求決定。5、當(dāng)土壤電阻率大于100歐姆M時(shí)，不宜采用犧牲陽(yáng)極。6、所有被保護(hù)的埋地鋼質(zhì)管道應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置絕緣接頭或絕 緣法蘭。7、保護(hù)準(zhǔn)則： <1 ）相對(duì)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(guò)程中的數(shù)據(jù)。三、參照標(biāo)準(zhǔn)1 、 SY/T0019-97埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范2、CJJ95-2003城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程3、STJ19-86鎂合金犧牲陽(yáng)極應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)4、SY/T0036-2000埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范5、SY/T0088-95鋼質(zhì)儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)6、SYJ4006-90長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)項(xiàng)目施工及驗(yàn)收規(guī)范7、SY/T0023-97埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試方法8、SY0007-

7、1999鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕控制項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)范9、SY/T0017-96埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)10、GB50251-94輸氣管道項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)范四、陰極保護(hù)原理 陰極保護(hù)原理的基礎(chǔ)是電化學(xué)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(fù)的為陽(yáng)極，電位正的為陰極。在電解質(zhì)中，陽(yáng)極上失去 金屬離子 <即腐蝕），產(chǎn)生電子，電子通過(guò)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(hù)。上述防腐方法稱(chēng)為陰極保護(hù)，目前已廣泛 采用陰極保護(hù)方法來(lái)保護(hù)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(huì)形成原電池，陰極保護(hù)就是要消除金屬結(jié)構(gòu) 上的陽(yáng)極區(qū)，可通過(guò) <1）犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)； <2）外加電流的陰 極保護(hù)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。1、犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù) 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)是將電位較負(fù)的金屬或合金作為犧牲陽(yáng) 極，通過(guò)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(dòng)電壓），電子從電位較負(fù)的鎂經(jīng)電纜流入電位較正的鋼鐵 中，此時(shí)，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(yáng)極保護(hù)陰極的犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)。通常用做犧 牲陽(yáng)極的材料有鎂合

9、金、鋅合金、鋁合金，對(duì)于埋地金屬結(jié)構(gòu)物， 用犧牲陽(yáng)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(shí)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(hù) 強(qiáng)制電流法） 外加電流的陰極保護(hù)是通以直流電流，將電源的負(fù)極接到被保 護(hù)的金屬構(gòu)件上，正極接到輔助陽(yáng)極上，通過(guò)電解質(zhì)構(gòu)成一個(gè)回 路。這樣金屬構(gòu)件得到保護(hù)，用做外加電流的輔助陽(yáng)極通常采用的 是高硅鑄鐵陽(yáng)極，另外還有石墨、鉑，鈦合金陽(yáng)化物、柔性等陽(yáng) 極。五、陰極保護(hù)應(yīng)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(yùn)輸安裝過(guò)程中的劃傷，隨 使用時(shí)間的延長(zhǎng)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(jìn)而產(chǎn)生局部腐蝕，嚴(yán)重進(jìn)可導(dǎo)致金屬 結(jié)構(gòu)物的穿孔、斷裂，這對(duì)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(zāi)難性的事故。陰極保護(hù)可以彌補(bǔ)非金屬涂 敷層的缺點(diǎn)，管道上產(chǎn)生的局部暴露部分的防腐可以由陰極保護(hù)來(lái) 完成，管道及鋼質(zhì)儲(chǔ)罐等金屬構(gòu)筑物采用非金屬涂敷層和陰極保護(hù) 聯(lián)合防腐的方法，是最經(jīng)濟(jì)、最有效、最可靠的防腐措施。2、犧牲陽(yáng)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(dǎo)電流，電廠和變電所都設(shè)計(jì)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(jì)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(dǎo)，隨著時(shí)間的延 長(zhǎng)，有的部位還會(huì)發(fā)生腐蝕斷裂，使接地網(wǎng)失去了原設(shè)計(jì)的功能， 引發(fā)機(jī)毀人亡的事故。如采用非金屬涂層防腐，會(huì)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(zhǎng)時(shí)間就會(huì)腐蝕殆 盡；加厚設(shè)計(jì)并沒(méi)解決腐蝕問(wèn)題，也只是權(quán)宜之計(jì)，接地網(wǎng)采用犧 牲陽(yáng)極法防腐，不僅保護(hù)了扁鐵，達(dá)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(hù)法的選用 陰極保護(hù)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(jì)者應(yīng)慎重考慮選用何種陰極保護(hù)的方

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

13、質(zhì)量等 因素來(lái)確定。七、設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇及陽(yáng)極用量的計(jì)算1、犧牲陽(yáng)極法<1）最小保護(hù)電位負(fù)于-0.85V<相對(duì)于Cu/飽和CuS04參比電極）<2）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(lèi)、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(lèi)不同所保護(hù)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(hù)電流密度值越小。見(jiàn)表1防腐層種類(lèi)及所需保護(hù)電流密度表1防腐層種類(lèi)保護(hù)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(wú)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(hù)電流密度<mA/m2)30-503-100.1-30.001<3)陽(yáng)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(yáng)極長(zhǎng)度MD填料柱直徑M<4)犧牲陽(yáng)極的發(fā)生電流 Ia=式中：E犧牲陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電位伏<鋅陽(yáng)極取0.2，鎂陽(yáng)極取) la<mg)=1200fY/ P美國(guó)Harco防腐公司推薦的經(jīng)驗(yàn)公式)式中：la<mg)鎂陽(yáng)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(yáng)極修正系數(shù)注：表為老標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)按表內(nèi)相近重量為準(zhǔn)。）正系表35）保護(hù)面積S=nX DXL式中：n.14

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

16、計(jì)算 已知條件：A DN159mmX 8B被保護(hù)管道的長(zhǎng)度v兩端設(shè)絕緣法蘭）40000MC絕緣層電阻Rr=10000QmD最大保護(hù)電位Emax取-1.25伏<相對(duì)Cu/飽和CuSOq電極）E最小保護(hù)電位Emin取-0.85伏<相對(duì)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(hù)半徑 L1=<1/a） 1n2<E'max/E'min）式中：a衰減系數(shù)=Ro單位長(zhǎng)度鋼管的縱向電阻歐姆Ro<單位長(zhǎng)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(zhǎng)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(hù)長(zhǎng)度L=Li怎=73公里說(shuō)明：本管道全長(zhǎng) 40公里，而理論計(jì)算保護(hù)長(zhǎng)度為 73公里， 整個(gè)管道處在保護(hù)范圍內(nèi)，在技術(shù)上是可行的。<2)保護(hù)電流計(jì)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(hù)電流<A)L 單側(cè)保護(hù)長(zhǎng)度 <m)JS保護(hù)電流密度<A/m2)總保護(hù)電流 1=0.794 2=1.588<安)<3)輸出電壓計(jì)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(hù)電流，1.588AV可取1.11總)Rl導(dǎo)線電阻，<p- L/90.48歐姆Ra陽(yáng)極組接地電阻Rc /2th<aL) 0.61歐姆 <管道/土壤界面過(guò)渡電阻 Q)Vr陽(yáng)極地床反電動(dòng)勢(shì)v焦炭填料

19、可取2伏)L被保護(hù)管道長(zhǎng)度m V=1.588 XvO.48+2.5+0.61) +2=5.7< 伏)<4)電源功率計(jì)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(yáng)極的計(jì)算<6）采用硅鑄鐵陽(yáng)極的用量計(jì)算G=Tg "K式中：G陽(yáng)極總質(zhì)量kgT陽(yáng)極的設(shè)計(jì)壽命ag陽(yáng)極的消耗率kg/A aI陽(yáng)極的最大工作電流K-陽(yáng)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(yáng)極平放或豎放在預(yù)先挖好的陽(yáng)極抗中。3、陽(yáng)極坑的深度、位置、間距應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)無(wú)設(shè)計(jì)要求時(shí)，深度應(yīng)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(cè)方便，可以設(shè)計(jì)安裝有代表性的若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，在A1込、測(cè)試樁：從埋地管道上引出的用于測(cè)量陰極保護(hù)參數(shù)的裝1"桂査片捉格為沁|“5罰"材映2加堀.置。測(cè)試樁的設(shè)置是為了監(jiān)測(cè)犧牲陽(yáng)極裝置的保護(hù)電位、電流等數(shù)據(jù)以判斷管道的保護(hù)狀況。宜安裝在土壤腐蝕性強(qiáng)、濕度大、管道洛陽(yáng)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(cè)試樁總計(jì)Kt及。 1、檢查片是用來(lái)檢查保護(hù)效果的，采用與被保護(hù)管道相連接，另外六片處于自然腐蝕狀態(tài)，埋深應(yīng)與管道底部相同，科宴肖Grirtafi-Di* *Iff ISIftitWH恿工團(tuán)-r "亠陽(yáng)樹(shù)際帝圖工圖0WKlWigi!a«4t距管道外壁、檢測(cè)頭安裝在陰極保護(hù)的最不利點(diǎn)，即兩組犧牲陽(yáng)極的中標(biāo)準(zhǔn)。0+112500和（H 巧 OODQ助1陽(yáng)13雅待種防駅防火材料工程有限忙司囂