陰極保護(hù)工作原理

1、陰極保護(hù)基本原理   內(nèi)容： 一、腐蝕電位或自然電位 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)得到電子受到保護(hù)。 相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極(CSE)，不同金屬的在土壤中的腐蝕電位（V） 金   屬 電位（CSE） 高純鎂 -1.75

2、60;鎂合金(6%Al，3%Zn，0.15%Mn) -1.60 鋅 -1.10 鋁合金(5%Zn) -1.05 純鋁 -0.80 低碳鋼(表面光亮) -0.50to-0.80 低碳鋼(表面銹蝕) -0.20to-0.50 鑄鐵 -0.50 混凝土中的低碳鋼 -0.20 銅 -0.20 在同一電解質(zhì)中，不同的金屬具有不同的腐蝕電位，如輪船船體是鋼，推進(jìn)器是青銅制成的，銅的電位比鋼高，所以電子從船體流向青銅推進(jìn)器，船體受

3、到腐蝕，青銅器得到保護(hù)。鋼管的本體金屬和焊縫金屬由于成分不一樣，兩者的腐蝕電位差有時(shí)可達(dá)0.275V，埋入地下后，電位低的部位遭受腐蝕。新舊管道連接后，由于新管道腐蝕電位低，舊管道電位高，電子從新管道流向舊管道，新管道首先腐蝕。同一種金屬接觸不同的電解質(zhì)溶液（如土壤），或電解質(zhì)的濃度、溫度、氣體壓力、流速等條件不同，也會(huì)造成金屬表面各點(diǎn)電位的不同。 二、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。飽和硫酸銅參比電極，其電極電位具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，在陰極保護(hù)領(lǐng)域中得到廣泛采用。不同參比電極之間的電位比較： 土壤中或浸水鋼鐵結(jié)

4、構(gòu)最小陰極保護(hù)電位（V） 被保護(hù)結(jié)構(gòu) 相對(duì)于不同參比電極的電位                       飽和硫酸銅   氯化銀    鋅    飽和甘汞 鋼鐵（土壤或水中） -0.85  

5、0;  -0.75    0.25    -0.778 鋼鐵（硫酸鹽還原菌）-0.95   -0.85    0.15    -0.878 三、陰極保護(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

6、極保護(hù)。1、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型（電流一般小于1安培）或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率小于100歐姆.米）的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲(chǔ)罐等。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)資料的報(bào)道，對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽(yáng)極的使用壽命一般不會(huì)超過(guò)3年，最多5年。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽(yáng)極的電流輸出。本人認(rèn)為，產(chǎn)生該問(wèn)題的主要原因是陽(yáng)極成份達(dá)不到規(guī)范要求，

7、其次是陽(yáng)極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計(jì)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，除了嚴(yán)格控制陽(yáng)極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽(yáng)極床位置。 2、外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從土壤中流向被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周?chē)h(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長(zhǎng)輸埋地管道，大型罐群等。 陰極保護(hù)的運(yùn)行管理   內(nèi)容： 一、陰極保護(hù)投入前的準(zhǔn)備和驗(yàn)收 (一) 陰極保護(hù)投入前對(duì)被保護(hù)管道的檢查 1、管道對(duì)地絕緣的檢查 從陰極保護(hù)的原理介紹，已得知沒(méi)有

8、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)檢查管道的絕緣法蘭的絕緣性能是否正常；管道沿線布置的設(shè)施如閥門(mén)、抽水缸、閘井均應(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DCVG檢漏儀檢測(cè)，修補(bǔ)后回填。 2、管道導(dǎo)電性檢查 對(duì)被保護(hù)管道應(yīng)具有連續(xù)的導(dǎo)電性能。 3、舊管道對(duì)地絕緣狀態(tài)的檢查，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求處理。對(duì)是否修補(bǔ)防腐涂層，排除接地

9、故障(如防靜電接地極等)，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較確定。對(duì)管道導(dǎo)電性的檢查，仍需按前述要求進(jìn)行。 (二) 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)置的選材、施工是否與設(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。 二、陰極保護(hù)投入運(yùn)行 1、 組織人員測(cè)定全線管道自然電位、土壤電阻率、各站陽(yáng)極地床

10、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 按照直流電源(整流器、恒電位儀、蓄電池等)操作程序給管道送電，使電位保持在-1.30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

11、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。 三、陰極保護(hù)站的日常維護(hù)管理 1、陰極保護(hù)設(shè)施的日常維護(hù) 電氣設(shè)備定期技術(shù)檢查。電氣設(shè)備的檢查每周不得少于一次，有下列內(nèi)容： 1)檢查各電氣設(shè)備電路接觸的牢固性，安裝的正確性，個(gè)別元件是否有機(jī)械障礙。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

12、固。 2)檢查配電盤(pán)上熔斷器的保險(xiǎn)絲是否按規(guī)定接好，當(dāng)交流回路中的熔斷器保險(xiǎn)絲被燒毀時(shí)，應(yīng)查明原因及時(shí)恢復(fù)供電。 3)觀察電氣儀表，在專用的表格上記錄輸出電壓、電流、通電點(diǎn)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)。 4)應(yīng)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。 5)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、恒電位儀的維護(hù)。 1)陰極保護(hù)恒電位儀一般都配置兩臺(tái)，互為備用，因此應(yīng)按管理要求定時(shí)切換

13、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。儀器維修過(guò)程中不得帶電插、拔各插接件、印刷電路板等。 2)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。3)清潔內(nèi)部，除去外來(lái)物。 4)發(fā)現(xiàn)儀器故障應(yīng)及時(shí)檢修，并投入備用儀器，保證供電。每年要計(jì)算開(kāi)機(jī)率。 全年小時(shí)數(shù)-全年停機(jī)小時(shí)數(shù) 開(kāi)機(jī)率=全年小時(shí)數(shù) 3、硫酸銅電極的維護(hù)。 1)使用定型產(chǎn)品或自制硫酸銅電極，其底部均要求做到滲而不漏，忌污染。使用后應(yīng)保持清潔，防止溶液大量漏失。

14、60;2)作為恒定電位儀信號(hào)源的埋地硫酸銅參比電極，在使用過(guò)程中需每周查看一次，及時(shí)添加飽和硫酸銅溶液。嚴(yán)防凍結(jié)和干涸，影響儀器正常工作。 3)電極中的紫銅棒使用一段時(shí)間后，表面會(huì)粘附一層蘭色污物，應(yīng)定期擦洗干凈，露出銅的本色。配制飽和硫酸銅溶液必須使用純凈的硫酸銅和蒸餾水。 4、陽(yáng)極地床的維護(hù)。 1)陽(yáng)極架空線：每月檢查一次線路是否完好，如電桿有無(wú)傾斜，瓷瓶、導(dǎo)線是否松動(dòng)，陽(yáng)極導(dǎo)線與地床的連接是否牢固，地床埋設(shè)標(biāo)志是否完好等。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改。 2)陽(yáng)極地床接地電阻每半年測(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

15、進(jìn)行維修，以減小接地電阻。 5、測(cè)試樁的維護(hù)。 1)檢查接線柱與大地絕緣情況，電阻值應(yīng)大于100千歐，用萬(wàn)用表測(cè)量，若小于此值應(yīng)檢查接線柱與外套鋼管有無(wú)接地，若有，則需更換或維修。 2)測(cè)試樁應(yīng)每年定期刷漆和編號(hào)。3)防止測(cè)試樁的破壞丟失，對(duì)沿線城鄉(xiāng)居民及兒童作好愛(ài)護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的宣傳教育工作。 6、絕緣法蘭的維護(hù)。 1)定期檢測(cè)絕緣法蘭兩側(cè)管地電位，若與原始記錄有差異時(shí)，應(yīng)對(duì)其性能好壞作鑒別。如有漏電情況應(yīng)采取相應(yīng)措施。 2)對(duì)有附屬設(shè)備的絕緣法蘭(如限流電阻、過(guò)壓保護(hù)二極管、防雨護(hù)罩等)均應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)管理工作，保證完好。 3)

16、保持絕緣法蘭清潔、干燥，定期刷漆。 7、陰極保護(hù)管理 1)每條陰極保護(hù)管道，都應(yīng)制符合本管道實(shí)際情況的陰極保護(hù)運(yùn)行管理規(guī)定，使陰極保護(hù)的日常測(cè)試、控制、調(diào)整、維修等方面的工作均按此進(jìn)行。 2)加強(qiáng)陰極保護(hù)的組織、領(lǐng)導(dǎo)。保持室內(nèi)設(shè)備整潔，達(dá)到無(wú)故障、無(wú)缺陷、無(wú)銹蝕、無(wú)外來(lái)物。實(shí)現(xiàn)三圖上墻，即線路走向圖、保護(hù)電位曲線圖、崗位責(zé)任制。 3)陰極保護(hù)站投產(chǎn)后，電氣設(shè)備接線不得擅自改動(dòng)，需要改變的應(yīng)由主管部門(mén)作出方案，經(jīng)批準(zhǔn)后方能執(zhí)行。 4)每日檢查測(cè)量通電點(diǎn)電位，填寫(xiě)好運(yùn)行日志，向生產(chǎn)調(diào)度部門(mén)匯報(bào)陰極保護(hù)站運(yùn)行情況。 5)陰極保護(hù)站向管道輸送

17、電不得中斷。停運(yùn)一天以上須報(bào)主管部門(mén)備案。利用管道停電方法調(diào)整儀器，一次不得超過(guò)2小時(shí)，全年不超過(guò)30小時(shí)。保證全年98以上時(shí)間給管道送電。 6)保持通電點(diǎn)電位在規(guī)定值，沿管道測(cè)定陰極保護(hù)電位，此種測(cè)量在陰極保護(hù)站運(yùn)行初期每周一次，以后每?jī)芍芑蛞辉聹y(cè)量一次。并將保護(hù)電位測(cè)量記錄造表、繪圖上報(bào)主管部門(mén)。 7)每年在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)量管道沿線自然電位和土壤電阻率各一次。 8)檢查和消除管道接地故障，使全線達(dá)到完全的陰極保護(hù)。 四、犧牲陽(yáng)極的維護(hù) 管道犧牲陽(yáng)極保護(hù)日常維護(hù)工作量不多，除按外加電流陰極保護(hù)的要求進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)量，測(cè)試樁維護(hù)保養(yǎng)，絕緣法蘭檢測(cè)

18、，接地故障排除等工作外，建議每月測(cè)定各參數(shù)。據(jù)此分析管道保護(hù)狀況。若陽(yáng)極性能變壞，則需采取相應(yīng)措施。 五、陰極保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)故障的分析 1、保護(hù)管道絕緣不良，漏電故障的危害 在陰極保護(hù)站投入運(yùn)行，或犧牲陽(yáng)極保護(hù)投產(chǎn)一段時(shí)間后，出現(xiàn)了在規(guī)定的通電點(diǎn)電位下，輸出電流增大，管道保護(hù)距離卻縮短的現(xiàn)象，或者在犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)中，犧牲陽(yáng)極組的輸出電流量增大，其值已超過(guò)管道的保護(hù)電流需要，但保護(hù)電位仍達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)的現(xiàn)象。發(fā)生上述情況的原因，主要是被保護(hù)金屬管道與未被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物“短路”，這種現(xiàn)象稱之為陰極保護(hù)管道漏電，或者叫做“接地故障”。 接地故障，使得被保護(hù)管道的

19、陰極保護(hù)電流流入非保護(hù)金屬體，在兩管道的“短接”處形成“漏電點(diǎn)”，這就會(huì)造成陰極保護(hù)電流的增大；陰極保護(hù)電源的過(guò)負(fù)荷和陰極保護(hù)引起的干擾。 另外，陽(yáng)極地床斷路、陰極開(kāi)路、零位接陰斷路都會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)不 能投保。例如：格爾木站、甘森站，93年由于陽(yáng)極電纜斷路，造成陰極保護(hù)體系不能正常工作，判斷陽(yáng)極地床連接電纜斷路時(shí)，可采用： (1)測(cè)輸出電流，將恒電位儀開(kāi)啟，在恒電位儀陽(yáng)極輸出端串上一電流表，如果電流為零，則說(shuō)明有斷路現(xiàn)象。 (2)將恒電位儀機(jī)后陽(yáng)極輸出線斷開(kāi)，接入臨時(shí)地床或其它接地裝置，若有輸出電壓、電流，則可斷定陽(yáng)極地床連接線斷路。在陽(yáng)極電纜與地床陽(yáng)極

20、接線處應(yīng)設(shè)置接線用水泥井或標(biāo)志。 2、造成管道漏電的原因 (1)施工不當(dāng)，交叉管道間距不合規(guī)范，即當(dāng)兩條管道，一條為陰極保護(hù)的管道，另一條為未保護(hù)的管道交叉時(shí)，施工要求應(yīng)保持管道間的垂直凈距不小于0.3m，并在交叉點(diǎn)前后一定長(zhǎng)度內(nèi)將管道作特別絕緣，如果施工時(shí)不嚴(yán)格按照上述規(guī)定去做，那么在管道埋設(shè)一段時(shí)間后，在土壤應(yīng)力的作用下，管道相互可能搭接在一起，會(huì)造成絕緣層破損，金屬與金屬的相連，形成漏電點(diǎn)。 (2)絕緣法蘭失效或漏電，絕緣法蘭質(zhì)量欠佳，在使用一段時(shí)間后絕緣零件受損或變質(zhì)，使法蘭不再絕緣，從而使得兩法蘭盤(pán)側(cè)不再具有絕緣性能，陰極保護(hù)電流也就不再有限制；或者是輸

21、送介質(zhì)中有一些電解質(zhì)雜質(zhì)使絕緣法蘭導(dǎo)通，不再具有絕緣性能。從上述原因看，漏電點(diǎn)只可能發(fā)生在保護(hù)管道與非保護(hù)管道的交叉點(diǎn)，或保護(hù)管道的絕緣法蘭處，因此查找漏電點(diǎn)就帶有上述局限性。但如果地下管網(wǎng)復(fù)雜，被保護(hù)管道與多條和線有交叉穿越，則使得漏電點(diǎn)的查找出現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)象。常常要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，反復(fù)測(cè)量、多方位檢查并綜合判斷才能找到真正的漏電故障點(diǎn)。 3、漏電點(diǎn)的查找 (1)利用查找管道絕緣層破損點(diǎn)，從而確定管道的漏電點(diǎn)或短接點(diǎn)的方法。此方法首先將脈沖信號(hào)送到被測(cè)管道上，如果管道防腐絕緣層良好，流入管道的電流很弱，儀表沒(méi)有顯示。如果管道防腐層有破損，電流將從土壤中通過(guò)破損處漏入管道，電

22、流的流動(dòng)會(huì)在周?chē)寥乐袑a(chǎn)生明顯的電位梯度。當(dāng)探測(cè)人員手持兩個(gè)參比電極在管道正上方探測(cè)行走時(shí)，伏特計(jì)將明顯的抖動(dòng)，當(dāng)伏特計(jì)指針停止抖動(dòng)時(shí)，兩個(gè)參比電極的中間既為防腐層漏點(diǎn)位置，該方法簡(jiǎn)便宜行，定位準(zhǔn)確，是目前國(guó)際上公認(rèn)的檢漏方法(DCVG)。 (2)可利用測(cè)定管內(nèi)電流大小的方法尋找漏電點(diǎn)。因?yàn)闊o(wú)分支的陰極保護(hù)管道，管內(nèi)電流是從遠(yuǎn)端流向通電點(diǎn)。當(dāng)非保護(hù)管道接入后就會(huì)形成分支電路，使保護(hù)電流經(jīng)過(guò)漏電點(diǎn)會(huì)變小。因此，可利此法來(lái)尋找漏電點(diǎn)的位置。利用此法測(cè)定時(shí)，在有懷疑的管段上可依次選點(diǎn)，用IR壓降法或者補(bǔ)償法(詳見(jiàn)有關(guān)說(shuō)明)測(cè)定管內(nèi)電流。再通過(guò)比較各點(diǎn)電流的大小來(lái)確定漏電點(diǎn)的電位。

23、0;(3)絕緣法蘭漏電的測(cè)定。當(dāng)絕緣法蘭漏電而導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)故障時(shí)，則可通過(guò)在絕緣法蘭兩側(cè)管段上，分別測(cè)量管地電位，若保護(hù)側(cè)為保護(hù)電位，非保護(hù)側(cè)為自然電位，則絕緣法蘭正常。否則，有問(wèn)題存在。也可在非保護(hù)側(cè)測(cè)法蘭端部的對(duì)地電位，如此電位比非保護(hù)管道或其它金屬構(gòu)筑物的電位要負(fù)，則此絕緣法蘭漏電。 測(cè)定流過(guò)絕緣法蘭的電流，也可用來(lái)判定絕緣法蘭的性能。若絕緣法蘭非保護(hù)端一側(cè)，能測(cè)出電流，則法蘭漏電；若測(cè)不出電流，絕緣法蘭不漏電。 (4)近間距電位測(cè)量法CIPS. 在測(cè)試樁上測(cè)量保護(hù)電位只能反映管道的整體保護(hù)水平，不能說(shuō)明管道各點(diǎn)都得到了保護(hù)。采用近間距測(cè)量方式，是沿管道

24、每隔12米測(cè)量一次管地電位，可以準(zhǔn)確的檢測(cè)出沒(méi)有得到保護(hù)的管段。4、陽(yáng)極接地故障 陰極保護(hù)另一常見(jiàn)故障是由陽(yáng)極接地引起的。陽(yáng)極接地電阻與陽(yáng)極地床的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量密切相關(guān)?！皟鐾痢睍?huì)使陽(yáng)極地床電阻增加幾倍至十幾倍，“氣阻”也會(huì)使陽(yáng)極地床電阻增加。當(dāng)陽(yáng)極使用一段時(shí)間后，也會(huì)由于腐蝕嚴(yán)重，表面溶解不均勻造成電流障礙。因此，在陰極保護(hù)的儀器上會(huì)出現(xiàn)電位升高，而保護(hù)電流下降的現(xiàn)象。此時(shí)，應(yīng)通過(guò)測(cè)量，更換或檢修陽(yáng)極地床，來(lái)使陰極保護(hù)正常運(yùn)行。另一薄弱環(huán)節(jié)，是陽(yáng)極電纜線與陽(yáng)極接頭處的密封與絕緣，若施工不妥則會(huì)造成接頭處的腐蝕與斷路。使陰極保護(hù)電流斷路而無(wú)法輸入給管道。 輔助陽(yáng)極的選擇及計(jì)

25、算  內(nèi)容： 輔助陽(yáng)極又稱陽(yáng)極接地裝置，陽(yáng)極地床。它是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)中不可缺少的重要組成部分，通過(guò)輔助陽(yáng)極把保護(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，也可能是周?chē)娊赓|(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。陽(yáng)極材料必須有良好的導(dǎo)電性能，在與土壤或地下水接觸時(shí)有穩(wěn)定的接地電阻，即使在高電流密度下，其表面

26、的極化較小；化學(xué)穩(wěn)定性好，在惡劣環(huán)境中腐蝕率?。挥幸欢ǖ臋C(jī)械強(qiáng)度并便于加工和安裝；價(jià)格低來(lái)源方便。 1、輔助陽(yáng)極埋設(shè)位置的選擇 輔助陽(yáng)極與管道距離愈遠(yuǎn)電流分布愈均勻，但過(guò)遠(yuǎn)會(huì)增加引線上的電壓降和投資。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看輔助陽(yáng)極距匯流點(diǎn)200米以內(nèi)時(shí)，對(duì)電流分布影響較大，遠(yuǎn)于300米后影響就不大了。故在長(zhǎng)輸管道的干線上陽(yáng)極一般設(shè)在距管道300500米之間為宜。管道較短或油氣管道較密集的地區(qū)，采用50300米之間是合適的?；ǜ窬€設(shè)計(jì)是450m，對(duì)于土壤電阻率很大的地區(qū)是否過(guò)遠(yuǎn)，是值得研究的問(wèn)題。因此對(duì)處于特殊地形、環(huán)境的管道，輔助陽(yáng)極的距離和埋設(shè)方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況慎重選定。

27、0;在陰保站址選定的同時(shí)，應(yīng)在預(yù)選站址與管道的一側(cè)選擇陽(yáng)極安裝的位置，其原則是： (1)地下水位較高或潮濕低洼處；(2)土層厚，無(wú)塊石，便于施工； (3)土壤電阻率一般應(yīng)小于50歐姆米，特殊地區(qū)也應(yīng)小于100歐姆米(4)對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物干擾小，陽(yáng)極地床與被保護(hù)管道之間不得有其它金屬管道。 (5)考慮陽(yáng)極附近地域近期發(fā)展規(guī)劃及管道發(fā)展規(guī)劃以避免建后可能出現(xiàn)的搬遷。 (6)陽(yáng)極地床位置與管道匯流點(diǎn)距離適當(dāng) (7)地面金屬構(gòu)筑物較多，用地狹窄時(shí)，可采用深井陽(yáng)極，以減小對(duì)其它金屬構(gòu)物的干擾又節(jié)約用地。 陽(yáng)極接地電阻約占直流回路電阻60左

28、右，大部分能量損失是由它造成的，因此合理選擇陽(yáng)極地床位置，降低接地電阻是十分重要的工作。 2、 輔助陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)2.1 淺埋式地床結(jié)構(gòu) 將電極埋入距地表15米的土層中，這是管道陰極保護(hù)一般選用的陽(yáng)極埋設(shè)形式。淺埋式陽(yáng)極又可分為立式，水平式兩種，對(duì)于鋼鐵陽(yáng)極可能兩種聯(lián)合稱為聯(lián)合式陽(yáng)極。 (1)立式陽(yáng)極 由一根或多根垂直埋入地中的陽(yáng)極排列構(gòu)成，電極間用電纜聯(lián)接。其優(yōu)點(diǎn)有： a.全年接地電阻變化不大； b.當(dāng)陽(yáng)極尺寸相同時(shí)，立式地床的接地電阻較水平式小。 (2)水平式陽(yáng)極 將陽(yáng)極以水平方向埋入一定深度的地層中，其

29、優(yōu)點(diǎn)有： a.安裝土石方量較小，易于施工； b.容易檢查地床各部分的工作情況。(3)聯(lián)合式陽(yáng)極 指采用鋼鐵材料制成地床，它由上端聯(lián)接著水平干線的一排立式陽(yáng)極所組成。 2.2 深埋式陽(yáng)極(深井式) 當(dāng)陽(yáng)極地床周?chē)嬖诟蓴_、屏蔽、地床位置受到限制，或者在地下管網(wǎng)密集區(qū)進(jìn)行區(qū)域性陰極保護(hù)時(shí)，使用深埋式陽(yáng)極，可獲得淺埋式陽(yáng)極所不能得到的保護(hù)效果。深埋式地床根據(jù)埋設(shè)深度不同可分為淺深井(2040米)、中深井(50100米)和深井(>100米)三種。 深埋式陽(yáng)極地床的特點(diǎn)是接地電阻小，對(duì)周?chē)蓴_小，消耗功率低，電流分布比較理想。它

30、的缺點(diǎn)是施工復(fù)雜技術(shù)要求高，單井造價(jià)貴。尤其是深度超過(guò)100米的深陽(yáng)極，施工需要大鉆機(jī)，這就限制了它的應(yīng)用。 3、陽(yáng)極地床填料的應(yīng)用 石墨陽(yáng)極無(wú)論采用淺埋或深埋都必須添加回填料。高硅鐵陽(yáng)極一般需要添加回填料，但在特殊地質(zhì)可能不使用回填料，如沼澤、流砂層地區(qū)等。 (1)陽(yáng)極地床填料的功能 1)增大陽(yáng)極與土壤的接觸，從而降低地床接地電阻； 2)將陽(yáng)極電極反應(yīng)轉(zhuǎn)移到填料與土壤之間進(jìn)行，延長(zhǎng)陽(yáng)極的使用壽命； 3)填料可以消除氣體堵塞。 (2)對(duì)填料的要求 1)填料顆粒必須是導(dǎo)電體，以保證陽(yáng)極與土壤之間良好的導(dǎo)電性。

31、0;2)填料應(yīng)成本低，來(lái)源廣，具有較連續(xù)的接觸表面。 常用的回填料是焦炭粒，也可采用石墨加上石灰充填，以保持陽(yáng)極周?chē)蕢A性。通常用的焦炭粒性能規(guī)格見(jiàn)下表。 陽(yáng)極地床回填用焦炭粒性能規(guī)格  表1 種類       粒徑(mm) 比重kg/m3 電阻率.cm 灰分 消耗率kg/A.a煤焦油焦炭粒 615   641301  1050    &

32、#160;  <10      <0.9 鍛燒石油焦炭粒 615 721121  1050       <10      <0.9 確保陽(yáng)極與回填料良好的電接觸，填料必須在陽(yáng)極周?chē)粚?shí)。否則會(huì)使一部分電流從陽(yáng)極直接流向土壤而縮短陽(yáng)極使用壽命。 在粘土地區(qū)，若陽(yáng)極地床通過(guò)電流太大，可采用電極帶孔的

33、硬塑料管，由填料層直接通地面，及時(shí)地將陽(yáng)極周?chē)a(chǎn)生的氣體排出地面。對(duì)于較干燥地區(qū)可向地床注水降低接地電阻。 (3)回填料的重量 可用下述簡(jiǎn)單方法估計(jì)填料的容積：陽(yáng)極地床孔徑為陽(yáng)極直徑的三倍。且在電極上下各填300毫米填料。對(duì)粒徑為15mm，比重為0.6噸/米3的焦炭粒來(lái)說(shuō)，每支100×1500陽(yáng)極的參考用量為200公斤。 4、陽(yáng)極數(shù)量與接地電阻 陽(yáng)極數(shù)量與接地電阻成反比關(guān)系。在一定范圍內(nèi)增加陽(yáng)極支數(shù)會(huì)起到降低接地電阻的作用。但是由于陽(yáng)極間的屏蔽效應(yīng)，往往增加較多支的陽(yáng)極，而降低電阻卻很少。所以對(duì)于陽(yáng)極數(shù)量的選擇是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。在確定陽(yáng)極數(shù)量

34、時(shí)需要考慮主要因素為： 1、要使陽(yáng)極輸出的電流在陽(yáng)極材料允許的電流額度內(nèi)，以保證陽(yáng)極地床的使用壽命。 2、在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，陽(yáng)極接地電阻應(yīng)盡量做到最小，以降低電能耗量。即對(duì)接地電阻規(guī)定一個(gè)合適的數(shù)值。目前接地電阻一般不大于1歐左右，在特殊地區(qū)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選定。 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)陽(yáng)極材料  內(nèi)容： 1、鎂犧牲陽(yáng)極 根據(jù)形狀以及電極電位的不同，鎂陽(yáng)極可用于電阻率在20歐姆.米到100歐姆.米的土壤或淡水環(huán)境。高電位鎂陽(yáng)極的電位為1.75VCSE，低電位鎂陽(yáng)極的電位為1.55VCSE。 鎂陽(yáng)極陽(yáng)極規(guī)格 型號(hào)

35、 重量Kg 犧牲陽(yáng)極尺寸mm A B C 填包長(zhǎng)度D 填包袋直徑E 9D2 4.08 60.9 76.2 549.3 432 152 14D2 6.35 69.9 76.2 850.9  20D2 9.07 69.9 76.2 1213  9D3 4.08 88.9 95.3 352.4&

36、#160;432 152 17D3 7.71 88.9 95.3 641.4 483 165 32D5 14.51 139.7 146.1 504.8 762 203 48D5 21.77 139.7 146.1 765.2 450 254鎂陽(yáng)極化學(xué)成分 元素 高電位陽(yáng)極 AZ63B AZ63C AZ63D AZ31&

37、#160;AL 0.01 5.30-6.70 5.30-6.70 5.0-7.0 2.5-3.3 Zn 2.50-3.50 2.50-3.50 2.0-4.0 0.6-1.4 Mn 0.5-1.3 0.15-0.70 0.15-0.70 0.15-0.70 0.20 Si 0.05 0.10 0.30 0.30 0.10 Cu 0.02 0.02&

38、#160;0.05 0.10 0.015 Ni 0.001 0.002 0.003 0.003 0.001 Fe 0.03 0.005 0.005 0.005 0.002 Other 0.05  Impurity 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 鎂陽(yáng)極電化學(xué)性能 陽(yáng)極種類 開(kāi)路電位（-V） 理論電容量（Ah/K

39、g） 電流效率（%） 高電位鎂陽(yáng)極 1.70-1.75 2200 50 AZ63鎂陽(yáng)極 1.50-1.55 2210 50 AZ31鎂陽(yáng)極 1.57-1.67 2210 50 鎂陽(yáng)極消耗量計(jì)算 W=8760It/ZUQ I=陽(yáng)極電流輸出(Amps) t=設(shè)計(jì)壽命(years) U=電流效率(0.5) Z=理論電容量(2200Ah/kg) Q=陽(yáng)極使用率85% W=陽(yáng)極重量(Kg) 2、鋅

40、犧牲陽(yáng)極 鋅犧牲陽(yáng)極多用于土壤電阻率小于15歐姆.米的土壤環(huán)境或海水環(huán)境。電極電位為1.1VCSE。溫度高于40時(shí)，鋅陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電位下降，并發(fā)生晶間腐蝕。高于60時(shí)，它與鋼鐵的極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)，變成陰極受到保護(hù)，而鋼鐵變成陽(yáng)極受到腐蝕。所以，鋅陽(yáng)極僅能用于溫度低于40的環(huán)境。 化學(xué)成分 AL Cd Fe Cu Pb Si Zn 0.3-0.6 0.05-0.12 0.005 0.005 0.006 0.125 Balance 電化

41、學(xué)性能 項(xiàng)目 開(kāi)路電位V 理論電容量 電流效率 性能 -1.05-1.09 820A.h/Kg 90% 鋅陽(yáng)極消耗量計(jì)算 W=8760It/ZUQ I=陽(yáng)極電流輸出(Amps) t=設(shè)計(jì)壽命(years) U=電流效率(0.90) Z=理論電容量(827Ah/kg) Q=陽(yáng)極使用率（85%） W=陽(yáng)極重量(Kg) 3、鋁犧牲陽(yáng)極 大多用于海水環(huán)境金屬結(jié)構(gòu)或原油儲(chǔ)罐內(nèi)底板的陰極保護(hù)。其電極電位為1.05VCSE。電容量

42、隨溫度遞減，可參考公式： Z=2000-27(T-20)，(T陽(yáng)極工作溫度)。 鋁陽(yáng)極用量計(jì)算： W=8760It/ZUQ I=陽(yáng)極電流輸出(Amps) t=設(shè)計(jì)壽命(years) U=電流效率(0.95) Z=理論電容量(2000Ah/kg) Q=陽(yáng)極利用率(85%） W=陽(yáng)極重量(Kg) 4、帶狀陽(yáng)極 為了減小陽(yáng)極接地電阻，有時(shí)會(huì)采用帶狀鎂陽(yáng)極或鋅陽(yáng)極。陽(yáng)極帶沿被保護(hù)結(jié)構(gòu)鋪設(shè)，使電流分布更加均勻。當(dāng)陽(yáng)極帶沿管道鋪設(shè)時(shí)，每隔一段距離就應(yīng)該與管道連接一次。間距不應(yīng)太大，因?yàn)殡S著陽(yáng)極的消

43、耗，截面積不斷減小，陽(yáng)極帶電阻會(huì)逐步增大。為了減少沿陽(yáng)極帶的電壓降，連接間隔一般不大于305米。如果將帶狀陽(yáng)極直接埋到土壤或回填砂中，陽(yáng)極可能會(huì)發(fā)生自身腐蝕，使用壽命縮短。帶狀陽(yáng)極的一般規(guī)格為19x9.5mmx305m每卷。 5、回填料 當(dāng)使用填料時(shí)，陽(yáng)極的電流輸出效率提高。如果將陽(yáng)極直接埋入土壤，由于土壤的成分不均勻，會(huì)造成陽(yáng)極自身腐蝕，從而降低陽(yáng)極效率。采用填料，一是保持水分，降低陽(yáng)極的接地電阻，二是使陽(yáng)極表面均勻腐蝕，提高陽(yáng)極利用效率。 外加電流陰極保護(hù)用陽(yáng)極材料 內(nèi)容： 外加電流陰極保護(hù)是防止地下金屬結(jié)構(gòu)如管道、儲(chǔ)罐、等腐蝕的有效方法。

44、輔助陽(yáng)極是外加電流系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用是將保護(hù)電流經(jīng)過(guò)介質(zhì)傳遞到被保護(hù)結(jié)構(gòu)物表面上。 1、對(duì)陽(yáng)極的性能要求 地下結(jié)構(gòu)物外加電流陰極保護(hù)用陽(yáng)極通常并不直接埋在土壤中，而是在陽(yáng)極周?chē)畛涮假|(zhì)回填料而構(gòu)成陽(yáng)極地床。碳質(zhì)回填料通常包括冶金焦碳、石油焦碳和石墨顆粒等?；靥盍系淖饔檬墙档完?yáng)極地床的接地電阻，延長(zhǎng)陽(yáng)極的使用壽命。 針對(duì)陽(yáng)極的工作環(huán)境，結(jié)合實(shí)際工程的要求，理想的埋地用輔助陽(yáng)極應(yīng)當(dāng)具有如下性能： (1)良好的導(dǎo)電性能，工作電流密度大，極化??； (2)在苛刻的環(huán)境中，有良好的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，消耗率低，壽命長(zhǎng)； (3)機(jī)械性能好

45、，不易損壞，便于加工制造，運(yùn)輸和安裝； (4)綜合保護(hù)費(fèi)用低。 2、各類陽(yáng)極的性能特點(diǎn) 2.1 廢鋼鐵陽(yáng)極 廢鋼鐵是早期外加電流陰極保護(hù)常用陽(yáng)極材料，其來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。由于是溶解性陽(yáng)極，表面很少析出氣體，因而地床中不存在氣阻問(wèn)題。其缺點(diǎn)是消耗速率大，在土壤中為8.4kg/A.a，使用壽命較短，多用于臨時(shí)性保護(hù)或高電阻率土壤中。 2.2 石墨陽(yáng)極 石墨是由碳素在高溫加熱后形成的晶體材料，通常用石蠟、亞麻油或樹(shù)脂進(jìn)行浸漬處理，以減少電解質(zhì)的滲入，增加機(jī)械強(qiáng)度。經(jīng)浸漬處理后，石墨陽(yáng)極的消耗率將明顯減小。石墨陽(yáng)極在地床

46、中的允許電流密度為510A/m2。 石墨陽(yáng)極價(jià)格較低，并易于加工，但軟而脆，不適于易產(chǎn)生沖刷和沖擊作用的環(huán)境，在運(yùn)輸和安裝時(shí)易損壞，隨著新的陽(yáng)極材料出現(xiàn)，其在地床中的應(yīng)用逐漸減少。2.3 高硅鑄鐵陽(yáng)極 高硅鑄鐵幾乎可適用于各種環(huán)境介質(zhì)如海水、淡水、咸水、土壤中。當(dāng)陽(yáng)極電流通過(guò)時(shí)，在其表面會(huì)發(fā)生氧化，形成一層薄的SiO2多孔保護(hù)膜，極耐酸，可阻止基體材料的腐蝕，降低陽(yáng)極的溶解速率。但該膜不耐堿和鹵素離子的作用。當(dāng)土壤或水中氯離子含量大于200×10-4%時(shí)，須采用加4.0%4.5%Cr的含鉻高硅鑄鐵。高硅鑄鐵陽(yáng)極在干燥和含有較高硫酸鹽的環(huán)境中性能不佳，因?yàn)?/p>

47、表面的保護(hù)膜不易形成或易受到損壞。 高硅鑄鐵陽(yáng)極具有良好的導(dǎo)電性能，高硅鑄鐵陽(yáng)極的允許電流密度為580A/m2，消耗率小于0.5kg/A.a。除用于焦碳地床中以外，高硅鑄鐵陽(yáng)極有時(shí)也可直接埋在低電阻率土壤中。 高硅鑄鐵硬度很高，耐磨蝕和沖刷作用，但不易機(jī)械加工，只能鑄造成型，另外脆性大，搬運(yùn)和安裝時(shí)易損壞。為提高陽(yáng)極利用率，減少“尖端效應(yīng)”，可采用中間連接的圓筒形陽(yáng)極。  2.5 鉑陽(yáng)極 鉑陽(yáng)極是在鈦、鈮、鉭等閥金屬基體上被覆一薄層鉑而構(gòu)成的復(fù)合陽(yáng)極。鉑層復(fù)合的方法很多，如水溶液電鍍、熔鹽鍍、離子鍍、點(diǎn)焊包覆、爆炸焊接包覆、冶金拉拔或

48、軋制、熱分解沉積等。鉑陽(yáng)極的特點(diǎn)是工作電流密度大，消耗速率小、重量輕，已在海水、淡水陰極保護(hù)中得到廣泛使用。 鈦和鈮是應(yīng)用最多的陽(yáng)極基體，鉭用得較少，這是因?yàn)槠鋬r(jià)格高，而鈮和鈦通常又能滿足使用性能要求。在含有氯離子介質(zhì)中，鈦的擊穿電位為1214V，而鈮的擊穿電位為4050V。因此在地下水中含有較高氯離子的深井地床中采用鉑鈮陽(yáng)極更為可靠。 由于鉑陽(yáng)極價(jià)格較昂貴，不可能大面積采用；在地床中消耗速率大；而且地床接地電阻隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增大，所以鉑陽(yáng)極在地床中遠(yuǎn)不如高硅鑄鐵和石墨陽(yáng)極用得廣泛，并且有人不推薦在地床中使用鉑陽(yáng)極。 2.6 聚合物陽(yáng)極 聚合物

49、陽(yáng)極是在銅芯上包覆導(dǎo)電聚合物而構(gòu)成的連續(xù)性陽(yáng)極，也稱柔性陽(yáng)極或纜形陽(yáng)極。銅芯起導(dǎo)電的作用，而導(dǎo)電聚合物則參與電化學(xué)反應(yīng)。由于銅芯具有優(yōu)良的電導(dǎo)性，因此可以在數(shù)千米長(zhǎng)的陽(yáng)極上設(shè)一匯流點(diǎn)，聚合物陽(yáng)極在土壤中使用時(shí)，需在其周?chē)畛浣固挤勰┒鴺?gòu)成陽(yáng)極地床，其在地床中最大允許工作電流為82mA/m，盡管與其它陽(yáng)極相比，其工作電流密度很低，但由于可靠近被保護(hù)結(jié)構(gòu)物鋪設(shè)連續(xù)地床，因此可提供均勻、有效的保護(hù)。 聚合物陽(yáng)極安裝簡(jiǎn)便，特別適于裸管或涂層嚴(yán)重破壞的管道、受屏蔽的復(fù)雜管網(wǎng)區(qū)的保護(hù)以及高電阻率的土壤中。但應(yīng)注意不能過(guò)度彎曲。 2.7 混合金屬氧化物陽(yáng)極 混合金屬氧

50、化物陽(yáng)極是在鈦基體上被覆一層具有電催化活性的混合金屬氧化物而構(gòu)成，最早應(yīng)用于氯堿工業(yè)，后推廣應(yīng)用于其它工業(yè)，包括陰極保護(hù)領(lǐng)域。由于采用鈦為基體，因而易于加工成各種所需的形狀，并且重量輕，這為搬運(yùn)和安裝帶來(lái)了方便。由于電極表面為高催化活性的氧化物層所覆蓋，在表面的一些缺陷處露出的鈦基體的電位通常不會(huì)超過(guò)2伏，因此鈦基體不會(huì)產(chǎn)生表面鈍化膜擊穿破壞（在土壤中使用時(shí)，外加電壓一般控制在60伏以下）?；旌辖饘傺趸镪?yáng)極還具有極優(yōu)異的物理、化學(xué)和電化學(xué)性能。其涂層的電阻率為10-7.m，極耐酸性環(huán)境的作用，極化小并且消耗率極低。通過(guò)調(diào)整氧化物層的成份，可以使其適于不同的環(huán)境，如海水、淡水、土壤中。

51、0;混合金屬氧化物陽(yáng)極在地床中于100A/m2，工作電流密度下使用壽命可達(dá)20年，其消耗速率約2mg/A.a，由于混合金屬氧化物陽(yáng)極具有其它陽(yáng)極所不具備的優(yōu)點(diǎn)，它已成為目前最為理想和最有前途的輔助陽(yáng)極材料。 犧牲陽(yáng)極接地電阻以及發(fā)電量計(jì)算  內(nèi)容： 一、陽(yáng)極接地電阻 Ra=ln(L/r)/2L Ra=陽(yáng)極接地電阻(ohms) =土壤電阻率(ohm-m) L=陽(yáng)極長(zhǎng)度(m) r=陽(yáng)極半徑（m） 需要指出的是，由于填料電阻率很低，陽(yáng)極的長(zhǎng)度和半徑是根據(jù)填料袋尺寸來(lái)確定。 二、陽(yáng)極驅(qū)動(dòng)電位&

52、#160;假設(shè)被保護(hù)結(jié)構(gòu)的極化電位為-1.0V，則驅(qū)動(dòng)電壓  V=V+1.0。 V=陽(yáng)極電位：高電位鎂陽(yáng)極-1.75V，低電位鎂陽(yáng)極-1.55V，鋅陽(yáng)極電位-1.10V。 三、陽(yáng)極發(fā)電量計(jì)算 陽(yáng)極實(shí)際發(fā)電量I=V/Ra四、應(yīng)用舉例： 某埋地管道，長(zhǎng)度為13公里，直徑159毫米，環(huán)氧粉末防腐層，處于土壤電阻率30歐姆.米環(huán)境中，犧牲陽(yáng)極設(shè)計(jì)壽命15年。計(jì)算陽(yáng)極的用量。 由于土壤電阻率較高，設(shè)計(jì)采用高電位鎂陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)。 1、被保護(hù)面積：A=×D×L D=管道直徑，159mm 

53、;L=管道長(zhǎng)度，13x103m A=3.14×0.159×13000=6490m2 2、所需陰極保護(hù)電流：I=A×Cd×（1-E）  I=陰極保護(hù)電流 Cd=保護(hù)電流密度，取10mA/m2 E=涂層效率，98% I=6490×10×2%=1298mA 3、根據(jù)設(shè)計(jì)壽命以及陽(yáng)極電容量計(jì)算陽(yáng)極用量 W=8760It/ZUQ I=陽(yáng)極電流輸出(Amps) t=設(shè)計(jì)壽命(years) U=電流效率(0.5) Z=理

54、論電容量(2200Ah/kg) Q=陽(yáng)極使用率（85%） W=陽(yáng)極重量(Kg) W=8760×1.298×15/（2200×0.5×0.85）=183Kg 選用7.7公斤鎂陽(yáng)極，需要24支。 4、根據(jù)陽(yáng)極實(shí)際發(fā)電量計(jì)算陽(yáng)極用量 Ra=ln(L/r)/2L Ra=陽(yáng)極接地電阻(ohms) =土壤電阻率(ohm-m) L=陽(yáng)極長(zhǎng)度(m) r=陽(yáng)極半徑（m） 7.7Kg陽(yáng)極填包后尺寸為：長(zhǎng)=762mm，直徑=152mm。 Ra=30×

55、;ln(2×0.762/0.152)/（2×3.14×0.762）=16.9假設(shè)管道的自然電位為-0.55V，極化電位-1.0V，保護(hù)電流1298mA，則管道的接地電阻為=0.35，加上導(dǎo)線電阻，則電路電阻共計(jì)17.5。 假設(shè)管道的極化電位為-1.0V，鎂陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電位為-1.75V，則鎂陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電壓為0.75V。 單支陽(yáng)極的輸出電流為：0.75/17.5=43mA，輸出1298mA電流需要陽(yáng)極為1298/43=30.1支，取30支。 由于根據(jù)接地電阻計(jì)算的陽(yáng)極用量大于根據(jù)電流量計(jì)算的陽(yáng)極用量，所以，取30支陽(yáng)極。 將30

56、支陽(yáng)極沿管道每隔433米埋設(shè)一支，然后與管道連接。5犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)實(shí)際壽命驗(yàn)算： t=WZUQ/8760I=30×7.7×2200×0.5×0.85÷（8760×1.298）=19 t=19years 犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的實(shí)際壽命為19年。 陰極保護(hù)主要參數(shù)與陰極保護(hù)準(zhǔn)則   內(nèi)容： 1、自然電位 自然電位是金屬埋入土壤后，在無(wú)外部電流影響時(shí)的對(duì)地電位。自然電位隨著金屬結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、表面狀況和土質(zhì)狀況，含水量等因素不同而異，一般有涂層埋地管道的自然電位在-

57、0.40.7VCSE之間，在雨季土壤濕潤(rùn)時(shí)，自然電位會(huì)偏負(fù)，一般取平均值-0.55V。     2、最小保護(hù)電位金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的最低電位值。一般認(rèn)為，金屬在電解質(zhì)溶液中，極化電位達(dá)到陽(yáng)極區(qū)的開(kāi)路電位時(shí)，就達(dá)到了完全保護(hù)。     3、最大保護(hù)電位     如前所述，保護(hù)電位不是愈低愈好，是有限度的，過(guò)低的保護(hù)電位會(huì)造成管道防腐層漏點(diǎn)處大量析出氫氣，造成涂層與管道脫離，即，陰極剝離，不僅使防腐層失效，而且電能大量消耗，還可導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生氫

58、脆進(jìn)而發(fā)生氫脆斷裂，所以必須將電位控制在比析氫電位稍高的電位值，此電位稱為最大保護(hù)電位，超過(guò)最大保護(hù)電位時(shí)稱為"過(guò)保護(hù)"。     4、最小保護(hù)電流密度 使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時(shí)所需要的保護(hù)電流密度，稱作最小保護(hù)電流密度，其常用單位為mA/m2表示。處于土壤中的裸露金屬，最小保護(hù)電流密度一般取10mA/m2。     5、瞬時(shí)斷電電位     在斷掉被保護(hù)結(jié)構(gòu)的外加電源或犧牲陽(yáng)極0.20.5秒中之內(nèi)讀取得結(jié)構(gòu)

59、對(duì)地電位。由于此時(shí)沒(méi)有外加電流從介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)，所以，所測(cè)電位為結(jié)構(gòu)的實(shí)際極化電位，不含IR降（介質(zhì)中的電壓降）。由于在斷開(kāi)被保護(hù)結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)對(duì)地電位受電感影響，會(huì)有一個(gè)正向脈沖，所以，應(yīng)選取0.20.5秒之內(nèi)的電位讀數(shù)。     為了便于實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)多年的實(shí)踐與研究，得出了以下幾個(gè)判斷結(jié)構(gòu)是否得到充分保護(hù)得判斷準(zhǔn)則。1、NACERP0169建議“在通電的情況下，埋地鋼鐵結(jié)構(gòu)最小保護(hù)電位為-0.85VCSE或更負(fù)，在有硫酸鹽還原菌存在的情況下，最小保護(hù)電位為-0.95VCSE，該電位不含土壤中電壓降（IR降）”。實(shí)際測(cè)量時(shí)，

60、應(yīng)根據(jù)瞬時(shí)斷電電位進(jìn)行判斷。目前流行的通電電位測(cè)量方法簡(jiǎn)便易行，但對(duì)測(cè)量中IR降的含量沒(méi)有給予足夠重視。其后果是很多認(rèn)為陰極保護(hù)良好的管道發(fā)生腐蝕穿孔。這方面的教訓(xùn)是很多的。如：四川氣田南干線，認(rèn)為陰極保護(hù)良好，但實(shí)際內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腐蝕深度在壁厚的10-19%的點(diǎn)多達(dá)410處；個(gè)別位置的點(diǎn)蝕深度達(dá)到50%。進(jìn)行斷電電位測(cè)量發(fā)現(xiàn)，很多點(diǎn)保護(hù)電位（斷電電位）沒(méi)有達(dá)到-0.85VCSE。有效的方法是實(shí)際測(cè)量幾點(diǎn)的IR降，保護(hù)電位按0.85+IR降來(lái)確定。IR降可以通過(guò)通電電位減去瞬時(shí)斷電電位來(lái)獲得，也可以用瞬時(shí)通電電位減去結(jié)構(gòu)自然電位來(lái)獲得。     &

61、#160;2、瞬時(shí)斷電電位與自然電位之差不得小于100mV。在有些情況下，在斷開(kāi)電源0.2-0.5秒內(nèi)測(cè)量斷電電位，待結(jié)構(gòu)去極化后（24或48小時(shí)后）再測(cè)量結(jié)構(gòu)電位（自然電位），其差值應(yīng)不小于100mV。也可以用通電電位（極化后）減去瞬時(shí)通電電位來(lái)計(jì)算極化電位。      3、最大保護(hù)電位的限制應(yīng)根據(jù)覆蓋層及環(huán)境確定，以不損壞覆蓋層的粘結(jié)力為準(zhǔn)，一般瞬時(shí)斷電電位不得低于-1.10VCSE。由于受舊規(guī)范的影響，很多人還認(rèn)為陰極保護(hù)最大電位不能低于-1.5VCSE。事實(shí)上這種觀念使錯(cuò)誤的，造成的危害也是巨大的。判斷陰極保護(hù)電位是否過(guò)大應(yīng)以

62、斷電電位為判斷基礎(chǔ)，只要斷電電位不低于-1.1VCSE（西歐為-1.15VCSE），通電電位再大也沒(méi)有關(guān)系。運(yùn)行維護(hù)1）陰極保護(hù)投入前的準(zhǔn)備和驗(yàn)收陰極保護(hù)投入前應(yīng)該對(duì)被保護(hù)管道進(jìn)行檢查。沒(méi)有絕緣就沒(méi)有保護(hù)，在施加陰極保護(hù)電流之前，必須確保管道各項(xiàng)絕緣措施正確無(wú)誤，管道表面防腐層應(yīng)無(wú)漏敷點(diǎn)，被保護(hù)管道應(yīng)具有連續(xù)性的導(dǎo)電性能。2）陰極保護(hù)站的日常維護(hù)管理檢查各電氣設(shè)備電路連接的牢固性，安裝的正確性，電器元件是否有機(jī)械障礙。檢查配電盤(pán)上熔斷器的保險(xiǎn)絲是否按規(guī)定接好。觀察電器儀表，在專用的表格上記錄輸出電流、通電電位數(shù)值，與之前的記錄對(duì)照是否有變化。定期檢查工作接地和避雷器接地，并保證其接電電阻不大于

63、10歐姆。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，做好通風(fēng)，防止儀器過(guò)熱。3)犧牲陽(yáng)極的維護(hù)1、管道犧牲陽(yáng)極的保護(hù)日常維護(hù)工作不多，除按外加電流陰極保護(hù)的要求進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)量，測(cè)試樁維護(hù)保養(yǎng)，絕緣接頭檢測(cè)，接地故障排除等工作外，建議每年測(cè)定各參數(shù)。據(jù)此分析管道保護(hù)狀況。若樣機(jī)性能變壞，則需采取相應(yīng)的措施。2、在年度檢測(cè)時(shí)，可以測(cè)量犧牲陽(yáng)極的輸出電流，修復(fù)斷開(kāi)的電纜。3、如果陽(yáng)極輸出電流明顯減小，而陽(yáng)極并沒(méi)有達(dá)到其壽命，陽(yáng)極電纜短路是常見(jiàn)的原因。可以將電流表串聯(lián)在陽(yáng)極電纜中測(cè)量陽(yáng)極輸出電流，也可以在陽(yáng)極電纜中串聯(lián)一支0.1的電阻，通過(guò)測(cè)量該電阻上的電壓降，計(jì)算陽(yáng)極電流輸出。4、陽(yáng)極的

64、接地電阻為陽(yáng)極開(kāi)路電位減去陽(yáng)極閉路電位再除以陽(yáng)極輸出電流。4）陰極保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析1、管道絕緣不良，漏電故障的危害在陰極保護(hù)站投入運(yùn)行，或犧牲陽(yáng)極保護(hù)投產(chǎn)一段時(shí)間后，出現(xiàn)了在規(guī)定的通電點(diǎn)位下，輸出電流增大，管道保護(hù)距離卻縮短的現(xiàn)象或者在犧牲陽(yáng)極的系統(tǒng)中，犧牲陽(yáng)極組的輸出電流量增大，其值已超過(guò)管道的保護(hù)電流需要，但保護(hù)點(diǎn)位仍達(dá)不到規(guī)定的指標(biāo)的現(xiàn)象。稱之為印記保護(hù)管道漏電。2、造成漏電的原因施工不當(dāng)、絕緣接頭失效或漏電、金屬套管穿越處、管道與接地網(wǎng)短路。3、如何判斷管道與接地網(wǎng)短路判斷接地極與管道是否短路，可采用測(cè)量電位的方式。利用參比電極分別測(cè)量管道和接地極的電位，短路的接地極電位和管道電位

65、是一樣的。或測(cè)量接地極及管道的之間的電位差，如果兩者之間電位為零，則可以判斷，接地網(wǎng)與管道短路。4、防腐層漏電點(diǎn)的查找利用DCVG查找管道防腐層破損點(diǎn)，從而確定管道的漏電點(diǎn)或短接點(diǎn)的方法。此方法首先將脈沖信號(hào)送到被測(cè)管道上，如果管道防腐層良好，流入管道的電流很弱，儀表沒(méi)有顯示。如果管道防腐層有破損，電流將從土壤中通過(guò)破損處漏入管道，電流的流動(dòng)會(huì)在周?chē)寥乐挟a(chǎn)生明顯的電位梯度。當(dāng)探測(cè)人員手持兩個(gè)參比電極在管道正上方探測(cè)行走時(shí)，伏特計(jì)獎(jiǎng)明信的抖動(dòng)，當(dāng)伏特計(jì)指針停止抖動(dòng)時(shí)，兩個(gè)參比電極的中間即為防腐層漏點(diǎn)位置。5)管道沿線近間距電位測(cè)量通常采用在測(cè)試樁上測(cè)量點(diǎn)位的方式來(lái)檢查陰極保護(hù)系統(tǒng)工作狀況，采用

66、這種方式，即便管道涂層出現(xiàn)漏點(diǎn)，如果該漏漏點(diǎn)距離測(cè)試樁較遠(yuǎn)，就很難通過(guò)測(cè)試樁電位測(cè)量來(lái)發(fā)現(xiàn)。因此，電位測(cè)量建和越近，測(cè)量結(jié)果越嫩反應(yīng)管道陰極保護(hù)的實(shí)際情況。為了消除IR降，在陰極保護(hù)電路中裝中短器，所有與被檢測(cè)管道相連的電源都要同時(shí)通斷，從而測(cè)量袋管道的通、斷電位。6)管道防腐層老化檢測(cè)電磁法可以反應(yīng)防腐層的總體狀況，管道埋深以及涂層缺陷位置。其原理是給管道輸入一個(gè)電壓信號(hào)，檢測(cè)器沿管道檢測(cè)信號(hào)的衰減程度。在防腐層均勻的情況下，信號(hào)的衰減呈平滑的曲線，當(dāng)信號(hào)有突然的衰減時(shí)，說(shuō)明該管道上有涂層漏點(diǎn)。7)陰極保護(hù)系統(tǒng)中維護(hù)種的安全問(wèn)題再去工地的路上，不論是乘車(chē)、乘船、乘飛機(jī)，都要注意安全。野外測(cè)量

67、時(shí)，注意毒蛇、猛獸的襲擊。在整流器上工作時(shí)，斷開(kāi)面板上的開(kāi)關(guān)不代表對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行操作就安全。應(yīng)該斷開(kāi)交流電源，并安裝安全鎖及標(biāo)簽。接觸整流器前要用電筆試一下外殼是否帶電。技術(shù)問(wèn)答1）什么是強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)？強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)又稱為外加電流系統(tǒng)，是在被保護(hù)結(jié)構(gòu)周?chē)浑娊赓|(zhì)環(huán)境中埋設(shè)輔助陽(yáng)極，通過(guò)一直流電源以輔助陽(yáng)極為陽(yáng)極，以被保護(hù)結(jié)構(gòu)為陰極，構(gòu)成供電回路，將直流電通向被保護(hù)的金屬，使被保護(hù)金屬?gòu)?qiáng)制變成陰極以實(shí)施陰極保護(hù)。2）什么是犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)？犧牲陽(yáng)極法是用一種電位比所要保護(hù)的金屬還要負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負(fù)的金屬不斷地腐蝕溶解所產(chǎn)生的電流來(lái)保護(hù)其它金屬的方法。3）強(qiáng)制電流陰