犧牲陽極法陰極保護方案

1、長輸管道犧牲陽極法陰極保護方案項目名稱：建設(shè)單位：施工單位：編制日期：2010年10月4日、概述2（一）原理2（二）犧牲陽極法陰極保護的優(yōu)點2（三）犧牲陽極材料2（四）陽極安裝方式6（五）測試系統(tǒng)7（六）應(yīng)用標準和規(guī)范7（七）主要測試設(shè)備和工具7、該項目管道犧牲陽極保護法的設(shè)計8、施工方法81、犧牲陽極法陰極保護施工安裝程序簡述如下：82、犧牲陽極法的施工：9一、概述（一）原理將被保護的金屬結(jié)構(gòu)連接一種比其電位更負的金屬或合金，該金屬或合金為陽極，依靠它的優(yōu)先溶解所釋放出的電流使金屬結(jié)構(gòu)陰極極化到所需的電位而實現(xiàn)保護，這種方法稱為犧牲陽極法陰極保護。（二）犧牲陽極法陰極保護的優(yōu)點1、不需要外部

2、電源；2、對鄰近金屬構(gòu)筑物無干擾或很?。?、電流輸出雖不能控制，但有自動調(diào)節(jié)傾向，且覆蓋層不易損壞。4、調(diào)試后，可不需日常管理；5、保護電流分布均勻，利用率高。（三）犧牲陽極材料1、作為犧牲陽極材料，必須滿足以下條件：1.1 有足夠負且穩(wěn)定的電位，不僅要有足夠負的開路電位，而且要有足夠的閉路電位（或稱工作電位，即在電解質(zhì)介質(zhì)中與金屬結(jié)構(gòu)連接時犧牲陽極的電位）。1.2 腐蝕率小，且腐蝕均勻，要具有高而穩(wěn)定的電流效率。犧牲陽極的電流效率是指實際電容量與理論電容量的百分比，以%!示。1.3 電化學(xué)當(dāng)量高，即單位重量產(chǎn)生的電流量大。1.4 工作中陽極的極化率要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落。1.5 腐蝕產(chǎn)物

3、不污染環(huán)境、無公害。1.6 材料來源廣泛，加工容易并價格低廉。2、鎂2.1 鎂陽極的特點是比重小、電位很負、對鐵的驅(qū)動加壓很大，且單位發(fā)生的電量大。2.2 鎂作為犧牲陽極，有較快的溶解速度，鎂在電解質(zhì)中溶液中的腐蝕行為是由本身很負的電位和表面上保護膜的性質(zhì)所決定。2.3 鎂的標準電極電位為-2.37V(SHE);非平衡電極電位則隨腐蝕性介質(zhì)的性質(zhì)而變，例如：鎂在海水中的電位為-1.5V(SCE),鎂在土壤之中的電位為1.5V至-1.6(SCE),鎂在堿溶液中的電位約為-0.84V(SCE)。鎂的電極電位與介質(zhì)的PH值有密切關(guān)系,PH值在酸性范圍內(nèi)，電位較負，因為生成的腐蝕產(chǎn)物氫氧化鎂在堿性介質(zhì)

4、中是難溶的。正因為鎂在酸性及中性介質(zhì)中的電位較負和保護膜的不穩(wěn)定性，所以鎂在酸性和中性介質(zhì)中的腐蝕速度較大。而在堿性介質(zhì)中，鎂的表面保護膜穩(wěn)定，電位較正，腐蝕速度則因此而降低。鎂作為犧牲陽極使用時，與電位較正的金屬相接觸，這時，鎂產(chǎn)生陽極化，會引起負的差異效應(yīng)，即在陽極極化的影響下，金屬的自溶大為增強。與其他犧牲陽極相比，鎂的自溶傾向最大，這是鎂陽極的電流效北較低的原因之一。雜質(zhì)及合金元素對鎂的腐蝕速度有很大的影響，鎂合金通常比鎂的腐蝕速度大。鎂陽極中的雜質(zhì)主要成分是鐵、銀、銅、鉆，其中特別是鐵的含量，由于這些金屬有較正的電位，引起額外的腐蝕(寄生腐蝕)而使鎂的陽極效率降低。添加鎰可以抑制鐵的

5、影響，因為鎰可以使鐵在熔鑄過程中沉淀出來，留在合金中的鐵元素會被鎰包圍起來，使鐵不能產(chǎn)生陰極性雜質(zhì)的有害作用。對鎂陽極影響較小的元素有：鎘、鎰、鈉、硅、鋅、鋁、鉛、鈣和銀等。用純鎂作為犧牲陽極材料，對雜質(zhì)的含量應(yīng)有一定的限制，通常應(yīng)是高純鎂(含鎂大于99.95%),雜質(zhì)鐵的含量應(yīng)控制在0.002%乂下。它的電位很負，機械加工性能好。鎂適用于電阻率較高的土壤和淡水中。鎂在海水中應(yīng)用時易造成過保護，或發(fā)生氫脆，故而很少用于海水中。鎂在碰撞時易產(chǎn)生火花，因而，一般不能用于有防爆要求的場合。2、陽極種類的選擇通常根據(jù)土壤電阻率選擇犧牲陽極的種類，根據(jù)保護電流的大小和使用壽命，選取陽極的規(guī)格和數(shù)量。在土

6、壤中犧牲陽極選擇的原則見表5-14表5-14土壤中犧牲陽極種類的應(yīng)用選擇土壤電阻率Q.m可選陽極種類100601004060<40<15<5（含Cl-）帶狀鎂陽極鎂（-1.7V）鎂鎂（-1.5V）鎂（-1.5V,鋅）鋅或Al-Zn-In-Si注：（1）在土壤潮濕情況下，鋅陽極范圍可擴大到30Q.m；（2）表中電位均相對于Cu/飽和CuSO修比電極。在土壤中使用犧牲陽極的形狀多為棒形，其橫截面有梯形和D形。在高電阻率的土壤中或某些特定場合，如套管內(nèi)管道的保護等則用帶狀犧牲陽極。3、工藝計算3.1單支陽極接地電阻按下列公式計算：d蘆笈3小工工好皿口（5-1）姆二百Z（m萬十tn0

7、十丁皿了）匕z-2n'2p/（5-2：式中：RW水平式有填料陽極接地電阻（Q）;Rv立式有填料陽極接地電阻（Q）;P土壤電阻率（Q.m）;pa填料電阻率（Q.m）;l陽極長度（m；La陽極填料柱長度（項；d陽極等效直徑,d=C為邊長（m）；D填料柱直徑（m；t陽極中心至地面的距離（項。3.2 組合陽極接地電阻的計算(53)式中：R總一陽極組總接地電阻（Q）;N陽極數(shù)量（支）；K修正系數(shù)，查圖52。fEFfihn配«同K3.3 陽極輸出電流的計算(5-4)_a-ea）_八ERg+Rc+R州R式中：Ia陽極輸出電流（A）；Ec陰極開品&電位（V）;Ea陽極開品&電

8、位（V）;ec陰極極化電位（V）;ea陽極極化電位（V）；Ra陽極接地電阻（Q）Rc陰極過渡電阻（Q）RN-回路導(dǎo)線電阻（Q）E陽極有效電位差（R回路總電阻（R）。式中：N陽極數(shù)量（支）；(5-5)IA所需保護電流（A）;Ia單支陽極輸出電流（A）；f備用系數(shù)，取23倍。3.5陽極工作壽命按下式計算T=O*|E（5-6）式中：T陽極工彳壽命（a）;W-陽極凈重量（kg）；陽極消耗率kg/（A.a）；I陽極平均輸出電流（A）。也可按該公式計算W（陽極總重量），以滿足陽極的設(shè)計壽命。（四）陽極安裝方式1、陽極地床為保證犧牲極在土壤中性能穩(wěn)定，在陽極四周要填充適用的填充料。犧牲陽極填充料有用袋裝和現(xiàn)

9、場鉆孔、挖坑填裝兩種方法，現(xiàn)場鉆孔填裝效果雖然好，但填料用量大，稍不注意，容易將土粒等雜物帶入填料中，影響填充料質(zhì)量，所以這種方法使用較少。犧牲陽極安裝中大多使用袋裝陽極，即將配置好的填充料放在滲透性材料制的袋中，包圍在陽極周圍（填料的厚度應(yīng)在各個方向均保持5-10mn）,然后放置在土坑中，再用細土回填、澆水、最后填平。2、陽極分布2.1 犧牲陽極在管道上的分布可采用單支或集中成組兩種方法，同組陽極宜選用同一批號或開路電位相近的陽極。2.2 犧牲陽極埋設(shè)分為立式和水平式兩種，埋設(shè)方向有軸向和徑向。陽極埋設(shè)位置一般距管道外壁3-5mm最小不宜小于0.3mm埋設(shè)深度以陽極頂部距地面不小于1m為宜，

10、對于北方地區(qū)，必須在凍土層以下。成組埋設(shè)時，陽極間距以2-3m為宜。2.3 在地下水位低于3m的干燥地帶，陽極應(yīng)當(dāng)加深埋設(shè)，對于河流、湖泊地帶，犧牲陽極應(yīng)盡可能埋設(shè)在河床（或湖底）的安全部位，以防洪水沖刷或挖泥清淤時損壞。2.4 在城市和管網(wǎng)區(qū)使用犧牲陽極時，要注意陽極和被保護的管道之間不應(yīng)有其他金屬構(gòu)筑物，如電纜等。（五）測試系統(tǒng)為了檢查地下鋼質(zhì)管道的保護狀態(tài)及效果，還應(yīng)安裝測試系統(tǒng)。犧牲陽極法陰極保護的測試系統(tǒng)應(yīng)能提供保護體的自然電位、陽極性能、保護電位的功能。通常在相鄰兩組犧牲陽極管段的中間部位設(shè)置一個可測量管道保護電位的測試樁，樁的間距以500m左右為宜。犧牲陽極測試樁處應(yīng)設(shè)有輔助片長

11、效參比電極，輔助試片的材質(zhì)應(yīng)與管道材質(zhì)相同。在這里可以測出管道的保護電位和陽極工作狀況，如陽極的輸出電流、陽極的接地電阻、陽極的開路電位和閉路電位，還可測量輔助試片的自然電位，用來比較鋼質(zhì)管道的保護情況。這里需要說明的是，犧牲陽極法陽極保護的各項參數(shù)的測試，應(yīng)當(dāng)在犧牲陽極埋入地下及填包料澆水10d后進行。另外，犧牲陽極投入運行后，應(yīng)定期進行監(jiān)測和維護，至少每半年一次。待犧牲陽極到達使用壽命時，測量的保護參數(shù)異常，或保護電位不能達到陰極保護標準，則說明陽極已“犧牲”完畢，應(yīng)更換安裝新的犧牲陽極，使管道繼續(xù)得到陰極保護。（六）應(yīng)用標準和規(guī)范1、埋地鋼質(zhì)管道陰極保護電參數(shù)測試方法SY/T0023-9

12、72、埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護設(shè)計規(guī)范SY/T0019-973、鋼質(zhì)管道及儲罐防腐工程設(shè)計規(guī)范SY0007-994、陰極保護管道的電絕緣標準SY/T0086-955、埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護技術(shù)標準SY/T0017-96（七）主要測試設(shè)備和工具本工程檢測和測試工作所使用的主要測試設(shè)備和工具表廳P項目單位數(shù)量1土壤電阻測試儀臺12數(shù)字力用表臺23CS還比電極個44數(shù)據(jù)采集器臺25舊M筆記本電腦臺16施工車輛臺27照明設(shè)備套4二、該項目管道犧牲陽極保護法的設(shè)計該管道為長輸管道，管徑1200mm,為配合其它防腐措施，擬采用如下犧牲陽極保護法。犧牲陽極選用鎂陽極，1km設(shè)4組，每組由4支14kg的

13、鎂陽極組成，其中3組直接焊在管道上，1組通過測試樁連接，以便進行電參數(shù)測量，了解陽極使用壽命。共埋設(shè)鎂陽極188支，距管道垂直距離）1.5m,陽極周邊用填料包圍以減少接地電阻及促進腐蝕產(chǎn)物的溶解。匯流點及中間點設(shè)測試樁47支，測試樁基本按照1支/km的原則埋設(shè)，并附有1支長壽命參比電極。在管道穿越公路、鐵路等處設(shè)有套管的部位實施了鎂帶陽極保護，以使套管內(nèi)受屏蔽的管道得到保護，鎂帶規(guī)格為19m訴9.5mm施工時沿螺旋焊縫方向纏繞，使保護電流盡可能地均勻。三、施工方法1、犧牲陽極法陰極保護施工安裝程序簡述如下：袋裝陽極制作一陽極床定位一陽極床開挖一陽極埋設(shè)-陽極澆水浸透飽和及各參數(shù)測試一陽極通電點

14、處理及焊接7通電點導(dǎo)通測試一通電點補口防腐（補口處防腐材料與管體防腐材料是匹配的）陽極回填一標記記錄。2、犧牲陽極法的施工：2.1 鋅陽極安裝2.1.1 犧牲陽極的施工：犧牲陽極土壤中的施工，包括埋設(shè)前的組裝、陽極的填充和埋高。2.1.2 鋅陽極與陽極電纜的組裝陽極與電纜之間的聯(lián)接采用錫焊。在焊接點上涂覆環(huán)氧涂料，加纏電工膠布和絕緣膠帶，再包覆熱收縮套，并再纏膠帶保護。必須保證焊接牢固并且絕緣性能良好。2.1.3 陽極安裝前準備在組裝犧牲陽極之前，應(yīng)檢驗陽極表面是否有油污和氧化物。犧牲陽極表面的油污和氧化物能降低陽極的活性，影響陽極電流的發(fā)生，所以陽極表面如存在油污和氧化物，應(yīng)采用砂紙將陽極表

15、面打磨干凈。填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場進行，應(yīng)保證陽極四周的填料厚度一致、密實，各邊厚度不小于50mm填料應(yīng)調(diào)拌均勻，不得混入石塊、泥土、雜草等。每支陽極需用填料約50Kg。2.1.4 陽極電纜與PCCPf的連接電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊，無論哪種焊接手段都要求：焊接牢固，焊縫均勻，焊接點電阻要求小于4X104Q,焊接點強度大于焊接后銅芯電纜的承載力。焊接完成且溫度降低后進行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進行補口，補口材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。在電位測試裝置處，陽極電纜與管道測試電纜在測試樁內(nèi)連接。陽極電纜敷設(shè)時應(yīng)留有足夠余量，在焊點及其他連接處預(yù)留蛇形彎，防

16、止電纜或焊點受力拽脫。2.1.5 陽極埋設(shè)當(dāng)管道的安裝與鋅陽極埋設(shè)同步進行時，犧牲陽極的埋設(shè)位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應(yīng)小于0.3m。陽極可埋設(shè)在管道的側(cè)方或側(cè)下方，視現(xiàn)場具體工況條件，可選擇立式或臥式埋設(shè)。埋設(shè)深度必須在凍土層以下，一般要求與管道深度一致。見下圖。圖1陽極位置示意圖對于已安裝完的管道，陽極埋設(shè)可在管道中心位置，使得陽極包的中心位置與管道中心位置在同一高程上，施工采用人力鉆孔的施工方法。鉆孔直徑為中400,陽極包采用豎向布置。2.1.6 陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后，對坑內(nèi)澆水，坑內(nèi)水位必須完全浸沒填料包，且坑內(nèi)積水必須保持一段時間，以便徹底浸填料包。2.1

17、.7 陽極床回填陽極床回填時，應(yīng)向陽極床內(nèi)回填細土，禁止向坑內(nèi)回填沙石、水泥塊、塑料等雜物。過河管道部分鎂陽極安裝要求對于已安裝完的管道，陽極埋設(shè)可在管道中心位置，使得陽極包的中心位置與管道中心位置在同一高程上，施工采用人力鉆孔的施工方法。鉆孔直徑為中400,陽極包采用豎向布置。2.1.8 陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后，對坑內(nèi)澆水，坑內(nèi)水位必須完全浸沒填料包，且坑內(nèi)積水必須保持一段時間，以便徹底浸填料包。2.1.9 陽極床回填陽極床回填時，應(yīng)向陽極床內(nèi)回填細土，禁止向坑內(nèi)回填沙石、水泥塊、塑料等雜物。2.2 過河管道部分鎂陽極安裝要求2.2.1 鎂陽極與陽極電纜的組裝陽極與電纜之間的聯(lián)接采

18、用錫焊。在焊接點上涂覆環(huán)氧涂料，加纏電工膠布和絕緣膠帶，再包覆熱收縮套，并再纏膠帶保護。必須保證焊接牢固并且絕緣性能良好。2.2.2 陽極安裝前準備在組裝犧牲陽極之前，應(yīng)檢驗陽極表面是否有油污和氧化物。犧牲陽極表面的油污和氧化物能降低陽極的活性，影響陽極電流的發(fā)生，所以陽極表面如存在油污和氧化物，應(yīng)采用砂紙將陽極表面打磨干凈。填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場進行，應(yīng)保證陽極四周的填料厚度一致、密實，各邊厚度不小于50mm填料應(yīng)調(diào)拌均勻，不得混入石塊、泥土、雜草等。每支陽極需用填料約50Kg。2.2.3 陽極埋設(shè)犧牲陽極的埋設(shè)位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應(yīng)小于0.3m。陽極可埋設(shè)在管道的

19、側(cè)方或側(cè)下方，視現(xiàn)場具體工況條件，可選擇立式或臥式埋設(shè)。埋設(shè)深度必須在凍土層以下，一般要求與管道深度一致。2.2.4 陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后，對坑內(nèi)澆水，坑內(nèi)水位必須完全浸沒填料包，且坑內(nèi)積水必須保持一段時間，以便徹底浸填料包。2.2.5 陽極床回填陽極床回填時，應(yīng)向陽極床內(nèi)回填細土，禁止向坑內(nèi)回填沙石、水泥塊、塑料等雜物。2.2.6 陽極電纜與鋼管的連接鎂陽極埋設(shè)就位后，在管道的環(huán)氧煤瀝青涂層上開60X60mme小開口，將開口處理干凈，去除油漆、水、泥、油污等雜物，將陽極電纜上預(yù)制的方鋼片與鋼管電焊連接，焊接后清除焊渣，經(jīng)質(zhì)檢后，涂刷防腐涂料，達到與管道同級的防腐等級。陽極電纜敷設(shè)

20、時應(yīng)留有足夠余量，在焊點及其他連接處預(yù)留蛇形彎，防止電纜或焊點受力拽脫。2.3 過路管道部分鎂陽極安裝要求2.3.1 鎂陽極安裝技術(shù)要求由于套管內(nèi)外的腐蝕環(huán)境不同，將過路部分鋼質(zhì)管道分成兩部分。套管外部鎂陽極的安裝同過河管道部分相同。套管內(nèi)部采用串狀鎂陽極保護，串狀鎂陽極的安裝隨鋼管的安裝同時進行，將鎂陽極鋼絲鐵芯直接焊接在鋼管上。焊接及補口要求同過河管道部分。2.4 電位測試樁的安裝測試樁安裝要求測試樁樁體由水泥制成，地上部分高約80公分，地下部分高60公分以上。內(nèi)設(shè)陰極測試端子和參比電極測試端子。在管底位置埋設(shè)一支二氧化鎰參比電極或長效硫酸銅參比電極。電位測試樁只提供保護電位數(shù)據(jù)，可按設(shè)定

21、的頻率進行人工測量，以了解和掌握陰極保護效果。2.5 智能監(jiān)測裝置的安裝智能監(jiān)測樁安裝要求智能監(jiān)測樁安裝應(yīng)按圖紙要求和設(shè)備安裝說明進行。2.6 預(yù)留電纜的安裝2.6.1 預(yù)留電纜與PCCPf的連接電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊，無論哪種焊接手段都要求：焊接牢固，焊縫均勻。焊接完成且溫度降低后進行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進行補口，補口材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。2.6.2 預(yù)留電纜的引到地表預(yù)留電纜在完成和PCCP1連接后，垂直向上引至地表附近，電纜敷設(shè)時應(yīng)留有足夠余量，在焊點及其他各處打蛇形彎，防止電纜或焊點受力。2.7 標識在管溝回填過程中和完成后，承包商應(yīng)詳細記錄陽極預(yù)留電纜的位置，并選擇合理有效的標識方式，確保日后能順利找到預(yù)留電纜。2.8 陰極保護系統(tǒng)的調(diào)運2.8.1 犧牲陽極保護參數(shù)投產(chǎn)測試，必須是在陽極埋入地下及填包料澆水10天后進行。2.8.2 犧牲陽極投入運行后應(yīng)進行一下項目的測試點位：陽極開路點位，陽極閉路點位，管道開路點位，管道保護點位，測試片自然點位。陽極輸出電流。陽極接地電阻。埋設(shè)點的土壤電阻率。2.8.3 犧牲陽極投入運行后，應(yīng)定期進行監(jiān)測和維護，至少每半年一次。2.9 質(zhì)量檢驗標準2.9.1 陽極連接電纜其埋設(shè)深度不得小于0.8m,四周應(yīng)填墊素土或細砂，具上部覆蓋有水泥蓋板或紅磚。