管道陰極保護理論與實踐[自動保存的]1

1、油氣管道腐蝕防護技術(shù)油氣管道腐蝕防護技術(shù)v 第一章第一章 埋地管道腐蝕機理埋地管道腐蝕機理v 第二章第二章 防腐層防腐層v 第三章第三章 犧牲陽極陰極保護犧牲陽極陰極保護v 第四章第四章 外加電流陰極保護外加電流陰極保護v 第五章第五章 陰極保護設(shè)施及安裝陰極保護設(shè)施及安裝v 第六章第六章 陰極保護測量技術(shù)陰極保護測量技術(shù)v 第七章第七章 陰極保護判斷標準陰極保護判斷標準v 第八章第八章 雜散電流腐蝕雜散電流腐蝕電化學理論電化學理論1.電化學術(shù)語2.電學定律3.基礎(chǔ)化學一、電學術(shù)語電子：電子是帶有負電荷的離子。電壓：電壓是推動電荷運動的能量，單位：伏特、毫伏和微伏。電流：電流是沿導電路徑的電荷

2、流，單位：安、毫安、微安。電阻：電荷在材料中運動時遇到的阻力，單位：歐姆。電阻率：定義為一個邊長1cm立方體的兩個平面之間的電阻，電解質(zhì)電阻率的常用單位為歐姆厘米。腐蝕和陰極保護中涉及到的電解質(zhì)包括土壤和液體（水）。電解質(zhì)的電阻率變化非常大，低至30 cm，高達500000 cm。當進行環(huán)境腐蝕性的評定及陰極保護系統(tǒng)的設(shè)計時，電解質(zhì)的電阻率是個重要因素。二、電學定律歐姆定律：電路中電壓和電流的比率與電阻的關(guān)系。功率：功率是電裝置消耗的能量。 基爾霍夫定律電壓定律：任何閉合回路的電源電壓之和等于該回路中每個電阻兩端電壓降之和（串聯(lián)電路）。電流定律：一點上流出的電流和流入的電流是相等的（并聯(lián)電路）

3、。 三、基礎(chǔ)化學原子：一個原子有一個原子核和軌道電子組成。原子核是由帶正電荷的粒子（質(zhì)子）和中子組成。對于給定的原子，質(zhì)子數(shù)等于帶負電的電子數(shù)，一個原子不帶靜電荷。離子：帶電粒子稱為粒子。陰離子：得電子而形成的離子稱為陰離子。陽離子：失去電子而帶正電荷的離子，稱為陽離子。2PI RPEI四、基礎(chǔ)電化學氧化：原子或者分子失去電子，從而形成一個帶正電的離子的過程。發(fā)生氧化的電極或者金屬部位稱為陽極。還原：原子或者分子得到電子，從而形成一個陰離子或者中性元素。當原子或者分子得到電子，發(fā)生還原反應。發(fā)生還原的電極或者金屬的部位稱為陰極。電解質(zhì)：電解質(zhì)是具有導電性離子的溶液。腐蝕電池：腐蝕是電子和離子流

4、動的電化學過程。金屬的損失（腐蝕）發(fā)生在陽極。陰極沒有金屬的損失（陰極被保護）。電化學腐蝕伴隨有電子通過金屬/電解質(zhì)界面轉(zhuǎn)移過程。腐蝕電池的四個部分：陽極、陰極、電解質(zhì)、金屬通路。ee2eFFee3eFF第一章 埋地管道腐蝕機理腐蝕的定義：金屬與周圍的電解質(zhì)發(fā)生反應、從原子變成離子的過程稱為腐蝕。金屬電動勢排序（cse）由于管道是埋地的，土壤中含有水分、空氣、酸、堿和水溶性礦物鹽及微生物，這些因素都會使金屬管道發(fā)生腐蝕。腐蝕會導致設(shè)備破壞而引發(fā)事故，如火災、爆炸、有毒氣體泄漏等，除了造成經(jīng)濟損失以及環(huán)境破壞外，還會傷及生命，必須對腐蝕給予高度重視。一、腐蝕發(fā)生的過程一、腐蝕發(fā)生的過程當金屬浸入

5、電解液后，金屬里的電子吸引著溶液中的陽離子，使之盡可能靠近金屬表面，在金屬/溶液界面上形成雙電層。雙電層的建立使得金屬與溶液之間產(chǎn)生電位差，這個電位差叫做該金屬在這種溶液中的電極電位（腐蝕電位），簡稱電位。在金屬表面，不同的部位，電極電位不一樣。電位較低的為陽極、電位較高的為陰極。電子離開陽極沿金屬向陰極移動，而位于陽極區(qū)的金屬原子由于失去電子而成為帶正電的離子、進入電解質(zhì)，與電解質(zhì)中的負離子發(fā)生反應而形成腐蝕產(chǎn)物，金屬發(fā)生腐蝕。在陰極區(qū)，由于存在多余的電子，金屬不會發(fā)生腐蝕，化學反應在電解質(zhì)中發(fā)生，如：析氫。我們把電解液中正離子移動的方向定義為電流方向，所以，在電解質(zhì)中，電流由陽極流向陰極。

6、二、腐蝕電極反應二、腐蝕電極反應任何一種電化學腐蝕反應至少包括一個陽極反應和一個陰極反應，并伴隨有金屬內(nèi)部的電子流動和介質(zhì)中離子的定向遷移。陽極：在電化學反應中發(fā)生氧化反應的電極。陰極：在電化學反應中發(fā)生還原反應的電極。電解液：含有離子的溶液，一般指土壤、水、潮氣等。導體：電子遷移的途徑（金屬導體）。上述四部分組成一個腐蝕電池。電位差是腐蝕發(fā)生的內(nèi)在動力，電氣通路是發(fā)生腐蝕的充分條件，缺少任何一項腐蝕就停止。三、活性極化及濃度極化三、活性極化及濃度極化極化：電流的流動而引起結(jié)構(gòu)表面電位的偏移?；钚詷O化：有充分的反應物，控制反應速度的主要因素是電子的供給速度。濃度極化：有充分的電子供應，控制反應

7、速度的是反應物供給速度。四、腐蝕的形式四、腐蝕的形式均勻腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、點蝕、選擇性腐蝕、沖蝕、環(huán)境開裂（腐蝕疲勞、氫脆、應力腐蝕開裂）。五、管道腐蝕的原因五、管道腐蝕的原因如果鋼鐵表面存在扎屑，與周圍的金屬相比，雜屑電位較正，為陰極，周圍的金屬失去電子而發(fā)生腐蝕，通常會發(fā)生點蝕。如果不同的金屬處于同一電解質(zhì)并且電氣連接，較活潑的金屬將發(fā)生腐蝕。在通氣條件差（氧含量低）的環(huán)境下，鋼結(jié)構(gòu)對地電位較低，為陽極發(fā)生腐蝕。埋設(shè)在道路下面的管道，對地電位較低，為陽極，首先發(fā)生腐蝕。含水量大的位置，金屬為陽極，發(fā)生腐蝕。當管道經(jīng)過沼澤進入沙漠地帶時，該現(xiàn)象尤為突出。儲罐或管道處于土壤不均勻的環(huán)境

8、時，引起腐蝕。管道經(jīng)過不同不同性質(zhì)土壤時，將形成腐蝕電池，陽極段發(fā)生腐蝕。六、雜散電流腐蝕六、雜散電流腐蝕雜散電流：沿規(guī)定路徑之外的途徑流動的電流。雜散電流腐蝕：由于雜散電流流動而引起的腐蝕。直流電車系統(tǒng)以及陰極保護系統(tǒng)經(jīng)常成為雜散電流源。當管道防腐層較差時，雜散電流從管道的一個部位流入，沿管道流動一段距離后，在涂層缺陷處離開管道。在電流進入的部位，管道得到保護；在電流離開的部位，管道發(fā)生腐蝕。七、土壤酸堿度的影響七、土壤酸堿度的影響當介質(zhì)中的H+過量，則為酸性。當介質(zhì)中存在過量的OH-離子，則介質(zhì)為堿性的。對于很多金屬，Ph值低于4時，腐蝕速率顯著增加。Ph在4和8之間，腐蝕速率與Ph值無關(guān)

9、。高于8，環(huán)境變得有鈍化性能，因此腐蝕速率下降。Ph值對鐵、兩性金屬的影響（鋁、鋅、鉛）鉛、鋁、鋅的腐蝕速率在ph高于8時，趨向于增加，這是由于這些金屬表面的氧化膜在很強的酸和堿中發(fā)生溶解，并且金屬發(fā)生腐蝕。在低和高的PH值得情況下，都發(fā)生腐蝕的金屬稱為兩性金屬。PH值對于評價土壤的腐蝕性沒有太大意義，但當懷疑有酸性污染時，應當對其進行測量。在PH值低于4時，犧牲陽極自身腐蝕加劇，難以對結(jié)構(gòu)提供保護。第二章第二章 防腐層防腐層一、防腐層的要求一、防腐層的要求防腐層：涂在管道表面的絕緣材料，把存在著許多不同電極區(qū)域的管道同電解質(zhì)隔開，消除腐蝕電池通路來防止腐蝕。防腐層是防止埋地管道腐蝕的第一道屏

10、障。防腐層要求：良好的絕緣性能、防止水分侵入、涂敷方便、耐老化、土壤應力性能好、與管道表面粘結(jié)性好、耐沖擊能力好、絕緣性能穩(wěn)定，耐陰極剝離性能好，容易修復。二、管道表面預處理二、管道表面預處理鋼材表面處理方法：工具除銹、噴射除銹、酸洗。工具除銹的質(zhì)量等級及其質(zhì)量要求St2徹底的手工和動力工具除銹：鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油氣涂層等附著物。St3非常徹底的手工和動力工具除銹：鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油氣涂層等附著物。除銹應比St2更徹底，底材顯露部分的表面應具有金屬光澤。噴射除銹ISO預處理標準及要求Sa1輕度的噴射或拋

11、射除銹（清掃級）：鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物。Sa2徹底的噴射或拋射除銹（工業(yè)級）：鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物。Sa2.5非常徹底的噴射或拋射除銹（近白級）：鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，任何殘留的痕跡應僅是點狀或條紋的輕微色斑。Sa3使鋼材表觀潔凈的噴射或拋射除銹（白級）：鋼材表面應無可見的油脂和污垢，并且沒有附著不牢的氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附著物，該表面應顯示均勻的金屬色澤。管道除銹要滿足相應的標準要求，一般需要達到Sa2.5級，具有一

12、定錨紋深度（表面峰谷與峰頂間距），一般為5070微米。三、石油瀝青防腐層三、石油瀝青防腐層石油瀝青涂層是一種傳統(tǒng)的防腐層，由底漆、石油瀝青層、加強玻璃布、聚氯乙烯外包膜組成，具有優(yōu)良的防水性能，加上價格便宜，耐候性及對多種物體的粘結(jié)性較好，施工簡單，技術(shù)成熟，大量用于金屬管道防腐，現(xiàn)在已經(jīng)淘汰。瀝青涂層缺點是感溫性極大，高溫軟化，易熔融，低溫下變脆，沖擊時易產(chǎn)生龜裂，埋在有巖石的土壤里時，管道要增加機械保護層或在溝內(nèi)填充砂土，因而增加了費用。易受細菌侵蝕，植物根系影響，勞動條件差，損耗大。陰極保護電流密度50100uA/。四、環(huán)氧煤瀝青防腐層四、環(huán)氧煤瀝青防腐層環(huán)氧煤瀝青是以環(huán)氧樹脂和煤瀝青為

13、基料，加熱混溶，添加適量溶劑，防銹顏料和填料，將混合研磨制成。具有優(yōu)良的耐水性，防腐性及良好的粘結(jié)力，機械強度和絕緣性等優(yōu)點，可以冷涂。環(huán)氧煤瀝青涂料的缺點是涂后需要較長的固化時間，才能達到可供運輸?shù)钠鸫a強度要求，及時在夏季，也要1-2天。在固化期間，風沙、雨水、霜雪都對防腐層表面有不良影響。在氣溫低時無法施工。環(huán)氧煤瀝青主要用于下列場合：管徑較小或工程規(guī)模較小，運輸條件較好的管道施工。管道防腐層大修。保溫管道的底層防腐層。原油儲罐防腐。陰極保護電流密度50-100uA/。五、三層五、三層PE防腐層防腐層1、防腐層結(jié)構(gòu)：第一層（底層60-100um）是熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層；第二層（中間層125-

14、250um）是共聚物膠粘劑層；第三層（外層1500-3000um）是聚乙烯或者聚丙烯防腐層。2、各層的功用為：底層作用一是增強對鋼管表面的附著力，二是起防腐作用；中間層主要起將底層和外層粘連成一體的作用，外層主要起保護作用。 3、三層結(jié)構(gòu)防腐層特點：具有極佳的機械強度，施工性好；防腐層耐土壤應力好；防腐層柔韌性好；所需陰極保護電流密度小于10uA/，可減少陰極保護站數(shù)。4、三層機構(gòu)防腐層問題三層結(jié)構(gòu)防腐層影響質(zhì)量的因素較多，質(zhì)量控制難度大；所需涂敷設(shè)備較復雜，對工人技能要求高；環(huán)氧粉末底層太薄，而且難以控制和檢驗；現(xiàn)場補口，異型管件防腐層難以與管體匹配；存在陰極保護電流屏蔽弱點；一次投資較大。

15、5、三層結(jié)構(gòu)防腐層使用場合、三層結(jié)構(gòu)防腐層使用場合管線河流穿越段；石方段和回填條件較差管段；防腐預制場離施工現(xiàn)場較遠的管線；雜散電流嚴重的地域管線。六、熱收縮帶剝離后的陰極保護屏蔽問題六、熱收縮帶剝離后的陰極保護屏蔽問題陰極保護電流只有到達金屬表面才能夠?qū)σ种聘g起作用。對于收縮帶補口的方式，由于收縮帶與管體防腐層粘結(jié)能力差，受日照或土壤應力作用，容易起皺、開裂。焊縫處很難做到無氣泡，無空鼓，如果水分進入收縮帶下面，水分會沿焊縫進入內(nèi)部。由于收縮帶的絕緣作用，陰極保護電流無法到達腐蝕表面，不能阻止腐蝕。第三章第三章 犧牲陽極陰極保護犧牲陽極陰極保護一、陰極保護技術(shù)一、陰極保護技術(shù)陰極保護是利用

16、通電方式防止、減緩金屬腐蝕的技術(shù)。實踐證明，防腐層與陰極保護相結(jié)合，是最佳的防腐措施。該技術(shù)在1824年首先被用在保護英國海軍的艦艇（利用鋅陽極保護船只的銅釘），20世紀20年代，美國用來保護油氣管道。我國是在62年首次在克拉瑪依至獨山子輸油管道上應用，陰極保護技術(shù)應用目前越來越廣泛，從最初的船舶發(fā)展到目前的儲罐、管道、橋梁、碼頭、鉆井平臺的保護。正確的應用陰極保護技術(shù)，可以極大的延長金屬設(shè)施的使用壽命，最大限度的創(chuàng)造經(jīng)濟效益。二、陰極保護的定義二、陰極保護的定義陰極保護是通過采取措施，使保護金屬表面各點電位達到一致，而減緩其腐蝕的技術(shù)。強制電流從周圍電解質(zhì)中流向被保護結(jié)構(gòu)表面，是金屬表面陽極

17、部位的電位下降到陰極部位的電位，消除表面的陽極區(qū)，就可抑制陽極區(qū)表面電子釋放，腐蝕得到抑制。根據(jù)供電方式不同，分為犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。三、金屬電動勢排序三、金屬電動勢排序CSE四、犧牲陽極陰極保護四、犧牲陽極陰極保護根據(jù)金屬在電動勢排序列中相對位置的不同，當將兩種金屬連接在一起，并處于同一電解質(zhì)中時，電流將從較活潑的金屬流向較惰性的金屬，為較惰性的金屬提供保護。該方法是利用電化學反應提供電流。通過將被保護結(jié)構(gòu)與較活性的金屬連接在一起，使被保護金屬結(jié)構(gòu)變成陰極；而較活性的金屬變成陽極。利用這一原理，將金屬管道與較活潑的金屬連接，使金屬管道得到保護電流。如圖，當管道與鎂陽極連接在一

18、起時，管道表面電位降低，直到管道表面不再存在陽極或陰極，所以消除了管道表面電流在陰、陽極之間的流動，從而消除了腐蝕。五、犧牲陽極材料五、犧牲陽極材料陽極材料應具備的條件：電位足夠負；電流輸出要穩(wěn)定；陽極材料的電容量要大；高的電流效率；溶解均勻，容易脫落；材料價格低廉，來源充分。常用的陽極材料包括：鎂、鋅、鋁。由于在提供保護的同時，陽極被消耗掉，所以這些陽極被稱為犧牲陽極。六、犧牲陽極保護應用六、犧牲陽極保護應用應用范圍：可以用于電流需求量小，土壤電阻率低的金屬結(jié)構(gòu)陰極保護。優(yōu)點：應用靈活、易于安裝、維護簡單、不需要電源、不會產(chǎn)生腐蝕干擾。缺點：輸出電流小、僅應用于需求電流小的場合（一般小于1A

19、）。驅(qū)動電壓低，僅用于低土壤電阻率環(huán)境（小于50 m，不超過100 m）。七、犧牲陽極的消耗計算七、犧牲陽極的消耗計算犧牲陽極的理論電容量并非全部用于陰極保護，部分會由于自腐蝕而消耗。陽極效率是實際電輸出與理論電輸出之比。當80%的陽極被消耗后就認為陽極失去效用，所以在設(shè)計中采用的陽極利用系數(shù)為80%。W 陽極重量 kg， I電流輸出Amps，t 設(shè)計壽命Yr，U利用系數(shù) 0.85Z 理論電容量, Q 陽極效率1、鎂陽極鎂陽極性能：開路電位-1.75V CSE -1.55V CSE 陽極效率 0.5 理論電容量 2200Ah/kg鎂陽極的電流效率約50%，受環(huán)境影響還可能更低，當土壤或水中含鹽

20、量t 8766IWUZQ 較低時，電流輸出小，因而，其自身腐蝕相對較大，電容量下降。當土壤電阻率高時，陽極輸出電流小當土壤電阻率高時，陽極輸出電流小，陽極表面容易發(fā)生鈍化，進一步加大接地電阻，使陽極輸出電流進一步減小。一般不超過50 m。溫度升高時溫度升高時，自身腐蝕加劇，效率降低。最高使用溫度可以達到100，在海水中，其壽命很短，不宜采用。鎂陽極應用場合：土壤電阻率30-50 m環(huán)境，不宜在土壤電阻率大于100 m的環(huán)境應用。熱點保護：鎂陽極可以用來減小雜散電流的影響或?qū)艿肋M行局部保護，如防腐層破損點，閥室或者套管處。由于鎂陽極與鋼鐵碰撞會產(chǎn)生電火花，不宜在防爆區(qū)域安裝。2、鋅陽極鋅陽極性

21、能：開路電位-1.10V CSE 環(huán)境溫度 49理論電容量 827Ah/kg當環(huán)境溫度超過54時，鋅陽極電位發(fā)生正向偏移甚至會比鋼的電位更正，鋅陽極一般應用在環(huán)境溫度低于49的環(huán)境中。鋅陽極與鋼鐵之間的電位差約為0.25V，電位差相比較小，一般僅用于土壤電阻率小于15 m的土壤或海水中，也可用作接地電池或接地極。3、鋁陽極鋁犧牲陽極化學成分%鋅元素的存在是保證陽極最初工作時表面的活性；銦或水銀的存在是保證鋁陽極表面的長期活性；銅和鐵的存在會降低鋁陽極的電容量，并使陽極電為變正，所以添加一定數(shù)量的硅元素予以消除。主要應用于氯離子過高的海水、原油儲罐內(nèi)壁，或電阻率小于200 m的咸水中；溫度高于7

22、0時，電流效率下降；不適于在土壤、淡水中應用。八、犧牲陽極回填料八、犧牲陽極回填料如果直接將陽極埋設(shè)在土壤中，由于土壤成分的不同，會加劇陽極的自身腐蝕，并使陽極消耗不均勻，所以需要加裝回填料。填料可以吸收、保持水分，降低陽極接地電阻，提高陽極效率，保證陽極表面均勻消耗。腐蝕產(chǎn)物易于移開陽極表面。回填料的成分一般為：石膏粉75% 膨潤土20% 粘土 硫酸鈉5% 42a2C SOH O4aN SO第四章第四章 外加電流陰極保護外加電流陰極保護一、外加電流陰極保護系統(tǒng)組成一、外加電流陰極保護系統(tǒng)組成該陰極保護系統(tǒng)由整流電源、地床、參比電極、連接電纜組成。二、工作原理二、工作原理該方式是利用外部電源和

23、輔助陽極，迫使電流通過輔助陽極從周圍介質(zhì)中流向被保護結(jié)構(gòu)，從而消除腐蝕，又稱為強制電流陰極保護。整流電源將交流電變成直流電，電流離開電源正極后，通過地床進入土壤，并通過土壤流向管道。在管道上匯流點集中后，流向電源負極構(gòu)成回路三、外加電流陰極保護應用三、外加電流陰極保護應用陽極地床：多支陽極組成的接地極，將電流從電源輸送到土壤中。匯流點：電源負極與被保護結(jié)構(gòu)的連接點。優(yōu)點：輸出電壓可以調(diào)節(jié)，可以用來保護大型甚至沒有防腐層的結(jié)構(gòu)，其應用受土壤電阻率影響不大；陽極用量較小，開挖工作量小。缺點：需要電源，日常維護費用高；距離管道一般大于50米。需要額外用地。需要檢測臨近結(jié)構(gòu)是否受到腐蝕干擾。有破壞油漆

24、、防腐層的危險。陽極電纜連接頭要嚴格密封，一旦與土壤接觸，將會很快腐蝕斷。需要謹慎連接電纜，極性接錯將加速腐蝕。四、整流電源要求（恒電位儀）四、整流電源要求（恒電位儀）根據(jù)設(shè)置的不同，它可以恒電位、恒電壓、恒電流輸出?？煽啃愿?，壽命長，維修簡單。輸出電壓、電流可調(diào)，具有抗過載、防干擾、故障保護等功能。輸出、輸入端有防雷、防電沖擊保護裝置。陰極電纜不能兼作零位接陰，輸出電壓一般不超過50V。五、輔助陽極五、輔助陽極任何導電材料都可以用作陰極保護陽極。處于經(jīng)濟方面考慮，一般采用經(jīng)濟耐用的導電材料。以下材料由于消耗率很低，常用作陽極材料：高硅鑄鐵陽極、混合金屬氧化物陽極（海水）、鍍鉑鈦陽極（容器內(nèi)壁

25、）六、陽極地床焦碳填料的作用六、陽極地床焦碳填料的作用填料作用：增大陽極與土壤的接觸，從而降低地床接地電阻；將陽極電極反應轉(zhuǎn)移到填料與土壤之間進行，延長陽極的使用壽命；填料可以消除氣體堵塞。填料種類：煅燒石油焦碳，煉油副產(chǎn)品；電阻小，顆粒劑均勻，質(zhì)量容易保證。比重大，適于做深井陽極填料。冶金焦碳，煉鋼廠副產(chǎn)品；由煤在無空氣的環(huán)境下燒紙而成，質(zhì)量差異較大。填料要求：回填料含碳量應大于85%，最大顆粒徑應小于10mm，灰含量小于10%，電阻率小于50 m，填料厚度一般為100mm第五章 陰極保護設(shè)施及安裝一、恒電位儀的安裝一、恒電位儀的安裝恒電位儀通電前，首先測量管道的自然電位，然后測量陽極地床的

26、電位。如果陰、陽極電纜測量電位值很小，一般表明陰、陽極電纜線斷路。恒電位儀輸出正極接陽極地床，輸出負極接被保護結(jié)構(gòu)，零位接被保護結(jié)構(gòu)。參比電極接長效參比電極。二、淺埋水平陽極地床安裝二、淺埋水平陽極地床安裝輔助陽極地床盡量選擇在土壤電阻率低的環(huán)境，以有利于電流的輸出。因高硅鑄鐵性脆、易斷，在搬運、安裝時應特別小心，以免摔碰而斷裂。不能把陽極導線作為起吊工具。嚴禁用陽極引出線拉運陽極，陽極應輕拿輕放。三、深井陽極地床安裝三、深井陽極地床安裝深井陽極為埋深大于15m的陽極地床，直徑在250mm左右，陽極排列在深井中。當?shù)乇硗寥离娮杪瘦^大，或空間狹小時、或管網(wǎng)密集時，宜采用深井陽極深井陽極電流分布較

27、淺陽極均勻，對其他結(jié)構(gòu)干擾小，受季節(jié)性變化影響小。造價較高，且一旦出現(xiàn)故障，則很難修復。四、電氣絕緣裝置四、電氣絕緣裝置1、電氣絕緣裝置的應用限制陰極保護電流在指定的范圍內(nèi)，與其他金屬結(jié)構(gòu)或環(huán)境進行電氣絕緣，防止陰極保護電流的散失，使陰極保護系統(tǒng)有效。為了實現(xiàn)以上目標，經(jīng)常使用的裝置是絕緣法蘭、絕緣接頭。2、絕緣接頭技術(shù)要求檢查試驗要求：焊縫100%超聲波探傷、外觀目視、尺寸檢查；1.5倍設(shè)計壓力液壓試驗一小時；介電強度試驗：3KV 1min。（50Hz AC）絕緣電阻試驗大于25M（1000V DC）內(nèi)外環(huán)氧樹脂涂敷，滿足設(shè)計運行溫度要求。3、絕緣接頭安裝位置管道與站、庫的連接處；管道所有權(quán)

28、改變的分解處；干線管道與支線管道的連接處；雜散電流干擾區(qū)；異種金屬、新舊管道連接處；裸管和涂敷管道連接處；采用電氣接地的位置處；大型跨越段的兩端。4、絕緣接頭安裝步驟安裝前，首先核對絕緣接頭的尺寸、規(guī)格是否和設(shè)計相符，檢查絕緣接頭防腐層是否有破損。測量絕緣接頭的絕緣電阻，確認絕緣接頭絕緣性能良好，測量時，可以將絕緣接頭豎直或水平放置在木板上，注意兩端不能與土壤接觸，用兆歐表測量絕緣電阻。如果絕緣接頭內(nèi)只有一側(cè)有涂層，則該側(cè)要位于受陰極保護側(cè)。焊接時，為避免焊接熱量損壞絕緣接頭內(nèi)部的絕緣密封系統(tǒng)，可以將浸濕的麻布片放在絕緣接頭上放熱。5、鋅接地電池當絕緣接頭一側(cè)遭到雷擊或出現(xiàn)電氣故障時，跨過絕緣

29、接頭會產(chǎn)生高電壓，為了防止絕緣接頭擊穿，要安裝接地電池或火花隙。五、陰極保護電纜五、陰極保護電纜1、系統(tǒng)陽極、陰極電纜均采用PVC絕緣、PVC護套電纜，直接埋地時，要采用鎧裝電纜。參比、零位接陰電纜及跨接電纜宜采用2、所有連接電纜兩端必須帶電纜標識牌，電纜標識牌應至少包括型號、電纜類型（陽極電纜、陰極電纜、零位接陰電纜、參比電纜、測試電纜、跨接電纜）及規(guī)格。3、直埋電纜表面距地面的距離不小于0.8米，當無法埋深時，應采取鍍鋅鋼套管保護措施，防止電纜受到破壞。4、直埋電纜應留有一定余量并做波浪形敷設(shè)，以適應回填土的下沉，211 10mmVVKV5、陽極電纜的連接非常關(guān)鍵，很多故障都是因為連接處密

30、封不當引起的6、電纜與管道的連接多采用鋁熱焊。7、為了保證連接牢固，連接前要將結(jié)構(gòu)表面嚴格清理。連接后要重新防腐。六、鋁熱焊焊接步驟六、鋁熱焊焊接步驟1、將管道表面焊接處打磨干凈，將電纜線壓在模具下；2、將模具中填滿焊藥（氧化銅及鋁粉混合物），用點火裝置引燃；3、化學反應熱將使熔化的銅覆蓋在銅電纜芯上，將電纜焊接在管道上；4、最后將焊接處用熱熔膠、補傷片密封。5、陽極電纜的連接非常關(guān)鍵，很多故障都是因為連接處密封不當引起的6、電纜與管道的連接多采用鋁熱焊。7、為了保證連接牢固，連接前要將結(jié)構(gòu)表面嚴格清理。連接后要重新防腐。六、鋁熱焊焊接步驟1、將管道表面焊接處打磨干凈，將電纜線壓在模具下；2、

31、將模具中填滿焊藥（氧化銅及鋁粉混合物），用點火裝置引燃；3、化學反應熱將使熔化的銅覆蓋在銅電纜芯上，將電纜焊接在官道上；4、最后將焊接處銅熱熔膠、補傷片密封。七、陰極保護測試樁七、陰極保護測試樁測試樁用于陰極保護參數(shù)的檢測，是管道管理維護中必不可少的裝置，按測試功能沿線分布。測試樁可用于管道電位、電流、絕緣裝置的檢測，也可用于防腐層檢漏及交直流干擾的測試。金屬測試樁經(jīng)常發(fā)生金屬門的銹蝕、接線柱脫落等問題，維修困難。第六章第六章 陰極保護測量技術(shù)陰極保護測量技術(shù)一、硫酸銅參比電極的使用和維護一、硫酸銅參比電極的使用和維護便攜式硫酸銅參比電極1、銅電極采用紫銅（純度大于99.7%）；2、 采用化學

32、純，蒸餾水配制；3、滲透膜采用滲透率高的微孔材料；經(jīng)常提到的結(jié)構(gòu)對電解質(zhì)的電位，如管地電位，實際上是結(jié)構(gòu)和參比電極間測得的電位。參比電極必須是穩(wěn)定的，并且數(shù)據(jù)具有重現(xiàn)性。硫酸銅電極（CSE）是測量埋地結(jié)構(gòu)以及淡水環(huán)境中結(jié)構(gòu)電位最常用的參比電極。飽和氯化銀參比電極主要應用于海水環(huán)境。鋅參比電極可以應用于海水及土壤中。參比電極維護：參比電極要保持清潔，不使用時，要用塑料/橡膠帽將多孔塞套上。定期更換硫酸銅，并且用非金屬的研磨材料清潔銅棒。如果溶液變渾濁，將其倒掉并換上新的4uC SO硫酸銅溶液。確保溶液中一直有未溶解的集體；備有一個新的電極，以便用來校準現(xiàn)場使用的電極。當校準電極與使用電極之間的差

33、值大于5mv時，則需要清洗現(xiàn)場所使用的電極。使用注意事項：當測量溫度高于或者低于25，測量結(jié)果必須分別減去或者加上0.9mv/的溫度校正值。測量過程中屏蔽電極，避免陽光直接照射。與放置的黑暗處的電極相比，在光線照射下的參比電極的電位要降低10-50mV。二、相對氫電極的電位二、相對氫電極的電位三、參數(shù)測量三、參數(shù)測量1、自然電位的測量、自然電位的測量開啟電源前，沿線測量管地電位，該電位為自然電位。參比電極要放到管道上方。在非常干燥的地方，需要用水將參比電極位置澆濕以使之接觸良好。新建管線自然電位一般在-0.50V-0.70V之間老管道（腐蝕嚴重）的自然電位多在-0.10V-0.30V之間。2、

34、通、斷電電位的測量、通、斷電電位的測量開啟陰極保護電源，并極化24小時后，沿線測量管地電位，該電位為管道的保護電位（通電電位）。將陰極保護電源按12秒通、3秒斷的周期供電，同一管道上的所有電源必須同步通斷，在斷電周期內(nèi)測量的管地電位為瞬時斷電電位。有雜散電流干擾時，無法測量自然電位和斷電電位，需要使用極化探頭或者參比管測量。3、管道電流測量、管道電流測量管道電流：在管道中流動的直流電流。用高阻抗電壓表連接內(nèi)側(cè)兩根導線，蓄電池連接外側(cè)兩根導線，使施加的電流方向與管道電流方向相反。隨著方向電流的增加，電壓表的讀數(shù)逐漸向零靠近。當電壓表讀數(shù)為零或靠近零時，蓄電池的輸出電流即為管道電流。4、土壤電阻率

35、的測量、土壤電阻率的測量在陰極保護設(shè)計中，土壤電阻率是一個非常重要的參數(shù)。土壤電阻率的測量通常采用四極法，它是在地表面沿直線方向均布四支電極，電極間距一般為管道埋深。在外側(cè)兩個電極上輸入交流電，在內(nèi)側(cè)兩支電極上測量電壓降，計算出土壤的電阻以及電阻率。當需要測量深度大于20米處土壤電阻率時，采用不等距法。1、測深020米，a=0.6米，b=20米。2、測深050米，a=5.0米，b=60米。a+2bh=22b=b+aR （）土壤電阻率典型值含水量對土壤電阻率的影響 溫度對土壤電阻率的影響5、接地電阻測量、接地電阻測量根據(jù)工程需要，有時會需要測量犧牲陽極或陽極地床的接地電阻。采用兆歐表測量，D12

36、取20米左右，D13取40米左右6、絕緣接頭絕緣性能的測量、絕緣接頭絕緣性能的測量安裝前，可以通過將絕緣接頭豎直放置，用500V兆歐表測量絕緣電阻。安裝后，測量受保護側(cè)與非保護側(cè)電位差。絕緣接頭量測電位差值一般為200-200mV。首先測量絕緣接頭量測的自然電位，然后開啟陰極保護電源，此時，被保護側(cè)電位負向偏移，而非保護側(cè)電位基本不變。如果絕緣接頭量測電位相同或差別不大（小于100mV），則絕緣接頭可能短路。7、套管與主管道絕緣性能測量、套管與主管道絕緣性能測量金屬套管與主管道短路，不僅會造成陰保電流大量散失，致使主管道欠保護，還會造成套管內(nèi)部的管道陰極屏蔽，得不到保護。檢查主、套管的絕緣性能

37、，主要靠測量其電位的方式來判斷。一般情況下，主套管之間的電位差在200500mV之間，如果電位差小于100mV，應采取措施，檢查是否有短路。8、近間距電位測量、近間距電位測量CIPS測試樁上測量到的電位不代表測試樁之間的保護狀況；需要沿管道每個1-3米測量一次管地電位。當管道受雜散電流干擾時，測量斷電電位無意義。3PE防腐層絕緣強度高，漏點少，CIPS檢測的意義需要探討。在測量之前，應確認陰極保護正常運行，管道已經(jīng)充分極化。將恒電位儀設(shè)置成通斷狀態(tài)，典型的通斷周期設(shè)置宜為通4秒斷1秒或通12秒斷3秒。將測量主機與測試樁相連，另一端與硫酸銅參比電極連接。在測量之前，應確認陰極保護正常運行，管道已

38、經(jīng)充分極化。將恒電位儀設(shè)置成通斷狀態(tài)，典型的通斷周期設(shè)置宜為通4秒斷1秒或通12秒斷3秒。將測量主機與測試樁相連，另一端與硫酸銅參比電極連接。9、直流電位梯度法（、直流電位梯度法（DCVG）DCVG是一種檢測防腐層漏點并確定其相對大小的方法。在陰極保護電路中串聯(lián)一個通斷器，并提高恒電位儀的輸出2-3倍，此時，將有一個脈動電流輸入到管道。當管道涂層有漏點時，電流將經(jīng)過土壤流入涂層漏點，在地表面形成電壓場。DCVG是利用兩支參比電極，尋找地面的電壓場。當參比電極接近涂層缺陷時，電位梯度加大（兩個參比電極之間的電位差）。通過尋找電位梯度的最大點，可以發(fā)現(xiàn)防腐層漏點。10、管道防腐層老化檢測、管道防腐

39、層老化檢測PCM（ACVG）電磁法可以反映防腐層的總體狀況，管道埋深以及涂層缺陷位置。其原理是給管道輸入一個電壓信號，檢測器沿管道檢測信號的衰減程度。在防腐層均勻的情況下，信號的衰減呈平滑的曲線，當信號有突然的衰減時，說明該管道上有涂層漏點。用該方式確定防腐層較差的范圍后，用其他方式（如：A型架）確定涂層漏點位置。第七章第七章 陰極保護判斷標準陰極保護判斷標準一、陰極保護術(shù)語一、陰極保護術(shù)語管道保護電位：管道保護電位是管道對地電位的統(tǒng)稱，包括通電電位、斷電電位、極化電位。實際應用時，要指明具體所指的電位。管道自然電位：陰極保護投用前測量到的管道對地電位，也叫管道腐蝕電位。管道通電電位：陰極保護

40、系統(tǒng)斷開的瞬間測量到的管道對地電位，一般取斷電瞬間，數(shù)字萬用表的第二個讀數(shù)。管道極化電位：指金屬結(jié)構(gòu)與電解液接觸面上的電位，為自然電位與管道陰極極化之和，其數(shù)值等于瞬時斷電電位。管道陰極極化：由于陰極保護電流的流動而引起的結(jié)構(gòu)電位的變化值。數(shù)值上等于管道極化電位與自然電位的差值，即管道瞬時斷電電位減去管道自然電位。二、陰極保護測量中的二、陰極保護測量中的IR降降V1：腐蝕電位（自然電位），V2：陰極極化，V1+V2極化電位（瞬時斷電電位），V=V1+V2+IRIR降：根據(jù)歐姆定律，電流經(jīng)過電阻時要產(chǎn)生電壓降。測量結(jié)構(gòu)電位時，參比電極總是放置在距離結(jié)構(gòu)一定距離之外，電流從土壤流向結(jié)構(gòu)時，由于電解

41、液的電阻，會產(chǎn)生電壓降。測量結(jié)果中，將包含該部分電壓降，稱為IR降。三、陰極保護斷電電位三、陰極保護斷電電位由于IR降會使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此必須消除測量中的IR降。為了消除IR降，通常測量瞬時斷電時的結(jié)構(gòu)電位，IR降在斷電的瞬時將消失，而極化電位的衰減將需要一段時間，因而可以測量到極化電位。一般在斷電的1秒鐘內(nèi)之內(nèi)測量斷電電位，在斷電的瞬間，由于管道和陰極保護系統(tǒng)之間的感應作用，有一個電位脈沖，持續(xù)約0.2秒，所以，斷電電位一般在斷電0.20.5秒內(nèi)讀取。在測量極化電位時，要保證與結(jié)構(gòu)連接的所有電源同時通、斷電。三、陰極保護判斷指標三、陰極保護判斷指標NACE SP169根據(jù)NACE SP

42、1692007，判斷埋地或浸水金屬結(jié)構(gòu)（鐵或鑄鐵）是否得到保護，可以用三個指標之一來判斷。通電電位達到-850mV CSE并消除IR降的影響。極化電位 -850mV CSE （瞬時斷電電位）陰極極化100mV。ISO15589極化電位要比-850mV CSE更負，為防止防腐層破壞，避免析氫以及造成高PH值環(huán)境，極化電位不能低于-1200mV CSE。貧氧或有硫酸鹽還原菌存在的土壤（SRB）中極化電位低于-950mV CSE對高強度鋼（最小屈服強度大于550MPa），最小極化電位可能比-850mV（CSE）稍正，但實際應用中多采用-850mV這一數(shù)值。高電阻率土壤中，最小極化電位：當100 10

43、00 m時，為-750mVCSE；當 大于1000 m時，為-650mV CSE。100mV陰極極化。GB/T21448一般情況：管道陰極保護電位（不含IR降）應為-850mV CSE或更負。陰極保護狀態(tài)下管道的最大保護電位不能比-1200mV CSE更負。對高強度鋼（最小屈服強度大于550MPa）和耐蝕合金鋼，如馬氏體不銹鋼，雙相不銹鋼等，最大保護電位則要根據(jù)實際析氫電位來確定。最小極化電位可能比-850mV（CSE）稍正，但在-650mV -750mV的電位范圍內(nèi)，管道處于高pH值應力腐蝕開裂（SCC）的敏感區(qū)，所以一般采用最小電位-850mV CSE。在厭氧菌或SRB及其他有害菌土壤環(huán)境

44、中，管道陰極保護電位應為-950mV CSE或更負。在土壤電阻率100 m至1000 m環(huán)境中的管道，陰極保護電位宜負于-750mV（CSE）；在土壤電阻率 大于1000 m的環(huán)境中的管道，陰極保護電位宜負于-650mV CSE。特殊考慮：當一般情況下準則難以達到時，可采用陰極極化或去極化電位差大于100mV的判據(jù)。在高溫條件下、SRB的土壤中，存在雜散電流干擾及異種金屬材料偶和的管道中不能采用100mV極化準則，該值為200-250mV CSE。四、防腐層和陰極保護四、防腐層和陰極保護1、涂層不是完美無缺的，防腐層承擔了99%的防護任務，而陰極保護對防腐層漏點處進行保護。2、沒有陰極保護的情

45、況下，管道一般會發(fā)生點蝕。3、過度的陰極保護將破壞管道防腐層或產(chǎn)生氫至開裂。4、盡管在技術(shù)上，為裸管提供陰極保護是可行的，但費用將會非常高，同時，也很難得到均勻的陰極保護電流分布。5、涂層和陰極保護的結(jié)合是絕佳的防腐措施，該措施可以用較小的花費來取得理想的保護措施，其優(yōu)越性已經(jīng)被世人所承認。當氫氣逸出后，多余的 離子使靠近金屬表面的溶液呈堿性。加速防腐層老化。最大保護電位：能夠引起防腐層剝離的電位稱為最大保護電位。 防腐是否成功，取決于陰極保護電位，陰極保護電位過高，不能達到充分保護，陰極保護電位過低，將破壞防腐層。 在管道的匯流點（通電點），陰極保護電位更負，為了防止電位過負而造成對防腐層的破壞，4OH一般該點的斷電電位限制在-1.05-1.10V CSE。 根據(jù)ISO15589-1 2003，斷電電位不得低于-1.20V CSE，所以每個陰極保護站的保護距離是有限的。4第八章第八章 雜散電流腐蝕干擾及預防雜散電流腐蝕干擾及預防一、雜散電流腐蝕干擾定義一、雜散電流腐蝕干擾定義雜散電流為沿規(guī)定路徑之外的途徑流動的電流。由于雜散電流的流動而引起的結(jié)構(gòu)電位的擾動稱為雜散電流腐蝕干擾。對于管道系