陰極保護(hù)技術(shù)在油氣田中的應(yīng)用資料課件

1、陰極保護(hù)技術(shù)在油氣田中的應(yīng)用采油工程技術(shù)研究院防腐中心王樹濤1提 綱一、腐蝕控制和陰極保護(hù)技術(shù)基本原理二、管道的陰極保護(hù)技術(shù)三、罐體及站場的陰極保護(hù)技術(shù)四、油氣井的陰極保護(hù)技術(shù)五、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范2（一）腐蝕控制的基本原理 腐蝕是材料與環(huán)境反應(yīng)引起的材料破壞與變質(zhì)，它存在于各行各業(yè)，引起經(jīng)濟(jì)損失也是引人注目的。 腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約占國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的5%左右，每年由于腐蝕使鋼鐵產(chǎn)量的1020%變?yōu)殇P，約有30%的鋼鐵設(shè)備報(bào)廢。 腐蝕是造成石油工業(yè)中金屬設(shè)施破壞的主要原因之一，經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、人員生命健康均受嚴(yán)重影響。3 腐蝕從本質(zhì)上講是一個(gè)自發(fā)的過程。雖然不能杜絕之，卻可采取某些措施來減輕

2、或防止。 采取有效的防腐措施和科學(xué)管理，30%的腐蝕是可以預(yù)防的。 防腐措施：合理的設(shè)計(jì)、正確選用金屬材料、改變腐蝕環(huán)境、采用耐腐蝕覆蓋層、陰極保護(hù)技術(shù)、陽極保護(hù)技術(shù)、用耐腐蝕非金屬材料代替金屬材料。陽極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：腐蝕反應(yīng)過程：4（二）陰極保護(hù)技術(shù)的基本原理 由外電路向金屬通入電子，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使金屬腐蝕反應(yīng)(失電子反應(yīng))受到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。 陰極保護(hù)技術(shù)有兩種：犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)；強(qiáng)制電流（外加電流）陰極保護(hù)技術(shù)。5 目前陰極保護(hù)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，廣泛應(yīng)用到土壤、海水、淡水、化工介質(zhì)中的鋼質(zhì)管道、電纜、鋼碼頭、艦船、儲(chǔ)罐罐底、冷卻器等金屬構(gòu)筑物等的腐蝕控制。

3、 1834年法拉第：陰極保護(hù)原理奠定基礎(chǔ)。1890年愛迪生：提出強(qiáng)制電流保護(hù)船舶。1902年柯恩：實(shí)現(xiàn)了愛迪生的設(shè)想。1905年美國用于鍋爐保護(hù)。1906年德國建立第一個(gè)陰極保護(hù)廠。1913年命名為電化學(xué)保護(hù)。1924年地下管網(wǎng)陰極保護(hù)。 國內(nèi)做陰極保護(hù)設(shè)計(jì)過硬的的設(shè)計(jì)院：廊坊管道局設(shè)計(jì)院、中國石油西南設(shè)計(jì)院、勝利油田設(shè)計(jì)院、華北設(shè)計(jì)院等。 國內(nèi)知名度較高的陰極保護(hù)廠家：洛陽的七二五所、福建三明無線電二廠、山東奧科防腐、河南第一防腐、天津管道防腐等。6（三）兩種陰極保護(hù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較 根據(jù)實(shí)施陰極保護(hù)工程的現(xiàn)場條件，有時(shí)亦可考慮對同一結(jié)構(gòu)同時(shí)采用兩種陰極保護(hù)法。 陰極保護(hù)具有投資少（只占工程

4、投資總額的1%，工程大時(shí)，所占比重相應(yīng)減少），管理簡單，可有效地延長管道壽命達(dá)20年以上。7（四）陰極保護(hù)的應(yīng)用條件：腐蝕介質(zhì)必須是導(dǎo)電的，以便建立連續(xù)電路；被保護(hù)的金屬材料在所處的介質(zhì)中要容易進(jìn)行極化；對于復(fù)雜的金屬設(shè)備或構(gòu)筑物，要考慮其幾何上的“屏蔽作用”，防止保護(hù)電流的不均勻；電絕緣是必須的；被保護(hù)物系統(tǒng)的連續(xù)也是必須的；一些不安全因素必須考慮，如：罐內(nèi)析出氫氣的爆炸，有可燃?xì)怏w，不能用鎂等。8（五）陰極保護(hù)的主要參數(shù) 1、陰極保護(hù)電位 保護(hù)電位是指陰極保護(hù)時(shí)使金屬腐蝕停止（或可忽略）時(shí)所需的電位。此項(xiàng)參數(shù)是借助參比電極來測量，實(shí)踐中容易實(shí)現(xiàn)，是陰極保護(hù)最基本的參數(shù)；必須指明所用的參比電

5、極。92、陰極保護(hù)電流密度 是指被保護(hù)構(gòu)筑物單位面積上所需的保護(hù)電流，是陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中必不可少的又一重要參數(shù)，受被保護(hù)構(gòu)筑物的表面狀況、環(huán)境條件和被保護(hù)金屬種類的影響。 根據(jù)所得到資料便可估算出所需電流，估算出單站保護(hù)長度、確定保護(hù)方案。 所需電流=防蝕電流密度(mA/m2)防蝕表面積。103、最佳保護(hù)狀態(tài) 衡量陰極保護(hù)的效果有兩個(gè)參數(shù)：保護(hù)度P 和保護(hù)效率Z11（六）犧牲陽極法 利用電位比被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)低的金屬或合金（替死鬼）作為陽極，犧牲陽極因較活潑而優(yōu)先溶解，釋放出電流供被保護(hù)金屬陰極極化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在陰極（被保護(hù)結(jié)構(gòu)）得到保護(hù)的同時(shí)，陽極不斷地被消耗，故稱為犧牲陽極。 1、作為犧牲陽極

6、材料，必須能滿足以下要求： 要有足夠負(fù)的穩(wěn)定電位； 自腐蝕速率小且腐蝕均勻，要有高而穩(wěn)定的電流效率； 電化學(xué)當(dāng)量高，即單位重量產(chǎn)生的電流量大； 工作中陽極極化要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落； 腐蝕產(chǎn)物不污染環(huán)境，無公害； 材料來源廣，加工容易，價(jià)格低廉。 122、常用的犧牲陽極材料：鎂基、鋅基、鋁基，性能對比133、犧牲陽極的安裝方式 （1）土壤環(huán)境為保證犧牲陽極在土壤中性能穩(wěn)定，陽極四周要填充適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)填包料。犧牲陽極的分布可采用單支或集中成組兩種方式，陽極埋設(shè)分為立式、水平兩種方式，埋設(shè)方向有軸向、徑向。 （2）水環(huán)境 主要有焊接、螺栓固定、繩索懸吊。 （3）容器內(nèi)一般布設(shè)在平面上，均勻布置，

7、同時(shí)照顧邊角位置上的電流分布。主要有焊接、螺栓固定、繩索懸吊。14（七）強(qiáng)制電流法（外加電流法） 給被保護(hù)結(jié)構(gòu)加一陰極電流，而給輔助陽極（替死鬼）加一陽極電流，構(gòu)成一個(gè)腐蝕電池。 由輔助陽極、參比電極、直流電源和相關(guān)的連接電纜所組成。 輔助陽極的功能：把保護(hù)電流送入電解質(zhì)流到保護(hù)體上；分為：可溶性陽極（如鋼、鋁）、微溶性陽極（如高硅鑄鐵、石墨）、不溶性陽極（如鉑、鍍鉑、金屬氧化物）3大類。15（八）陰極保護(hù)技術(shù)的管理要求1、保護(hù)率 是反應(yīng)被保護(hù)管道實(shí)現(xiàn)有效陰極保護(hù)的范圍，要求100%。2、運(yùn)行率 是反應(yīng)一年內(nèi)陰極保護(hù)投入運(yùn)行的時(shí)間比率，要求高于98%。3、保護(hù)度 是衡量陰極保護(hù)效果的指標(biāo)，要求

8、高于98%。16提綱一、腐蝕控制和陰極保護(hù)技術(shù)基本原理二、管道的陰極保護(hù)技術(shù)三、罐體及站場的陰極保護(hù)技術(shù)四、油氣井的陰極保護(hù)技術(shù)五、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范17 地下管道的腐蝕穿孔將會(huì)造成油氣的漏損，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起火災(zāi)、爆炸事故等，直接危及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。另外，由此而引起的油氣停輸使有關(guān)企業(yè)停土停產(chǎn)，又給國民經(jīng)濟(jì)造成間接的損失，因此防止油氣管道的腐蝕，在油氣管道的設(shè)計(jì)、施工與管理工作中是一項(xiàng)極其重要的內(nèi)容。 多年的實(shí)踐證明，若陰極保護(hù)管理得當(dāng)，管道壽命可延長一倍以上。也就是說，無形中又給國家建設(shè)了一條管線。陰極保護(hù)與防腐涂層配合使用是當(dāng)前控制地下金屬腐蝕的最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法。 陰極保護(hù)通常有兩種方

9、法，即犧牲陽極法(圖1)和外加電流法(圖2)。18（一）基本參數(shù)1、電位埋地鋼管道的陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，通常采取管道對地電位的測量，一般情況下取-0.85(CSE)。在有硫酸鹽還原菌活動(dòng)的沼澤地帶取-0.95（CSE）。這一標(biāo)準(zhǔn)也可用另一方式即電位偏移法表達(dá)，在一般情況下可采用比自然電位向負(fù)偏移0.25-0.3V。在硫酸鹽還原菌居動(dòng)地帶取向負(fù)偏移0.4V。最高保護(hù)電位與防腐層性能有關(guān)的一個(gè)參數(shù)，一般都規(guī)定在析氫電位以下，如對瀝青防腐層的最高保護(hù)電位可取-0.125V，特殊地區(qū)也有選-1.5V的。192、電流密度陰極保護(hù)所需電流密度的大小與防腐涂層的種類及性能有很大關(guān)系，質(zhì)量差的涂層所需電流密度大。陰

10、極保護(hù)可很好鑒別防腐滌層的質(zhì)量，陰極保護(hù)電流密度與涂層的關(guān)系列于表4、表5。203、施加陰極保護(hù)的管道必須滿足的條件 管道縱向連續(xù)導(dǎo)電、具有足夠電阻的管道覆蓋層、管道和其他低電阻接地裝置的電絕緣。4、測試樁 用于陰極保護(hù)參數(shù)的檢測，是管道管理維護(hù)中必不可少的裝置，按測試功能沿線分設(shè)，可用于管道電位、電流、絕緣性能的檢測，也可以用于覆蓋層檢漏及交直流干擾的測試。電位測試樁：匯流點(diǎn)及每公里處設(shè)一支；電流測試樁：每5-8km處設(shè)一支；絕緣測試樁：每一絕緣連接處設(shè)一支。21（二）陰極保護(hù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備1、保護(hù)參數(shù)的選擇參數(shù)盡量實(shí)地測量，無法測量的只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提供的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)情況在調(diào)整。

11、在埋地鋼制管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范中，給出下列常規(guī)參數(shù)：自然電位：-0.55V（CSE）；保護(hù)電位：-0.85V（CSE）；匯流點(diǎn)電位： -1.25V（CSE）；覆蓋層電阻：10000m2；鋼管電阻率：低碳鋼0.135mm2/m，16Mn鋼0.135mm2/m，高強(qiáng)度鋼0.166mm2/m；電源效率：70%；電流密度：3050A/m2，新型環(huán)氧粉末、3層PE覆蓋層的取1 A/m2 ；土壤電阻率：實(shí)測。222、設(shè)計(jì)資料的獲?。?）要收集的資料：管道平面路線圖管道參數(shù)（管徑、壁厚、管材）連接方式（焊接、螺紋或機(jī)械）覆蓋層的類型及性能套管的位置及結(jié)構(gòu)電絕緣的位置及結(jié)構(gòu)架空管及河流穿越的位置及結(jié)構(gòu)

12、。（2）通過現(xiàn)場勘測獲取的資料：現(xiàn)存和規(guī)劃中的陰極保護(hù)系統(tǒng)可能的地上、地下交直流干擾源特殊的環(huán)境條件（永凍土、巖石、沼澤）鄰近的金屬構(gòu)筑物可供利用的電源沿線土壤電阻率對已建管道作饋電試驗(yàn)，測取所需電流必要的氣象資料。233、陰極保護(hù)方法的選擇 根據(jù)以下因素選擇使用犧牲陽極法、強(qiáng)制電流法。（1）管道覆蓋層狀況 因?yàn)闋奚枠O輸出電流優(yōu)先，僅為mA級，所以當(dāng)管道覆蓋層很差時(shí)，采用犧牲陽極不經(jīng)濟(jì)而不宜選用。（2）工程規(guī)模大小 被保護(hù)的管道如果太短，建一座陰極保護(hù)站，保護(hù)的方位富裕太多，不宜采用強(qiáng)制電流法，而犧牲陽極就比較合適。（3）環(huán)境條件 如果土壤電阻率過高，犧牲陽極要滿足保護(hù)要求則要消耗大量的材料

13、，經(jīng)濟(jì)上不合理。 當(dāng)周圍金屬構(gòu)筑物密集時(shí)，不宜采用強(qiáng)制電流法。（4）有無可利用電源 有些場合，沒有電源可能也會(huì)制約強(qiáng)制電流的應(yīng)用。24（三）外加電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì) 主要包括：陰極保護(hù)站數(shù)目的確定、電源設(shè)備功率的確定、輔助陽極類型和重量的確定。1、陰極保護(hù)站數(shù)目的確定 首先應(yīng)該確定保護(hù)電流密度和保護(hù)長度。 （1）保護(hù)電流密度的確定 一般可根據(jù)埋地管道所使用的防腐層的絕緣層電阻確定。對于已建管道，以實(shí)測值為準(zhǔn)。如果一時(shí)找不到對應(yīng)得的推薦值，也可以用下列簡化公式計(jì)算：25（2）保護(hù)長度的確定 由下公式計(jì)算：26（3）保護(hù)站數(shù)目的確定272、電源設(shè)備功率的確定 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的電源功率計(jì)算公式：2

14、8電源設(shè)備：可靠性高，壽命長，能滿足長期不間斷供電；優(yōu)先考慮穩(wěn)定可靠地交流電源，也可以使用：太陽能、風(fēng)能等；維護(hù)保養(yǎng)簡單，對環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；輸出電流、電壓可調(diào)；應(yīng)具備抗過載、防雷、抗干擾、故障保護(hù)功能等。293、輔助陽極壽命計(jì)算，一般設(shè)計(jì)壽命為15-20年4、所需輔助陽極支數(shù)的計(jì)算 所需輔助陽極的支數(shù)是由陽極的設(shè)計(jì)壽命及消耗率所決定，可按式（12-12）換算得到陽極的總重量：G=TgI/K，再從接地電阻和規(guī)格型號選取陽極的支數(shù)。305、輔助陽極的位置和種類的選擇（1）位置選擇應(yīng)符合下列要求地下水位較高或潮濕低洼處；土壤電阻率50m以下的地點(diǎn)；土層厚，無石塊，便于施工處；對鄰近的地下金屬構(gòu)筑物干擾

15、??；陽極位置與管道的垂直距離不宜小于50m，柔性陽極對于裸管道的最佳位置是管道的十倍管徑處，對良好覆蓋層的管道可同溝埋設(shè)，但最近距離為0.3m。（2）陽極的選擇原則：一般土壤中可采用高硅鑄鐵、石墨、鋼鐵陽極；在鹽土、海濱土或酸性和含硫酸根離子較高的環(huán)境中，宜采用含鉻高硅鑄鐵陽極；高電阻率的地方宜采用鋼鐵陽極；覆蓋層質(zhì)量較差管道及位于復(fù)雜管網(wǎng)或多地下金屬構(gòu)筑物區(qū)域內(nèi)的管道可采用柔性陽極，但不宜在含油污水和鹽水中使用。316、輔助陽極地床結(jié)構(gòu)（1）輔助陽極埋設(shè)方式應(yīng)符合下列要求：陽極可采用淺埋和深埋兩種方式。淺埋陽極應(yīng)置于凍土層以下，埋深一般不宜小于1m；深埋陽極埋深宜為15300m。陽極通常采用

16、立式埋設(shè)；在沙質(zhì)土、地下水位高、沼澤地可采用水平式淺埋；在環(huán)境復(fù)雜或地表土壤電阻率高的情況下可采用深埋陽極。（2）輔助陽極地床還應(yīng)滿足下列要求：陽極地電場的電位梯度不應(yīng)大于5V/m，設(shè)有護(hù)欄裝置時(shí)不受此限制。陽極填充料頂部應(yīng)放置粒徑為510mm左右的礫石或粗砂，礫石層宜加厚至地面以下500m或在礫石層上部加裝排氣管至地面以上。陽極的引出導(dǎo)線和并聯(lián)母線應(yīng)為銅芯電纜，并適用于地下（或水中）敷設(shè)。陽極的并聯(lián)母線與直流電源輸出陽極導(dǎo)線連接可通過接線箱連接，若陽極導(dǎo)線為鋁線，則應(yīng)采用銅鋁過渡接頭連接。32填充料的含碳量宜大于85%，最大粒徑宜小于15mm，填充料厚度一般為100mm；當(dāng)采用柔性陽極時(shí)，填

17、充料粒徑宜小于3.2mm，填充料厚度為45mm；預(yù)包覆焦炭粒的柔性陽極可直接埋設(shè)，不必采用填充料。（3）輔助陽極地床填充料的使用符合下列要求： 為便于陽極氣體產(chǎn)物的釋放；等效增大陽極體積，降低陽極接地電阻；減少陽極消耗，延長陽極壽命。通常輔助陽極應(yīng)在焦炭回填料地床中，還應(yīng)填一些粗砂或礫石；還可以將多孔塑料管插到陽極地床中心，便于排氣和必要時(shí)澆水。陽極常用的填充料有焦炭粒、石油焦炭粒。石墨陽極應(yīng)加填充料；高硅鑄鐵陽極宜加填充料，在沼澤地、流沙層可不加天聰料；柔性陽極宜加填充料；鋼鐵陽極可不加填充料。33（1）立式陽極地床34（2）水平式陽極地床35（3）深埋式陽極地床： 地表土壤電阻率較高或地表

18、金屬構(gòu)筑物太密，需要采用深埋式陽極地床，可減輕陽極埋設(shè)深度的4倍范圍內(nèi)的陽極干擾程度。36（4）淺井粗管陽極地床37（5）柔性陽極387、陽極接地電阻計(jì)算3940（四）犧牲陽極的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)犧牲陽極的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)與管道使用年限相匹配，一般為1015年。臨時(shí)性陰極保護(hù)犧牲陽極的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)滿足用戶要求，一般為2年。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不得小于10000m2，否則不宜采用犧牲陽極；對于舊管道，應(yīng)根據(jù)具體需要決定。當(dāng)土壤電阻率大于100m時(shí)，不宜采用犧牲陽極。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。411、犧牲陽極的選擇 根據(jù)介質(zhì)的電阻率來選擇陽極；

19、鎂在碰撞時(shí)易產(chǎn)生火花，因而，一般不能用于有防爆要求的場合。422、設(shè)計(jì)步驟 第1步：計(jì)算所需電流43第2步：選擇合適的陽極44第3步：計(jì)算總電流量4546第4步 計(jì)算陽極壽命也可以按下公式計(jì)算47第5步：所需陽極數(shù)量計(jì)算48第6步：陽極分布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。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，對于北方地區(qū)，必須在凍土層以下。成組埋設(shè)時(shí)，陽極間距以2-3m為宜。在地下水位低于3m的干燥地帶，陽極應(yīng)當(dāng)

20、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(shí)損壞。在城市和管網(wǎng)區(qū)使用犧牲陽極時(shí)，要注意陽極和被保護(hù)的管道之間不應(yīng)有其他金屬構(gòu)筑物，如電纜等。49（五）普光氣田濕氣集輸管道外壁的外加電流保護(hù)技術(shù) 1、最佳保護(hù)電位優(yōu)化 按照普光氣田集輸管道的外防腐層狀況和沿線土壤的電阻率，首先室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。 試驗(yàn)條件：普光氣田集輸管線沿線主要是山體和山谷，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，在山谷地區(qū)，土壤電阻率在7.85.m49.612.m之間，山體段的土壤電阻率在20.724.m119.32.m之間；本次實(shí)驗(yàn)選取土壤電阻率：山谷段：29.m，山體段：70.m。 模擬用管線材質(zhì)

21、和外防腐層與普光氣田集輸管線相同。材質(zhì)：L360QCS；外防腐保溫層：無溶劑環(huán)氧防腐涂層+聚氨酯泡沫保溫層；外防腐保溫層破損率取5%，實(shí)驗(yàn)用管段規(guī)格：100，厚度2mm，管長1500mm。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料：恒電位儀（5V，5A），含鉻高硅鑄鐵陽極：20300 mm，硫酸銅參比電極，DT9806型數(shù)字萬用表，試片（材質(zhì)與管道相同）75121mm。50模擬實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖 在斷電電位為-0.85V 、-0.95V（CSE）時(shí)，試片形貌和數(shù)據(jù)如下。當(dāng)模擬管的斷電電位負(fù)于-0.85V（CSE），用試片計(jì)算出的保護(hù)度均在85%以上；當(dāng)模擬管的斷電電位負(fù)于-0.95V（CSE），大部分大于90%。 根據(jù)模擬

22、試驗(yàn)，在全線無法實(shí)現(xiàn)斷電測試的情況下，通電電位在-0.95V以上是合適的。當(dāng)管地電位值-1.15V。512、輔助陽極地床優(yōu)化技術(shù)采用饋電實(shí)驗(yàn)研究輔助陽極地床的位置對陰極保護(hù)效果的影響，當(dāng)陰極保護(hù)距離較長時(shí)，輔助陽極地床與管道的距離越近，管道陰極保護(hù)電位在遠(yuǎn)端衰減越明顯。采用饋電實(shí)驗(yàn)研究輔助陽極地床的位置對陰極保護(hù)效果的影響，數(shù)據(jù)如下表。故設(shè)置輔助陽極地床時(shí)應(yīng)確保其與管道的相對位置至少在50米以上。523、陰極保護(hù)站設(shè)置 優(yōu)化保護(hù)站布局，設(shè)置安全裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)系統(tǒng)有效正常運(yùn)行。普光集氣集輸管道采用強(qiáng)制電流陰極，共設(shè)6座陰極保護(hù)站，分別位于集氣末站、P301、P304、P202、

23、P102、P104集氣站。管線進(jìn)出站處設(shè)置絕緣法蘭和氧化鋅電涌保護(hù)器。各陰極保護(hù)站設(shè)備輸出信號及管道沿線保護(hù)電位，接入站控室PLC和線路截?cái)嚅y室RTU，再上傳至凈化廠陰極保護(hù)智能監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、報(bào)警。陰極保護(hù)站設(shè)置53（六）海洋油氣管線外壁的犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)海洋管線外防腐采書涂層防腐和陰極保護(hù)相結(jié)合的方法是最經(jīng)濟(jì)有效的，采用陰極保護(hù)的費(fèi)用約為全部管線造價(jià)的1%。海洋管線的電防腐與陸上的不同，它多是采用犧牲陽極的方法。雖然也采用外加電流法，但只限于接近陸地的短管線或小管徑平行管線。海洋管線的陰極保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)在管道敷設(shè)之前完成。設(shè)計(jì)參數(shù)視各地區(qū)及各公司有所不同。目前，總的趨勢

24、是采用鋅鐲犧牲陽極結(jié)構(gòu)。管線上陽極環(huán)的間距設(shè)計(jì)趨于縮小，在北海管線陽極環(huán)間距大約為100-15Om，目前對于800mm以下管徑，陽極環(huán)間距為15Om或12根管接頭設(shè)置一個(gè)陽極環(huán)。保護(hù)電流密度在各海域相差很大，有微生物腐蝕的海底管線，腐蝕速度可增加15倍。海洋結(jié)構(gòu)物的保護(hù)電流密度參考值列于表1、表2。541、海洋管線陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)步驟：第1步：鋼管裸露面積。對于設(shè)計(jì)壽命為25年的海底管線，涂層破壞的裸露管面面積按10- 50%考慮。對于有混凝土加重層的管線按10%考慮。實(shí)際上這已超過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用壽命。第2步：陰極保護(hù)電流密度。根據(jù)具休環(huán)境，試驗(yàn)確定。第3步：由第1和第2步，求出管線保護(hù)所需的總

25、電量。第4步：計(jì)算犧牲陽極材料的總重量。第5步：計(jì)算各單支陽極輸出電流。552、犧牲陽極的材料和結(jié)構(gòu)形式海洋管線犧牲陽極的材料有鋅、鎂、鋁及其合金。在北海海泥中多使用鋁基合金，但海洋管線陰極保護(hù)中仍以鋅基合金為主。鋅合金陽極不適用于熱立管，因?yàn)樵诟邷叵落\陽極會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕而加速鋅的消耗，所以對于管壁溫度高于50的熱管線使用鋁合金陽極為宜。盡管鋁的電量損耗較大，但驅(qū)動(dòng)電位可保持不變。幾種犧牲陽極材料的電化學(xué)比能列于表4。關(guān)于海底管線犧牲陽極的結(jié)構(gòu)形式多設(shè)計(jì)成管鐲式，即陽極環(huán)。陽極環(huán)帶有鋼襯套，一般盡可能焊接于管道上。陽極與管線之間的接線多采用聚氯乙烯絕緣的銅電纜短線，用鋁熱劑焊接在管線上或采用抽

26、頭連接方法迸行連接。56陽極環(huán)形狀可設(shè)計(jì)成兩腑、四瓣或多瓣式，兩端頭呈平滑準(zhǔn)面，可防止管線敷設(shè)時(shí)損傷。陽極環(huán)厚度一般呆持外環(huán)面與混凝土加重層外不表面取平。幾種陽極環(huán)式樣見圖3、4、5、6。 為了便于陽極環(huán)的儉查和維修，在陽極環(huán)內(nèi)嵌入不易腐蝕為錐訂，錐汀沿陽極環(huán)呈輻射形分布。當(dāng)陽極材料腐蝕后，錐釘突露，潛水員可直觀地儉查陽極腐蝕情況，即使在視線極弱的深海也可觸摸出錐釘高度，從而判斷腐蝕情況。錐釘可用不銹鋼、塑料及陶瓷等材抖制作。具有錐釘?shù)年枠O環(huán)結(jié)構(gòu)形式見圖7(美國專利4370211)。57（七）油田地面集輸管道的內(nèi)壁犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)技術(shù) 油田地面管網(wǎng)的腐蝕以污水管線和高含水油氣集輸管線最為嚴(yán)

27、重。 實(shí)踐證明，采用內(nèi)涂層或襯里使金屬與電解質(zhì)隔開是解決管道內(nèi)腐蝕的有效途徑之一，但內(nèi)涂層有其一定的局限性：金屬內(nèi)表面處理難度大，在表面除銹不徹底、局部不平滑、涂料不均質(zhì)、搬運(yùn)或安裝碰撞等情況下，都可能導(dǎo)致涂層粘結(jié)力下降，出現(xiàn)針孔和漏點(diǎn)。涂層和金屬彈性模量不一致，當(dāng)管線工作溫差大、壓力波動(dòng)時(shí)，會(huì)加速對涂層的損害，甚至產(chǎn)生裂紋，從而降低使用壽命。管線涂層漏點(diǎn)造成的集中點(diǎn)蝕比裸管的面腐蝕后果更加嚴(yán)重；如有一條污水干線采用環(huán)氧煤瀝青玻璃鱗片內(nèi)擠涂防護(hù)，設(shè)計(jì)壽命為10年，但投產(chǎn)半年即出現(xiàn)內(nèi)腐蝕穿孔，一年內(nèi)在20m管段就穿孔7次，這是由于涂層局部漏點(diǎn)加速腐蝕引起的。58 將陰極保護(hù)和內(nèi)涂層保護(hù)結(jié)合使用，

28、無疑是一種比較完善的內(nèi)防腐蝕方法。曾對某油田一條腐蝕嚴(yán)重的回水干線。做現(xiàn)場試驗(yàn)，分涂層管和裸管二種，內(nèi)裝線狀環(huán)形陽極，裸管陽極間距100mm，涂層管陽極間距500mm。線狀陽極用鋼絲繩連接，兩端固定在管線兩端底部。通過一年試驗(yàn)運(yùn)行，管內(nèi)保護(hù)電位達(dá)-0.93-1.06V(vsCSE)。現(xiàn)場腐蝕掛片測試結(jié)果：未加保護(hù)的裸管平均腐蝕速率為0.17mm/a，加犧牲陽極管段平均腐蝕速率為0.00540.015mm/a，保護(hù)度達(dá)98%左右。 將被保護(hù)和未保護(hù)的管子剖開，觀察局部腐蝕情況如下：未加陰極保護(hù)的裸管底部腐蝕嚴(yán)重，呈連片溝槽狀，貫穿全管段，深度達(dá)0.4-1.8mm，最深處達(dá)2.0mm以上。鋅陽極保

29、護(hù)的涂層管和裸管內(nèi)表面均光滑如初，肉眼觀察不到任何腐蝕，說明陽極電力線在管內(nèi)分布均勻，內(nèi)壁全部得到有效保護(hù)，利用線狀陽極保護(hù)管內(nèi)壁的方法是完全可行的。 經(jīng)去除陽極腐蝕產(chǎn)物，折算陽極壽命，裸管內(nèi)陽極壽命可達(dá)12年，涂層管內(nèi)陽極壽命18年。59（八）管道內(nèi)壁強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù) 由于管道內(nèi)部空間狹長，在管道內(nèi)壁采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)時(shí)，首先要解決陽極安裝問題，輔助陽極的安裝主要應(yīng)解決下列問題：陽極與管道如何絕緣。如何延長管道內(nèi)壁保護(hù)距離。陽極的安裝要方便，且不影響輸送介質(zhì)的流動(dòng)，其價(jià)格要經(jīng)濟(jì)合理。1、安裝方式目前，管道內(nèi)壁強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的輔助陽極安裝主要有下列3種方式。安裝方式1：僅適用于大口徑管

30、道，每只陽極保護(hù)距離短，需在管道上開很多孔，安裝復(fù)雜，費(fèi)用高，且需用多根陽極電纜將電流分配到各個(gè)陽極上。60 安裝方式2：也僅適用于大口徑管道。雖然相對安裝方式一增加了單只陽極的保護(hù)距離，但保護(hù)長度還是較短，而且為了解決陽極與管壁絕緣問題，增加了安裝難度。 安裝方式3：在線型陽極材料外部套上帶孔的塑料管直接安放在管道內(nèi)，在管道上開孔，將陽極接頭引出接直流電源，開口處密封，詳見圖3。塑料管很好地將陽極與管道內(nèi)壁絕緣開，陽極輸出電流從塑料管孔中流出，對管道內(nèi)壁實(shí)施保護(hù)。612、模擬試驗(yàn)采用塑料套管陽極安裝方式3在管徑為D89mm的管道中進(jìn)行模擬試驗(yàn)。陽極為管道局管道科學(xué)研究院生產(chǎn)的柔性陽極，介質(zhì)為

31、王一站污水。管道長50m，無內(nèi)涂層，在管道上每隔7m安裝一參比電極，介質(zhì)流速為1.0m/s，試驗(yàn)溫度為常溫，具體流程見圖4。測試結(jié)果見表2，保護(hù)電流密度為86mA/m2。62 3、現(xiàn)場試驗(yàn) 在王一站進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)管徑為D273mm，保護(hù)長度54m，無內(nèi)涂層，水流速度為0.6m/s，溫度42，陽極為柔性陽極，采用在柔性陽極上纏繞塑料網(wǎng)的安裝方式。穩(wěn)定后保護(hù)電位測試結(jié)果見表3，保護(hù)電流密度為50mA/m2。4、腐性掛片測試結(jié)果采用腐蝕掛片對塑料套管陽極安裝方式的陰極保護(hù)效果進(jìn)行測試，掛片時(shí)間30d，測試結(jié)果見表4。 5、結(jié)果分析 從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用塑料套管陽極安裝方式3時(shí)，管道內(nèi)的電位分

32、布較為均勻。采用塑料網(wǎng)安裝方式時(shí)，由于塑料網(wǎng)纏繞不均勻，管道內(nèi)保護(hù)電位差較大，應(yīng)嚴(yán)格控制纏繞的均勻度。管道內(nèi)壁采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)時(shí)，保護(hù)度可達(dá)92%-95%。由于管道內(nèi)無涂層，保護(hù)電流密度較大。63（九）管道內(nèi)壁的犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù) 近年來，隨著帶狀鎂合金犧牲陽極的大量應(yīng)用，帶動(dòng)了帶狀鋅合金、鋁合金犧牲陽極的開發(fā)。由于帶狀鋅合金、鋁合金犧牲陽極與柔性陽極有很大相似之處，我們采用帶狀鋅合金、鋁合金犧牲陽極，利用模擬裝置(圖4)進(jìn)行了管道內(nèi)犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)研究。 在帶狀犧牲陽極外纏繞塑料網(wǎng)的安裝方式，將陽極接頭直接焊接在管道內(nèi)壁，并對接頭部位進(jìn)行防腐，試驗(yàn)結(jié)果見表5。試驗(yàn)表明，采用帶狀犧牲

33、陽極保護(hù)管道內(nèi)壁完全可行。64（十）氣相環(huán)境中金屬管道內(nèi)壁強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù) 氣相環(huán)境中金屬管道采用防護(hù)涂層的措施，但完美無損的涂層是沒有的。從腐蝕機(jī)理講，局部的缺陷會(huì)加劇腐蝕的進(jìn)展。 陰極保護(hù)回路中電流的流動(dòng)一般是由電子電導(dǎo)、離子電導(dǎo)和電極反應(yīng)三個(gè)方面共同作用而構(gòu)成，三者缺一不可。本技術(shù)的關(guān)鍵，是在氣相環(huán)境中被保護(hù)的金屬表面上涂敷一層CK固體電解質(zhì)。金屬表面即處于連續(xù)相電解質(zhì)之中，其上設(shè)置相應(yīng)陽極層，當(dāng)施加外加電流時(shí)，即可確保氣相環(huán)境中金屬的陰極保護(hù)回路的暢通，同時(shí)，金屬在CK涂層中進(jìn)行陰極極化，當(dāng)極化在某些特定值時(shí)，腐蝕即可減緩或抑制。圖2為氣相環(huán)境中，架空金屬管道陰極保護(hù)裝置圖。其操作

34、方法和一般外加電流陰極保護(hù)技術(shù)相類似。65本技術(shù)和傳統(tǒng)的外加電流陰極保護(hù)技術(shù)相比的顯著特點(diǎn)：能對氣相環(huán)境中的金屬實(shí)施外加電流的陰極保護(hù)，陰極保護(hù)電流既不會(huì)流失，也不會(huì)造成臨近金屬的腐蝕，不需要設(shè)置費(fèi)事的絕緣法蘭，不怕被保護(hù)金屬接地，不會(huì)有陰極保護(hù)的死角。本技術(shù)依靠“CK涂層”可對氣相環(huán)境中的金屬直接進(jìn)行外加電流陰極保護(hù)。此時(shí)的CK涂層起電解質(zhì)作用。然而CK涂層又是一種新穎的防腐涂層，它不但具有普通防腐涂層(如油漆等，的性能，還彌補(bǔ)了傳統(tǒng)涂層的缺點(diǎn)。當(dāng)“CK涂層”與金屬表面夾有濕氣時(shí)，只要加上外加電流的陰極保護(hù)，腐蝕即可得到控制，所以本技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。表2為本技術(shù)的適用范圍及使用效果。6

35、6（十一）管線陰極保護(hù)在線監(jiān)測評價(jià)系統(tǒng)的研究進(jìn)展1、國外研發(fā)狀況1986年：水下結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，采用有線方式對水下管道陰極保護(hù)效果進(jìn)行檢測。1987年：陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，采用有線方式實(shí)現(xiàn)對水下管道內(nèi)陰極保護(hù)電流的檢測。1994年：將電壓檢測器用于監(jiān)測埋地管線陰極保護(hù)電位的技術(shù)，主要檢測整流器的交流電壓和直流電壓。1999年：遠(yuǎn)程陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，主要針對埋地金屬結(jié)構(gòu)物犧牲陽極電位采用一定頻率的方式進(jìn)行傳輸,從管道上提取電源電流。2003年：同步探測和遠(yuǎn)程監(jiān)測及陰極保護(hù)電位調(diào)節(jié)單元，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對參比電位進(jìn)行檢測。2004年：自動(dòng)化陰極保護(hù)監(jiān)測和控制系統(tǒng)，對測試片的腐蝕速率進(jìn)行測試。199

36、9年：陰極保護(hù)參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)測單元收集信息并用無線通訊來傳送數(shù)據(jù)，主要用于埋地管線、油田儲(chǔ)罐以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的陰極保護(hù)監(jiān)測。672002年：陰極保護(hù)監(jiān)測技術(shù)PETRO-CAT，完全實(shí)現(xiàn)油氣管線陰極保護(hù)效果監(jiān)測的點(diǎn)到點(diǎn)的解決方案，采用遠(yuǎn)程智能衛(wèi)星終端及感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳送，使業(yè)主和專業(yè)人士能獲得有用的陰極保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)的信息，并節(jié)省了大量的人力物力。CPM-陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)：主要用于監(jiān)測外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，可以遠(yuǎn)程監(jiān)測每個(gè)外加電流裝置、測試站以及陽極床的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)系統(tǒng)的故障，定位并及時(shí)報(bào)告故障地點(diǎn)。系統(tǒng)主要測量的參數(shù)有恒電位儀輸出電壓、電流、管地電位

37、和雜散電流，所有參數(shù)可在100 ms內(nèi)測量完畢。各終端與中心計(jì)算機(jī)通過內(nèi)置調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)，不需要全球衛(wèi)星定位接收器就可以實(shí)現(xiàn)外加壓流系統(tǒng)在10 ms內(nèi)同步斷/通電操作。美國天然氣研究所(GTI)研制的用于檢測天然氣管線保護(hù)狀態(tài)的系統(tǒng)-陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)：采用無線方式測量管線的保護(hù)電位和陽極輸入電流密度等保護(hù)參數(shù)，通過手持設(shè)備發(fā)出信號，埋在土壤中的應(yīng)答器接收信號后返回信號。這些信號包括陽極位置信號和陰極保護(hù)參數(shù)(管道電位及陽極輸出電流)。系統(tǒng)采用銅/硫酸銅參比電極(使用壽命30 a)和鋰電池(使用壽命15 a)。68美國INCON公司的TS-CPM陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)：主要針對外加電

38、流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用于監(jiān)測陰極保護(hù)站內(nèi)恒電位儀的工作狀態(tài)。系統(tǒng)測量的參數(shù)包括恒電位的輸出電壓和電流，通過專用軟件遠(yuǎn)程監(jiān)測陰極保護(hù)站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況。美國Deepwater公司研發(fā)的POLATRAK陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)：可用于各種固定或浮動(dòng)結(jié)構(gòu)物上各類陰極保護(hù)參數(shù)的監(jiān)測。系統(tǒng)主要包括監(jiān)測箱(包括監(jiān)測模塊及數(shù)據(jù)采集器)、參比電極、電流密度監(jiān)測傳感器和犧牲陽極電流監(jiān)測傳感器，設(shè)計(jì)壽命20 a。參比電極采用由銀/氯化銀電極(粉壓，精度1 mV)和鋅電極組成的雙電極體系，或者是由2個(gè)銀/氯化銀電極組成的雙電極體系。采用雙電極體系是為了使參比電極在使用過程中能進(jìn)行校對，以保證測量電位的準(zhǔn)確性。美國Borin

39、生產(chǎn)的“The data drive-by interrogator”系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測，主要傳輸測試樁的管地電位以及恒電位儀的輸出電流、電壓、控制電位等。692、國內(nèi)研發(fā)狀況1997年：中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所與南海、海洋研究所聯(lián)合研制了近海平臺(tái)陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由雙電極電位測量探頭、犧牲陽極輸出電流探頭、信號傳輸電纜及微機(jī)數(shù)據(jù)采集等部分組成。雙電極電位測量探頭由鋅電極與Ag/AgCl參比電極組成，Ag/AgCl電極電位漂移不大于2 mV，鋅電極電位漂移不大于20 mV。數(shù)據(jù)采集器由接線箱、信號調(diào)理器、A/D轉(zhuǎn)換模板組成。測量探頭安裝在平臺(tái)導(dǎo)管架的不同部位，測量信號通過電纜送入微機(jī)

40、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、存儲(chǔ)及打印等。該系統(tǒng)在實(shí)際平臺(tái)運(yùn)行了10 a，性能穩(wěn)定可靠。1999年：電極電位智能測量儀，由80C31芯片、只讀存儲(chǔ)器ROM、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換、顯示模塊、繼電器J、接線柱和控制開關(guān)組合而成，以單片機(jī)為核心采用推算的方法測量IR降，自動(dòng)切斷研究電極極化電流，并用曲線擬合的方法直接推算出消除IR降的電極電位值。該儀器基本上能消除IR降對電極電位測量的影響，無須使用復(fù)雜儀器設(shè)備，操作簡單，使用方便，適用范圍廣，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。702001年：中國科學(xué)院海洋研究所申請了遙控腐蝕電位測量儀專利。該測量儀包括測量電極、通道選擇單元、數(shù)據(jù)采

41、集單元、中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、通訊單元和調(diào)制解調(diào)器，采用通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與控制，能夠?qū)崿F(xiàn)各試驗(yàn)站腐蝕電位測量的集中管理，減少試驗(yàn)人員往返于試驗(yàn)站之間的次數(shù)，降低研究費(fèi)用。該儀器還可以進(jìn)行各類廠礦地下管網(wǎng)、油氣水長輸管線、海洋石油平臺(tái)等陰極保護(hù)的集中管理和遠(yuǎn)程監(jiān)測。此外，該單位還研發(fā)了平臺(tái)腐蝕自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，參比電極為高純鋅與Ag/AgCl復(fù)合探頭，主要用來監(jiān)測采油平臺(tái)支架腐蝕狀況。該系統(tǒng)包括腐蝕狀態(tài)自動(dòng)檢測數(shù)據(jù)采集儀、腐蝕狀態(tài)回放處理儀、專用屏蔽測量電纜、長效腐蝕監(jiān)測探頭等硬件設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集及通訊軟件、數(shù)據(jù)回放及分析軟件、探頭布點(diǎn)分布位置計(jì)算、長效腐蝕監(jiān)測探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，目前尚未實(shí)際

42、應(yīng)用。2002年：長輸管道陰極保護(hù)信號巡檢監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)管道陰極保護(hù)無線監(jiān)測存儲(chǔ)裝置、1個(gè)管道陰極保護(hù)無線巡檢取樣采集裝置、1個(gè)計(jì)算機(jī)。管道陰極保護(hù)無線巡檢取樣采集裝置的計(jì)算機(jī)通訊接口，由信息接口電纜與計(jì)算機(jī)接口連接。監(jiān)測時(shí)由鼠標(biāo)點(diǎn)擊監(jiān)測軟件包，輸入控制信號轉(zhuǎn)換為程序執(zhí)行指令并存儲(chǔ)。無線受控定時(shí)巡榆、取樣采集、發(fā)送采集數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)處理裝置對輸入的取樣采集數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、分析、處理及存儲(chǔ)，并由顯示器顯示各監(jiān)測點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)或圖形。裝置系統(tǒng)構(gòu)造簡單，操作方便，測量數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確。712004年：原油儲(chǔ)罐防腐蝕在線遙控遙測及壽命預(yù)測裝置，其儲(chǔ)罐內(nèi)壁保護(hù)為防腐蝕涂層加高活化鋁犧牲陽極保護(hù)，安裝在罐底內(nèi)

43、壁鋁合金犧牲陽極處，設(shè)有參比電極探頭。參比管絕緣管設(shè)有可伸縮測量電極，可彌補(bǔ)現(xiàn)有保護(hù)陽極使用中的缺陷，可以實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程測量儲(chǔ)罐主要部位的腐蝕防護(hù)電位及用陰極保護(hù)站設(shè)備進(jìn)行電氣參數(shù)測量，并能根據(jù)腐蝕防護(hù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，實(shí)行遠(yuǎn)程遙控調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，也使陰極達(dá)到充分保護(hù)。大連理工大學(xué)開發(fā)的CPM21型陰極保護(hù)多路參數(shù)遙測系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)構(gòu)成陰極保護(hù)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)：主機(jī)通過一根三芯電纜與分機(jī)聯(lián)絡(luò)，其主要任務(wù)是管理現(xiàn)場分機(jī)，對分機(jī)測得的各陰極保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集及加工處理。遙測系統(tǒng)分機(jī)是一臺(tái)以MCS 251系列單片機(jī)為核心、相應(yīng)硬件電路組成的智能測量儀器，能對現(xiàn)場的模擬信號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，并把測量結(jié)果保存起

44、來,以便主機(jī)隨時(shí)調(diào)用。被測量的模擬信號，先經(jīng)多路模擬開關(guān)進(jìn)行分時(shí)輪流接通，經(jīng)VF變換后送單片機(jī)的脈沖計(jì)數(shù)器輸入端，某一單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)反映了信號的大小，其時(shí)間間隔由系統(tǒng)的時(shí)基電路提供，經(jīng)計(jì)算后即可得出具體的數(shù)值。系統(tǒng)最多可帶陰極保護(hù)系統(tǒng)40套，遙測距離為10 km。該系統(tǒng)研制成功后對大連華能電廠現(xiàn)場8套陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測和管理，運(yùn)行良好。722004年：區(qū)域陰極保護(hù)智能監(jiān)控系統(tǒng)，由陰極防腐蝕電位傳感器、陰極電位變送器、數(shù)據(jù)采集A/D智能模塊、RS485總線、RS232轉(zhuǎn)RS485通信模塊、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、聲光報(bào)警器、數(shù)據(jù)輸出D/A及I/O模塊、恒電位儀、匯流點(diǎn)陰極電位、監(jiān)測點(diǎn)陰極腐蝕

45、電位、陰極電位傳感器、通信調(diào)制解調(diào)器、管理計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、后備電源組成,其特征在于將該系統(tǒng)分成3個(gè)區(qū)，即數(shù)據(jù)采集區(qū)、集中監(jiān)測控制區(qū)和遙控管理監(jiān)測區(qū)。數(shù)據(jù)采集區(qū)的陰極腐蝕電位信號，通過電位傳感器陰極電位變送器變?yōu)殡娦盘?，通過數(shù)據(jù)采集A/D模塊、RS485總線、RS232通信模塊傳送到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)測顯示和數(shù)據(jù)處理，再通過通信調(diào)制調(diào)節(jié)器將集中檢測取得的數(shù)據(jù)送到遠(yuǎn)程管理監(jiān)測區(qū)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)測管理或通過設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)接口上油田網(wǎng)，供管理人員監(jiān)視。中國海洋大學(xué)開發(fā)的石油平臺(tái)陰極保護(hù)原位監(jiān)測系統(tǒng)：由微機(jī)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和探頭群3個(gè)部分組成。其中，探頭群由16個(gè)參比電極和4個(gè)陽極輸出電

46、流檢測探頭組成，參比電極為銀/鹵化銀電極。陽極輸出電流檢測探頭由標(biāo)準(zhǔn)電阻、絕緣法蘭、陽極和補(bǔ)償電池組成。自動(dòng)數(shù)據(jù)采集器為16個(gè)電壓采集通道，輸入阻抗大于10 M。該系統(tǒng)已在渤海APP平臺(tái)運(yùn)行了2 a，效果良好。733、腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用前瞻 針對外加電流和犧牲陽極保護(hù)下輸氣管線的腐蝕在線監(jiān)測評價(jià)系統(tǒng)：不間斷地自動(dòng)巡回測量天然氣集輸管線代表點(diǎn)的環(huán)境腐蝕性的變化和管線保護(hù)狀態(tài)信息，具有實(shí)時(shí)顯示，自動(dòng)儲(chǔ)存測量結(jié)果和打印輸出功能，可以及時(shí)報(bào)警，便于采取措施，保證管線正常作業(yè)生產(chǎn)、消除安全隱患。74提綱一、腐蝕控制和陰極保護(hù)技術(shù)基本原理二、管道的陰極保護(hù)技術(shù)三、罐體及站場的陰極保護(hù)技術(shù)四、油氣井的陰極

47、保護(hù)技術(shù)五、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范75（一）罐底板外壁陰極保護(hù)技術(shù) 1、陰極保護(hù)條件與參數(shù) （1）設(shè)計(jì)前應(yīng)收集的資料 場區(qū)及罐平面布局圖和系統(tǒng)布置圖；建造起止日期；儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)資料；場區(qū)內(nèi)設(shè)施電絕緣及電跨接情況；電纜路徑；爆炸危險(xiǎn)區(qū)邊界。 （2）設(shè)計(jì)時(shí)與場區(qū)有關(guān)的資料 已建和計(jì)劃建的陰極保護(hù)系統(tǒng)；特殊的環(huán)境條件；基巖和凍土層深度；相鄰的埋地金屬構(gòu)筑物及其接近程度；與外部結(jié)構(gòu)絕緣的可行性。 （3）通過現(xiàn)場調(diào)查和腐蝕測試取得的資料 滿足達(dá)到判據(jù)的保護(hù)電流需要量；土壤電阻率；系統(tǒng)所需的電絕緣要求；系統(tǒng)的電連續(xù)性；防腐層的完整性；同一地區(qū)類似儲(chǔ)罐的泄漏史；存在雜散電流與否；其他維護(hù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。 （4）設(shè)計(jì)時(shí)，陰極

48、保護(hù)電流總量宜根據(jù)工藝計(jì)算留有10%的裕量。 （5）罐底輔助陽極的設(shè)計(jì)壽命應(yīng)與被保護(hù)儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壽命象適應(yīng)。762、儲(chǔ)罐罐底外壁陰極保護(hù)準(zhǔn)則：絕緣、導(dǎo)電良好。保護(hù)電流：新罐大于5mA/m2，舊罐10 mA/m2。保護(hù)電壓：透氣性差的粘土中-950mV（CSE）；溫度在60度以上時(shí)-950mV（CSE）；在電阻率大于500.m的砂質(zhì)環(huán)境中-750mV（CSE）；當(dāng)罐中心電位無法測量時(shí)，如直徑40米的罐，在確保電流密度前提下，罐周電位應(yīng)不小于-1.2V（CSE）。773、陰極保護(hù)方法的選擇對于土壤電阻率較高、儲(chǔ)罐直徑較大的環(huán)境，宜采用強(qiáng)制電流保護(hù)；對于土壤電阻率較低、儲(chǔ)罐直徑較小且周圍地下金屬構(gòu)筑物

49、布局復(fù)雜的環(huán)境，宜采用犧牲陽極保護(hù)。4、犧牲陽極法（1）陽極材料的選擇，如下表。78（2）保護(hù)電流需要量 一般采用普遍承認(rèn)的保護(hù)電流密度或現(xiàn)場電流需求量測試的結(jié)果計(jì)算，計(jì)算公式如下：防腐層絕緣性能決定所需的保護(hù)電流密度值，防腐層絕緣電阻值越高，所需的保護(hù)電流密度值越小。通常保護(hù)電流密度可按表2來選取。實(shí)際工程是安裝臨時(shí)電源和接地極，做饋電試驗(yàn)，再根據(jù)達(dá)到保護(hù)電位時(shí)對應(yīng)的極化電流強(qiáng)度，推算出最小保護(hù)電流密度的取值范圍。79（3）陽極輸出電流計(jì)算（4）犧牲陽極數(shù)量計(jì)算80（5）犧牲陽極的埋設(shè) 犧牲陽極的埋設(shè)應(yīng)有利于保護(hù)電流的均勻分布，應(yīng)在罐底或罐周均勻布置陽極。81（6）所需陽極的規(guī)格是由被保護(hù)金

50、屬的使用年限決定的，計(jì)算公式：825、強(qiáng)制電流法 對于所需保護(hù)電流較大的罐底，采用強(qiáng)制電流法。（1）保護(hù)電流需要量 一般采用普遍承認(rèn)的保護(hù)電流密度或現(xiàn)場電流需求量測試的結(jié)果計(jì)算，推薦儲(chǔ)罐保護(hù)電流密度ia為510mA/m2，計(jì)算公式如下：83（2）直流電源額定輸出電壓（3）直流電源功率84（4）輔助陽極需要量（5）參比電極 新建罐設(shè)計(jì)時(shí)，宜在罐底適當(dāng)位置安裝長效參比電極（如圖6.3.5-1所示），罐壁四周的電位分布可通過在罐壁四周埋設(shè)參比電極來監(jiān)測（如圖6.3.5-2所示）。85（6）輔助陽極的布置：當(dāng)罐底面積很大時(shí)，輔助陽極的布置很重要。86（二）罐內(nèi)壁陰極保護(hù)技術(shù)從安全的角度考慮，以采用犧牲

51、陽極保護(hù)為佳。保護(hù)的范圍是罐壁下部1m，罐底板全部。因?yàn)楹臀鬯母g性較強(qiáng)，所以對于原油儲(chǔ)罐內(nèi)壁陰極保護(hù)的電流密度需取120mA/m2。對于陽極品種的選取，考慮到溫度影響不宜選用鋅陽極，考慮到安全因素不宜選用鎂陽極，因?yàn)殒V在碰撞時(shí)易產(chǎn)生火花，多用鋁合金犧牲陽極。陽極的分布取決于陽極數(shù)量，在罐底以放射狀均勻分布，采用直接焊在罐板上。871、設(shè)計(jì)原則 原油儲(chǔ)罐底板內(nèi)表面的保護(hù)電流密度不得低于10mA/m2，并應(yīng)符合下列規(guī)定：有防腐涂層的鋼表面保護(hù)電流密度范圍應(yīng)為1030mA/m2；無防腐涂層的鋼表面保護(hù)電流密度范圍為30150mA/m2，充海水期間為70100mA/m2；在含硫化氫或氧等去極化劑

52、和在較高溫度的環(huán)境下，應(yīng)提高保護(hù)電流密度。 原油儲(chǔ)罐內(nèi)鋁合金犧牲陽極的電化學(xué)性能應(yīng)符合下表規(guī)定。882、設(shè)計(jì)計(jì)算： 所需總保護(hù)電流、單塊陽極輸出電流、陽極塊的使用量、陽極的使用壽命計(jì)算。89（三）原油罐底板內(nèi)壁犧牲陽極法陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用 對原油4號罐底板僅刷涂料進(jìn)行防腐蝕，其效果不佳。對產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕源自涂料施工質(zhì)量、原油含鹽量及貯存溫度，其腐蝕機(jī)理為電化學(xué)腐蝕。1、犧牲陽極材料的選擇從使用的安全性及投入成本考慮，通常在原油罐內(nèi)采用鋁合金作為犧牲陽極較為簡單、易行。一般的Al-Zn-In系列鋁合金犧牲陽極在原油沉積水中電流效率低，腐蝕消耗不均勻，溶解性差，故選用武漢

53、材料保護(hù)研究所研制的專用高效鋁合金犧牲陽極。該陽極通過在常規(guī)Al-Zn-In陽極中加入Sn、Ti等合金化元素，提高了耐高溫性能，細(xì)化了晶粒。同時(shí)，Sn的加入可與In形成固溶體，使陽極具有更穩(wěn)定的活化性能，溶解均勻。902、設(shè)計(jì)及計(jì)算 儲(chǔ)罐內(nèi)徑D=28 m，儲(chǔ)罐內(nèi)部總保護(hù)表面積Si=660 m2(以罐底板和從底板起以上0. 5 m罐內(nèi)壁周邊總面積計(jì))，儲(chǔ)罐內(nèi)部保護(hù)電流密度35 mA/m2，內(nèi)壁介質(zhì)電阻率40cm，儲(chǔ)罐內(nèi)部保護(hù)電位-0.85 V(SCE)，儲(chǔ)罐內(nèi)部陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命10 a，陽極規(guī)格(110130) mm120 mm500 mm，20 kg/支。具體參數(shù)的計(jì)算如下：（1）陽極接水

54、電阻R91（2）陽極輸出電流If（3）陽極使用壽命t92（4）保護(hù)電流I（5）所需陽極數(shù)量N3、內(nèi)壁陰極保護(hù)的陽極安裝 考慮陽極在罐底板的分布位置以及本項(xiàng)目陽極應(yīng)用實(shí)際效果，選擇陽極數(shù)量為48支，在儲(chǔ)罐內(nèi)部側(cè)面壁與底板上平均分布。犧牲陽極通過支持臂直接焊接在儲(chǔ)罐內(nèi)壁與底板上(距罐壁150200 mm)。93（三）中原采油廠油氣水分離器內(nèi)壁強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)油田油氣水分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于開發(fā)后期的油井平均含水率在85%左右，故分離器內(nèi)底部一半以上的部位處在分離出的污水介質(zhì)中。因中原油產(chǎn)出水具有偏酸性，礦化度高，碳酸根、氯離子含量高的特點(diǎn)，使得分離器底部水介質(zhì)接觸部位腐蝕嚴(yán)重，新建分離器有的

55、不到半年即腐蝕穿孔泄漏，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。目前，國內(nèi)三相分離器大多采用犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)，現(xiàn)場應(yīng)用證明，犧牲陽極保護(hù)存在有保護(hù)死角、保護(hù)壽命短的缺陷，新上的犧牲陽極一般不到半年即消耗完，達(dá)不到生產(chǎn)要求。外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在三相分離器內(nèi)首次成功應(yīng)用，解決了包括安全防爆的一系列技術(shù)問題。941、技術(shù)簡介該技術(shù)通過把陰極電流施加到分離器內(nèi)壁表面，使之進(jìn)行適度的陰極極化，將鋼體在水介質(zhì)中的電極電位負(fù)移至不腐蝕狀態(tài)，從而使基體得到保護(hù)。對于分離器內(nèi)高電導(dǎo)率的污水介質(zhì)，采用外加電流陰極保護(hù)可以防止點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕等任何形式的電化學(xué)腐蝕。實(shí)踐證明是可行的。由于油田分離器是一種壓力容器，正常工作壓力在0.

56、350.85MPa，且水介質(zhì)中往往含有一定的原油及底部沉積泥垢，在其內(nèi)部進(jìn)行陰極保護(hù)，對輔助陽極、參比電極等的選型、設(shè)計(jì)、分布等，保護(hù)參數(shù)的選擇，以及整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)的耐壓密封、安全性能都具有較高的要求，這也是該技術(shù)解決的關(guān)鍵問題及研究的核心內(nèi)容。952、陰極保護(hù)參數(shù)的確定 最佳保護(hù)電位和保護(hù)電流是陰極保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，因油田產(chǎn)出水中的電化學(xué)保護(hù)參數(shù)可借鑒資料很少，所以只能由實(shí)驗(yàn)研究確定。（1）測定陰極極化曲線 為測定三相分離器陰極保護(hù)參數(shù)，采用現(xiàn)場三相分離器分離水介質(zhì)作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，通過改變溫度等不同的條件模擬現(xiàn)場，做出各種條件下的陰極極化曲線。 圖1a-d是用采油一廠文一聯(lián)2#分離器水介質(zhì)

57、，用A3鋼試片(表面積：21.46cm2)作為研究電極，Cu/CuSO4作為參比電極，鉑電極作為輔助陽極測得的不同條件下的陰極極化曲線。從圖1a可以看出，開始極化時(shí)，電流變化不大，而電位向負(fù)移動(dòng)較大，即陰極極化程度大。當(dāng)電位極化至-1.2V(SCE)以后，再增大電流時(shí)，電位的變化就比較緩慢了，也就是說，要增加較大的電流才能使電極進(jìn)一步極化。在實(shí)驗(yàn)中還觀察到，極化至-1.28V時(shí)，電極表面有少量氫氣泡出現(xiàn)，當(dāng)電位比-1.28V更負(fù)時(shí)，有大量氣泡逸出，此時(shí)電流大大增加。極化至-0.95V時(shí)，鉑電極上有氯氣產(chǎn)生。96從圖1b可以看出，當(dāng)電位極化至-1.15V以后，再增大電流時(shí)，電位的變化比較緩慢，該

58、條件下的析氫電位為-1.12V，比暴氧條件下正移0.16V，由此可見，氧的存在阻滯了陰極氫去極化反應(yīng)的發(fā)生。圖1c為50時(shí)碳鋼的極化曲線，由曲線可知，電極極化至-1.05V時(shí)，再增大電流，電位的變化比較緩慢，極化至-1.12V時(shí)，有氫氣產(chǎn)生。由此可見，溫度升高并沒有改變析氫電位。 從陰極極化a-c初步分析得出：碳鋼在文一聯(lián)2#分離器50水介質(zhì)中進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)，其保護(hù)電位盡量不要超過-1.3V，以免金屬表面有大量氫氣析出，使涂層產(chǎn)生陰極剝離，影響金屬表面涂層的質(zhì)量，甚至使碳鋼產(chǎn)生氫脆的危險(xiǎn)。但僅從極化曲線還不能完全選定保護(hù)參數(shù)，還必須根據(jù)保護(hù)效果實(shí)驗(yàn)選定合理的保護(hù)參數(shù)。97（2）選取合理的保護(hù)參

59、數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。從表2可以看出，保護(hù)電位越負(fù)，保護(hù)效果越好，保護(hù)電位達(dá)到-0.95V時(shí)，保護(hù)度達(dá)到98.2%，保護(hù)效果已很好；從-0.95V極化到-1.05V時(shí)，保護(hù)度變化不大，但保護(hù)電流卻增加很多(從圖1d極化曲線可以看出)，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，最小保護(hù)電位可定為-0.95V。從析氫電位考慮，保護(hù)電位不宜超過-1.1V。綜合以上考慮，文一聯(lián)2#分離器的最佳保護(hù)電位應(yīng)在-0.95-1.1V(相對于Cu/CuSO4參比電極)之間，其最小保護(hù)電流密度裸鋼時(shí)為350mA/m2；若鋼體表面涂層完好，最小電流密度為186mA/m2(見圖1d)。983、現(xiàn)場陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝（1）安裝設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場介

60、質(zhì)及工藝條件，通過對鋅、Ag/AgCl電極、Cu/CuSO4進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，參比電極選用性能穩(wěn)定易于安裝的Ag/AgCl參比電極。通過稀貴金屬陽極、微鉑陽極、石墨陽極的陽極極化曲線分析，可以看出：施加很小的陽極極化電流即可使稀貴金屬陽極很快極化至穩(wěn)定的電位；微鉑陽極也可以很快極化并達(dá)到穩(wěn)定的電位，但所需的極化電流較大；石墨陽極的極化穩(wěn)定性較差。選用了適合介質(zhì)條件的稀貴金屬輔助陽極。 因分離器中污水介質(zhì)含有較高濃度的氯離子，選用了貴金屬陽極作輔助陽極，固體Ag/AgCl作參比電極，根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)電流分布測試結(jié)果，對陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2。99（2）陽極板與電纜接頭處理根據(jù)三相分離器的形狀及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，