管道陰極保護(hù)基本知識(shí)

1、僅供個(gè)人參考管道陰極保護(hù)基本知識(shí)內(nèi)容提要： ?陰極保護(hù)系統(tǒng)管理知識(shí)一、陰保護(hù)系統(tǒng)管理知識(shí)（一）陰極保護(hù)的原理自然界中，大多數(shù)金屬是以化合狀態(tài)存在的，通過(guò)煉制 被賦予能量，才從離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變成原子狀態(tài)，為此，回歸自 然狀態(tài)是金屬固有本性。我們把金屬與周圍的電解質(zhì)發(fā)生反 應(yīng)、從原子變成離子的過(guò)程稱為腐蝕。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)。

2、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 極保護(hù)。1犧牲陽(yáng)極法將被保護(hù)金屬和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬或合 金（即犧牲陽(yáng)極）相連，使被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率的 方法。在被保護(hù)金屬與犧牲陽(yáng)極所形成的大地電池中，被保護(hù) 金屬體為陰極，犧牲陽(yáng)極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電 位值，在保護(hù)電池中是陽(yáng)極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧 牲”陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)，如圖 1 3。犧牲陽(yáng)極材料有高鈍鎂，其電位為 -1.

3、75V;高鈍鋅，其電 位為-1.1V ;工業(yè)純鋁，其電位為-0.8V （相對(duì)于飽和硫酸銅參 比電極）。2、強(qiáng)制電流法（外加電流法）將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保 護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：恒電位、恒電 流、恒電壓、整流器等。如圖 1-4示。圖 1-4 恒電位方式示意圖 外部電源通過(guò)埋地的輔助陽(yáng)極將保護(hù)電流引入地下， 通過(guò)土壤提供給被保護(hù)金屬， 被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極， 其表面只發(fā)生還原反應(yīng)， 不會(huì)再發(fā)生金屬離子化 的氧化反應(yīng)，使腐蝕受到抑制。而輔助陽(yáng)極表面則發(fā)生丟電子氧化反應(yīng)，因此， 輔助陽(yáng)極本身存在消耗。陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過(guò)一個(gè)陰極保護(hù)電流 源

4、向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護(hù)的金屬體，提供足夠的 與原腐蝕電流方向相反的保護(hù)電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原 本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護(hù)電流的 方式和“源”不同。一種是利用電位更負(fù)的金屬或合金，另 一種則利用直流電源。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)驅(qū)動(dòng)電壓高，輸出電流大，有效保護(hù) 范圍廣，適用于被保護(hù)面積大的長(zhǎng)距離、大口徑管道。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)不需外部電源， 維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)， 簡(jiǎn)單， 對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小， 適用于短距離、 小口徑、 分散的管道。（二）外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成1、恒電位儀：珠三角管道采用的是 IHF 系列數(shù)控高頻開(kāi) 關(guān)恒電位儀，它的主要作用是向管道輸出保護(hù)電流。2、

5、陽(yáng)極地床：由若干支輔助陽(yáng)極（高硅鑄鐵）組成，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， 管道在回路中為負(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，或是周圍電解質(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。 珠三角管道的陽(yáng)極地床輔助陽(yáng)極一般為 40支，陽(yáng)極地床的接地電阻小于 3Q（設(shè)計(jì)要求），陽(yáng)極地床與管道的 垂直距離要大于 50 米。3、參比電極：為了對(duì)各種金

6、屬的電極電位進(jìn)行比較，必 須有一個(gè)公共的參比電極，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， 通常由飽和硫酸銅參比電極、 鋅電極等。4、絕緣接頭：陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)的是輸油站外的長(zhǎng)輸管 道，絕緣接頭的作用是將陰極保護(hù)電流限制在兩個(gè)陰極保護(hù) 站之間的管道上。5、檢查片：由與管道同材質(zhì)的金屬制成 50x 100mm的掛 片，檢查片有兩組，一組與輸油管道相連，處于陰極保護(hù)狀 態(tài)，一組不與管道相連，處于自然腐蝕狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間 后將兩組檢查片的失重量進(jìn)行比較，可分析管道的陰極保護(hù) 效果。6、測(cè)試樁：為了檢測(cè)維護(hù)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)，在管道 沿線設(shè)置電流及電位測(cè)試樁，電位測(cè)試樁每公里設(shè)置一個(gè)； 電

7、流測(cè)試樁每 5 公里設(shè)一個(gè)；套管電位測(cè)試樁每個(gè)套管處設(shè) 置一個(gè)；絕緣接頭電位測(cè)試樁每一絕緣處設(shè)一個(gè)。（三）陰極保護(hù)的基本參數(shù)（1）最小保護(hù)電流密度陰極保護(hù)時(shí)，使腐蝕停止，或達(dá)到允許程度時(shí)所需的電 流密度值稱為最小保護(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、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。防腐絕緣層種類不同，所需要的保護(hù)電流密度 也不同。防腐絕緣層的電阻值越高，所需的保護(hù)電流密度值 越小。(2) 最小保護(hù)電位為使腐蝕過(guò)程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的絕 對(duì)值最小的負(fù)電位值，稱之為最小保護(hù)電位。最小保護(hù)電位也與金屬的種類、 腐蝕介質(zhì)的組成、

8、溫度、 濃度等有關(guān)。最小保護(hù)電位值常常是用來(lái)判斷陰極保護(hù)是否 充分的基準(zhǔn)。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護(hù)的重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定在土壤中的最小保護(hù)電位為一0.85V (相對(duì)飽和硫酸銅參比電極)。(3) 最大保護(hù)電位在陰極保護(hù)中，所允許施加的陰極極化的絕對(duì)值最大的 負(fù)電位值，在此電位下管道的防腐層不受到破壞。此電位值 就是最大保護(hù)電位。最大保護(hù)電位值的大小通過(guò)試驗(yàn)確定。一般取1.5V( CSE)。陰極保護(hù)電位越大，防腐程度越高，單站保護(hù)距離也越 長(zhǎng)，但是過(guò)大的電位將使被保護(hù)管道的防腐絕緣層與管道金 屬表面的粘接力受到破壞，產(chǎn)生陰極剝離，嚴(yán)重時(shí)可以出現(xiàn) 金屬“氫破裂”。同時(shí)太大的電位將消耗過(guò)多的保護(hù)電流，

9、 形成能量浪費(fèi)。（四）陰極保護(hù)投入前的準(zhǔn)備和驗(yàn)收1、陰極保護(hù)投入前對(duì)被保護(hù)管道的檢查 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)檢查管道的絕緣接頭的絕緣性能是否正常；管道沿線的閥 門(mén)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 埋地檢漏儀檢測(cè)，修補(bǔ)后回填。2、對(duì)陰極保護(hù)施工質(zhì)量的

10、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)施的選材、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。（五）陰極保護(hù)投入運(yùn)行的調(diào)試 1、組織人員測(cè)定全線管道自然電位、土壤電阻率、陽(yáng)極 地床接地電阻，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?按照恒電位儀的操作程序給管道送電，使電位保持在 -1.20 伏左右，待

11、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)

12、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。?（六）陰極保護(hù)站的日常維護(hù)管理1、恒電位儀的巡檢和維護(hù)。1）日常巡檢： 每天 9：00 和 21：00對(duì)恒電位儀巡檢一次， 并記錄輸出電壓、電流、保護(hù)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)。2）每月維護(hù)：每月 1 日對(duì)恒電位儀進(jìn)行切換使用。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，發(fā)現(xiàn)儀器故障 應(yīng)及時(shí)檢修，保證供電。維護(hù)內(nèi)容：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

13、，如有熔斷，需查清原因再更換。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，接頭是否牢固。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。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、參比電極的維護(hù)。作為恒定電位儀信號(hào)源的埋地參比電極，在使用過(guò)程中 需注意觀察恒電位儀的輸出數(shù)值，發(fā)現(xiàn)異?？蓹z查參比電極 井是否干涸，影響儀器正常工作。?3、陽(yáng)極地床的維護(hù)。陽(yáng)極地床接地電阻每月測(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 或進(jìn)行維修，以減小接地電阻。4、測(cè)試樁的維護(hù)。

14、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。5、絕緣接頭的維護(hù)。每月檢測(cè)絕緣接頭兩側(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。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwende