管道陰極保護(hù)基本知識

1、僅供個人參考管道陰極保護(hù)基本知識內(nèi)容提要： ?陰極保護(hù)系統(tǒng)管理知識一、陰保護(hù)系統(tǒng)管理知識（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極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽極區(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)的原理是給金屬補充大量的電子，使被保護(hù)金 屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達(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 辦法可以實現(xiàn)這一目的，即犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰 極保護(hù)。1犧牲陽極法將被保護(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)金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護(hù) 金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電 位值，在保護(hù)電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧 牲”陽極，從而實現(xiàn)了對陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)，如圖 1 3。犧牲陽極材料有高鈍鎂，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 （相對于飽和硫酸銅參 比電極）。2、強制電流法（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 外部電源通過埋地的輔助陽極將保護(hù)電流引入地下， 通過土壤提供給被保護(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。而輔助陽極表面則發(fā)生丟電子氧化反應(yīng)，因此， 輔助陽極本身存在消耗。陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過一個陰極保護(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。強制電流陰極保護(hù)驅(qū)動電壓高，輸出電流大，有效保護(hù) 范圍廣，適用于被保護(hù)面積大的長距離、大口徑管道。犧牲陽極陰極保護(hù)不需外部電源， 維護(hù)管理經(jīng)濟， 簡單， 對鄰近地下金屬構(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 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、陽極地床：由若干支輔助陽極（高硅鑄鐵）組成，通 過輔助陽極把保護(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)極形成一個回路，這一回路形成了一個電解池， 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 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消耗在陽極接地電阻上 ,?故陽極材料 的選擇和埋設(shè)方式、 場所的選擇 ,對減小電阻節(jié)約電能是至關(guān)重要的。 珠三角管道的陽極地床輔助陽極一般為 40支，陽極地床的接地電阻小于 3Q（設(shè)計要求），陽極地床與管道的 垂直距離要大于 50 米。3、參比電極：為了對各種金

6、屬的電極電位進(jìn)行比較，必 須有一個公共的參比電極，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)的是輸油站外的長輸管 道，絕緣接頭的作用是將陰極保護(hù)電流限制在兩個陰極保護(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)過一定時間 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、測試樁：為了檢測維護(hù)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)，在管道 沿線設(shè)置電流及電位測試樁，電位測試樁每公里設(shè)置一個； 電

7、流測試樁每 5 公里設(shè)一個；套管電位測試樁每個套管處設(shè) 置一個；絕緣接頭電位測試樁每一絕緣處設(shè)一個。（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，使腐蝕停止，或達(dá)到允許程度時所需的電 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)電位為使腐蝕過程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的絕 對值最小的負(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)。實驗測定在土壤中的最小保護(hù)電位為一0.85V (相對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)電位值的大小通過試驗確定。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，但是過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)重時可以出現(xiàn) 金屬“氫破裂”。同時太大的電位將消耗過多的保護(hù)電流，

9、 形成能量浪費。（四）陰極保護(hù)投入前的準(zhǔn)備和驗收1、陰極保護(hù)投入前對被保護(hù)管道的檢查 管道對地絕緣的檢查： 從陰極保護(hù)的原理介紹 ,?已得知沒 有絕緣就沒有保護(hù)。為了確保陰極保護(hù)的正常運行，在施加 陰極保護(hù)電流前，必須確保管道的各項絕緣措施正確無誤。 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)無漏敷 點，所有施工時期引起的缺陷與損傷均應(yīng)在施工驗收時使用 埋地檢漏儀檢測，修補后回填。2、對陰極保護(hù)施工質(zhì)量的

10、驗收 （1）對陰極保護(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 圖紙設(shè)計要求。（2）對陰極保護(hù)的站外設(shè)施的選材、施工是否與設(shè)計一 致。對通電點、測試樁、陽極地床、陽極引線的施工與連接 應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)范要求，尤其是陽極引線接正極，管道匯流點 接負(fù)極，嚴(yán)禁電極接反。（ 3）圖紙、設(shè)計資料齊全完備。（五）陰極保護(hù)投入運行的調(diào)試 1、組織人員測定全線管道自然電位、土壤電阻率、陽極 地床接地電阻，同時對管道環(huán)境有一個比較詳盡的了解，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間 （四小時以上 ）開始測 試直流電源輸出電流、電壓、通電點電位、管道沿線保護(hù)電 位、保護(hù)距離等。然后根據(jù)所測保護(hù)電位，調(diào)整通電點電位 至規(guī)定值， 繼續(xù)給管道送電使其完全極化 ?（通常在 24 小時以 上）。再重復(fù)第一次測試工作，并做好記錄。若個別管段保護(hù) 電位過低，則需再適當(dāng)調(diào)節(jié)通電點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，同時各站通電點最負(fù)電位不允許超 過規(guī)定數(shù)值。調(diào)節(jié)通電點電位時，管道上相鄰陰極保護(hù)站間 加強聯(lián)系，保證各站通電點電位均衡。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 日對恒電位儀進(jìn)行切換使用。改用 備用的儀器時，應(yīng)即時進(jìn)行一次觀測和維修，發(fā)現(xiàn)儀器故障 應(yīng)及時檢修，保證供電。維護(hù)內(nèi)容：觀察全部零件是否正常，元件有無腐蝕、脫焊、虛焊、 損壞，各連接點是否可靠，電路有無故障，各緊固件是否松 動，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，以及接至陽極地床、 通電點的導(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，防止儀器過熱。2、參比電極的維護(hù)。作為恒定電位儀信號源的埋地參比電極，在使用過程中 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、陽極地床的維護(hù)。陽極地床接地電阻每月測試一次，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，應(yīng)該更換陽極地床 或進(jìn)行維修，以減小接地電阻。4、測試樁的維護(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，用萬用表測量，若小于此值應(yīng)檢查接線柱與外套鋼管有無接 地，若有則需更換或維修。2）測試樁應(yīng)每年定期刷漆和編號。3）防止測試樁的破壞丟失， 對沿線城鄉(xiāng)居民及兒童作好愛 護(hù)國家財產(chǎn)的宣傳教育工作。5、絕緣接頭的維護(hù)。每月檢測絕緣接頭兩側(cè)管地電位，若與原始記錄有差異時，應(yīng)對其性能好壞作鑒別。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