管道陰極保護基本知識

1、管道陰極保護基本知識內容提要：  陰極保護系統管理知識一、陰保護系統管理知識（一）陰極保護的原理自然界中，大多數金屬是以化合狀態(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發(fā)生反應、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

2、到電子受到保護。陰極保護的原理是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位，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這一目的，即犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。1、犧牲陽極法將被保護金屬和一種可以提供陰極保護電流的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護體極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負于被保護金屬體的電位值，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極，從而實現了對陰極的被保護金屬體的防護，如圖13。犧牲陽極材料有高鈍鎂，其電位為-1.75V

3、；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）將被保護金屬與外加電源負極相連，由外部電源提供保護電流，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電流引入地下，通過土壤提供給被保護金屬，被保護金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應，不會再發(fā)生金屬離子化的氧化反應，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，因此，輔助陽極本身存在消耗。 陰極保護的上述兩種方法，都是通過一個陰極保護電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保

4、護的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護電流，使之恰好抵消金屬內原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產生保護電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負的金屬或合金，另一種則利用直流電源。強制電流陰極保護驅動電壓高，輸出電流大，有效保護范圍廣，適用于被保護面積大的長距離、大口徑管道。犧牲陽極陰極保護不需外部電源，維護管理經濟，簡單，對鄰近地下金屬構筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。（二）外加電流陰極保護系統的組成1、恒電位儀：珠三角管道采用的是IHF系列數控高頻開關恒電位儀，它的主要作用是向管道輸出保護電流。2、陽極地床：由若干支輔助陽極（高硅鑄鐵）組成，通過輔助陽極

5、把保護電流送入土壤，經土壤流入被保護的管道，使管道表面進行陰極極化 (防止電化學腐蝕)，電流再由管道流入電源負極形成一個回路，這一回路形成了一個電解池，管道在回路中為負極處于還原環(huán)境中，防止腐蝕，而輔助陽極進行氧化反應遭受腐蝕，或是周圍電解質被氧化。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方式、場所的選擇,對減小電阻節(jié)約電能是至關重要的。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3（設計要求），陽極地床與管道的垂直距離要大于50米。3、參比電極：為了對各種金屬的電極電位進行比較，必須有一個公共的參比電極，其電極電位具有良好的重復性

6、和穩(wěn)定性，構造簡單，通常由飽和硫酸銅參比電極、鋅電極等。4、絕緣接頭：陰極保護系統保護的是輸油站外的長輸管道，絕緣接頭的作用是將陰極保護電流限制在兩個陰極保護站之間的管道上。5、檢查片：由與管道同材質的金屬制成50×100mm的掛片，檢查片有兩組，一組與輸油管道相連，處于陰極保護狀態(tài)，一組不與管道相連，處于自然腐蝕狀態(tài)。經過一定時間后將兩組檢查片的失重量進行比較，可分析管道的陰極保護效果。6、測試樁：為了檢測維護管道的陰極保護系統，在管道沿線設置電流及電位測試樁，電位測試樁每公里設置一個；電流測試樁每5公里設一個；套管電位測試樁每個套管處設置一個；絕緣接頭電位測試樁每一絕緣處設一個。

7、（三）陰極保護的基本參數（1）最小保護電流密度陰極保護時，使腐蝕停止，或達到允許程度時所需的電流密度值稱為最小保護電流密度。最小保護電流密度的大小取決于被保護金屬的種類、表面狀況、腐蝕介質的性質、組成、濃度、溫度和金屬表面絕緣層質量等。防腐絕緣層種類不同，所需要的保護電流密度也不同。防腐絕緣層的電阻值越高，所需的保護電流密度值越小。（2）最小保護電位為使腐蝕過程停止，金屬經陰極極化后所必須達到的絕對值最小的負電位值，稱之為最小保護電位。最小保護電位也與金屬的種類、腐蝕介質的組成、溫度、濃度等有關。最小保護電位值常常是用來判斷陰極保護是否充分的基準。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護的重要參數。實驗測定

8、在土壤中的最小保護電位為0.85V（相對飽和硫酸銅參比電極）。（3）最大保護電位在陰極保護中，所允許施加的陰極極化的絕對值最大的負電位值，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電位。最大保護電位值的大小通過試驗確定。一般取1.5V（CSE）。陰極保護電位越大，防腐程度越高，單站保護距離也越長，但是過大的電位將使被保護管道的防腐絕緣層與管道金屬表面的粘接力受到破壞，產生陰極剝離，嚴重時可以出現金屬“氫破裂”。同時太大的電位將消耗過多的保護電流，形成能量浪費。（四）陰極保護投入前的準備和驗收1、陰極保護投入前對被保護管道的檢查管道對地絕緣的檢查：從陰極保護的原理介紹, 已

9、得知沒有絕緣就沒有保護。為了確保陰極保護的正常運行，在施加陰極保護電流前，必須確保管道的各項絕緣措施正確無誤。 應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、穿越套管處也應有正確有效的絕緣處理措施，管道在地下不應與其它金屬構筑物有"短接"等故障；管道表面防腐層應無漏敷點，所有施工時期引起的缺陷與損傷均應在施工驗收時使用埋地檢漏儀檢測，修補后回填。2、對陰極保護施工質量的驗收（1）對陰極保護間內所有電氣設備的安裝是否符合電氣設備安裝規(guī)程的要求，各種接地設施是否完成，并符合圖紙設計要求。（2）對陰極保護的站外設施的選材、施工

10、是否與設計一致。對通電點、測試樁、陽極地床、陽極引線的施工與連接應嚴格符合規(guī)范要求，尤其是陽極引線接正極，管道匯流點接負極，嚴禁電極接反。（3）圖紙、設計資料齊全完備。（五）陰極保護投入運行的調試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、管道沿線保護電位、保護距離等。然后根據所測保護電位，調整通電點電位至規(guī)定值，繼續(xù)給管道送電

11、使其完全極化 (通常在24小時以上)。再重復第一次測試工作，并做好記錄。若個別管段保護電位過低，則需再適當調節(jié)通電點電位至滿足全線陰極保護電位指標為止。3、保護電位的控制 各站通電點電位的控制數值, 應能保證相鄰兩站間的管段保護電位達到-0.85伏，同時各站通電點最負電位不允許超過規(guī)定數值。調節(jié)通電點電位時，管道上相鄰陰極保護站間加強聯系，保證各站通電點電位均衡。4、當管道全線達到最小陰極保護電位指標后，投運操作完畢，各陰極保護站進入正常連續(xù)工作階段。 （六）陰極保護站的日常維護管理1、恒電位儀的巡檢和維護。1)日常巡檢：每天9：00和21：00對恒電位

12、儀巡檢一次，并記錄輸出電壓、電流、保護電位數值, 與前次記錄(或值班記錄)對照是否有變化，若不相同應查找原因，采取相應措施使管道全線達到陰極保護。2）每月維護：每月1日對恒電位儀進行切換使用。改用備用的儀器時，應即時進行一次觀測和維修，發(fā)現儀器故障應及時檢修，保證供電。維護內容：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，如有熔斷，需查清原因再更換。檢查接接陰極保護站的電源導線，以及接至陽極地床、通電點的導線是否完好，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。搞好站內設備的清潔衛(wèi)生，注意保持室內干燥，通電良好，防止儀器過熱。2、參比電極的維護。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值，發(fā)現異?？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。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電流時，應該更換陽極地床或進行維修