管道犧牲陽極法陰極保護專用方案

1、長輸管道犧牲陽極法陰極保護方案項目名稱：建設單位：施工單位：編制日期：2010年10月4日目 錄一、概述2（一）原理2（二）犧牲陽極法陰極保護的優(yōu)點2（三）犧牲陽極材料2（四）陽極安裝方式6（五）測試系統(tǒng)7（六）應用標準和規(guī)范7（七）主要測試設備和工具7二、該項目管道犧牲陽極保護法的設計8三、施工方法81、犧牲陽極法陰極保護施工安裝程序簡述如下:82、犧牲陽極法的施工:9一、概述（一）原理將被保護的金屬結構連接一種比其電位更負的金屬或合金，該金屬或合金為陽極，依靠它的優(yōu)先溶解所釋放出的電流使金屬結構陰極極化到所需的電位而實現(xiàn)保護，這種方法稱為犧牲陽極法陰極保護。（二）犧牲陽極法陰極保護的優(yōu)點1

2、、不需要外部電源；2、對鄰近金屬構筑物無干擾或很小；3、電流輸出雖不能控制，但有自動調(diào)節(jié)傾向，且覆蓋層不易損壞。4、調(diào)試后，可不需日常管理；5、保護電流分布均勻，利用率高。（三）犧牲陽極材料 1、作為犧牲陽極材料，必須滿足以下條件:1.1有足夠負且穩(wěn)定的電位，不僅要有足夠負的開路電位，而且要有足夠的閉路電位（或稱工作電位，即在電解質(zhì)介質(zhì)中與金屬結構連接時犧牲陽極的電位）。1.2腐蝕率小，且腐蝕均勻，要具有高而穩(wěn)定的電流效率。 犧牲陽極的電流效率是指實際電容量與理論電容量的百分比，以%表示。1.3電化學當量高，即單位重量產(chǎn)生的電流量大。1.4工作中陽極的極化率要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落。 1.5

3、腐蝕產(chǎn)物不污染環(huán)境、無公害。1.6材料來源廣泛，加工容易并價格低廉。2、鎂2.1鎂陽極的特點是比重小、電位很負、對鐵的驅動加壓很大，且單位發(fā)生的電量大。 2.2鎂作為犧牲陽極，有較快的溶解速度，鎂在電解質(zhì)中溶液中的腐蝕行為是由本身很負的電位和表面上保護膜的 性質(zhì)所決定。2.3鎂的標準電極電位為-2.37V(SHE);非平衡電極電位則隨腐蝕性介質(zhì)的性質(zhì)而變，例如：鎂在海水中的電位為-1.5V(SCE)，鎂在土壤之中的電位為1.5V至-1.6(SCE)，鎂在堿溶液中的電位約為-0.84V(SCE)。鎂的電極電位與介質(zhì)的PH值有密切關系,PH值在酸性范圍內(nèi)，電位較負，因為生成的腐蝕產(chǎn)物氫氧化鎂在堿性

4、介質(zhì)中是難溶的。正因為鎂在酸性及中性介質(zhì)中的電位較負和保護膜的不穩(wěn)定性，所以鎂在酸性和中性介質(zhì)中的腐蝕速度較大。而在堿性介質(zhì)中，鎂的表面保護膜穩(wěn)定，電位較正，腐蝕速度則因此而降低。鎂作為犧牲陽極使用時，與電位較正的金屬相接觸，這時，鎂產(chǎn)生陽極化，會引起負的差異效應，即在陽極極化的影響下，金屬的自溶大為增強。與其他犧牲陽極相比，鎂的自溶傾向最大，這是鎂陽極的電流效北較低的原因之一。雜質(zhì)及合金元素對鎂的腐蝕速度有很大的影響，鎂合金通常比鎂的腐蝕速度大。鎂陽極中的雜質(zhì)主要成分是鐵、鎳、銅、鈷，其中特別是鐵的含量，由于這些金屬有較正的電位，引起額外的腐蝕（寄生腐蝕）而使鎂的陽極效率降低。添加錳可以抑制

5、鐵的影響，因為錳可以使鐵在熔鑄過程中沉淀出來，留在合金中的鐵元素會被錳包圍起來，使鐵不能產(chǎn)生陰極性雜質(zhì)的有害作用。對鎂陽極影響較小的元素有：鎘、錳、鈉、硅、鋅、鋁、鉛、鈣和銀等。用純鎂作為犧牲陽極材料，對雜質(zhì)的含量應有一定的限制，通常應是高純鎂（含鎂大于99.95%），雜質(zhì)鐵的含量應控制在<0.002%以下。它的電位很負，機械加工性能好。鎂適用于電阻率較高的土壤和淡水中。鎂在海水中應用時易造成過保護，或發(fā)生氫脆，故而很少用于海水中。鎂在碰撞時易產(chǎn)生火花，因而，一般不能用于有防爆要求的場合。2、陽極種類的選擇通常根據(jù)土壤電阻率選擇犧牲陽極的種類，根據(jù)保護電流的大小和使用壽命，選取陽極的規(guī)格

6、和數(shù)量。在土壤中犧牲陽極選擇的原則見表5-14。表5-14土壤中犧牲陽極種類的應用選擇土壤電阻率.m可選陽極種類10060100406040155（含Cl-）帶狀鎂陽極鎂（-1.7V）鎂鎂（-1.5V）鎂（-1.5V，鋅）鋅或Al-Zn-In-Si注：（1）在土壤潮濕情況下，鋅陽極范圍可擴大到30.m；（2）表中電位均相對于Cu/飽和CuSO4參比電極。在土壤中使用犧牲陽極的形狀多為棒形，其橫截面有梯形和D形。在高電阻率的土壤中或某些特定場合，如套管內(nèi)管道的保護等則用帶狀犧牲陽極。3、工藝計算3.1單支陽極接地電阻按下列公式計算： （5-1）（5-2）式中：RH水平式有填料陽極接地電阻（）；R

7、v立式有填料陽極接地電阻（）；P土壤電阻率（.m）；pa填料電阻率（.m）；L陽極長度（m）；La陽極填料柱長度（m）；d陽極等效直徑，C為邊長（m）；D填料柱直徑（m）；t陽極中心至地面的距離（m）。3.2組合陽極接地電阻的計算（53）式中：R總陽極組總接地電阻（）；N陽極數(shù)量（支）；K修正系數(shù)，查圖52。圖5-2修正系數(shù)K3.3陽極輸出電流的計算（5-4）式中：Ia陽極輸出電流（A）；Ec陰極開路電位（V）；Ea陽極開路電位（V）；ec陰極極化電位（V）；ea陽極極化電位（V）；Ra陽極接地電阻（）；Rc陰極過渡電阻（）；RN回路導線電阻（）；E陽極有效電位差（V）；R回路總電阻（R）。3

8、.4所需陽極數(shù)量按下式計算（55）式中：N陽極數(shù)量（支）；IA所需保護電流（A）；Ia單支陽極輸出電流（A）；f備用系數(shù)，取23倍。3.5陽極工作壽命按下式計算（56）式中：T陽極工作壽命（a）；W陽極凈重量（kg）；陽極消耗率kg/(A.a)；I陽極平均輸出電流（A）。也可按該公式計算W（陽極總重量），以滿足陽極的設計壽命。（四）陽極安裝方式1、陽極地床為保證犧牲極在土壤中性能穩(wěn)定，在陽極四周要填充適用的填充料。犧牲陽極填充料有用袋裝和現(xiàn)場鉆孔、挖坑填裝兩種方法，現(xiàn)場鉆孔填裝效果雖然好，但填料用量大，稍不注意，容易將土粒等雜物帶入填料中，影響填充料質(zhì)量，所以這種方法使用較少。犧牲陽極安裝中大

9、多使用袋裝陽極，即將配置好的填充料放在滲透性材料制的袋中，包圍在陽極周圍（填料的厚度應在各個方向均保持5-10mm），然后放置在土坑中，再用細土回填、澆水、最后填平。2、陽極分布2.1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。2.2犧牲陽極埋設分為立式和水平式兩種，埋設方向有軸向和徑向。陽極埋設位置一般距管道外壁3-5mm，最小不宜小于0.3mm，埋設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。成組埋設時，陽極間距以2-3m為宜。2.3在地下水位低于3m的干燥地帶，陽極應當加深埋設，對于河流、湖泊地帶，犧牲陽極應盡可

10、能埋設在河床（或湖底）的安全部位，以防洪水沖刷或挖泥清淤時損壞。2.4在城市和管網(wǎng)區(qū)使用犧牲陽極時，要注意陽極和被保護的管道之間不應有其他金屬構筑物，如電纜等。（五）測試系統(tǒng)為了檢查地下鋼質(zhì)管道的保護狀態(tài)及效果，還應安裝測試系統(tǒng)。犧牲陽極法陰極保護的測試系統(tǒng)應能提供保護體的自然電位、陽極性能、保護電位的功能。通常在相鄰兩組犧牲陽極管段的中間部位設置一個可測量管道保護電位的測試樁，樁的間距以500m左右為宜。犧牲陽極測試樁處應設有輔助片長效參比電極，輔助試片的材質(zhì)應與管道材質(zhì)相同。在這里可以測出管道的保護電位和陽極工作狀況，如陽極的輸出電流、陽極的接地電阻、陽極的開路電位和閉路電位，還可測量輔助

11、試片的自然電位，用來比較鋼質(zhì)管道的保護情況。這里需要說明的是，犧牲陽極法陽極保護的各項參數(shù)的測試，應當在犧牲陽極埋入地下及填包料澆水10d后進行。另外，犧牲陽極投入運行后，應定期進行監(jiān)測和維護，至少每半年一次。待犧牲陽極到達使用壽命時，測量的保護參數(shù)異常，或保護電位不能達到陰極保護標準，則說明陽極已“犧牲”完畢，應更換安裝新的犧牲陽極，使管道繼續(xù)得到陰極保護。（六）應用標準和規(guī)范1、埋地鋼質(zhì)管道陰極保護電參數(shù)測試方法SY/T0023-972、埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護設計規(guī)范SY/T0019-973、鋼質(zhì)管道及儲罐防腐工程設計規(guī)范SY0007-994、陰極保護管道的電絕緣標準SY/T0086

12、-955、埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護技術標準SY/T0017-96（七）主要測試設備和工具本工程檢測和測試工作所使用的主要測試設備和工具表序號項目單位數(shù)量1土壤電阻測試儀臺12數(shù)字萬用表臺23CSE參比電極個44數(shù)據(jù)采集器臺25IBM筆記本電腦臺16施工車輛臺27照明設備套4二、該項目管道犧牲陽極保護法的設計該管道為長輸管道，管徑1200，為配合其它防腐措施，擬采用如下犧牲陽極保護法。犧牲陽極選用鎂陽極，1km設4組，每組由4支14kg的鎂陽極組成，其中3組直接焊在管道上，1組通過測試樁連接，以便進行電參數(shù)測量，了解陽極使用壽命。共埋設鎂陽極188支，距管道垂直距離1.5m，陽極周邊用填料包圍以

13、減少接地電阻及促進腐蝕產(chǎn)物的溶解。匯流點及中間點設測試樁47支，測試樁基本按照1支/km的原則埋設，并附有1支長壽命參比電極。在管道穿越公路、鐵路等處設有套管的部位實施了鎂帶陽極保護，以使套管內(nèi)受屏蔽的管道得到保護，鎂帶規(guī)格為19mm×9.5mm。施工時沿螺旋焊縫方向纏繞，使保護電流盡可能地均勻。三、施工方法1、犧牲陽極法陰極保護施工安裝程序簡述如下: 袋裝陽極制作陽極床定位陽極床開挖陽極埋設陽極澆水浸透飽和及各參數(shù)測試陽極通電點處理及焊接通電點導通測試通電點補口防腐(補口處防腐材料與管體防腐材料是匹配的) 陽極回填標記記錄。2、犧牲陽極法的施工:2.1鋅陽極安裝犧牲陽極的施工：犧牲

14、陽極土壤中的施工，包括埋設前的組裝、陽極的填充和埋高。鋅陽極與陽極電纜的組裝陽極與電纜之間的聯(lián)接采用錫焊。在焊接點上涂覆環(huán)氧涂料，加纏電工膠布和絕緣膠帶，再包覆熱收縮套，并再纏膠帶保護。必須保證焊接牢固并且絕緣性能良好。陽極安裝前準備在組裝犧牲陽極之前，應檢驗陽極表面是否有油污和氧化物。犧牲陽極表面的油污和氧化物能降低陽極的活性，影響陽極電流的發(fā)生，所以陽極表面如存在油污和氧化物，應采用砂紙將陽極表面打磨干凈。 填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場進行，應保證陽極四周的填料厚度一致、密實，各邊厚度不小于50mm。填料應調(diào)拌均勻，不得混入石塊、泥土、雜草等。每支陽極需用填料約50Kg。陽極電纜與PCCP管

15、的連接電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊，無論哪種焊接手段都要求：焊接牢固，焊縫均勻，焊接點電阻要求小于4×104，焊接點強度大于焊接后銅芯電纜的承載力。焊接完成且溫度降低后進行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導線進行補口，補口材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。在電位測試裝置處，陽極電纜與管道測試電纜在測試樁內(nèi)連接。陽極電纜敷設時應留有足夠余量，在焊點及其他連接處預留蛇形彎，防止電纜或焊點受力拽脫。陽極埋設當管道的安裝與鋅陽極埋設同步進行時，犧牲陽極的埋設位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應小于0.3m。陽極可埋設在管道的側方或側下方,視現(xiàn)場具體工況條件，可選擇立

16、式或臥式埋設。埋設深度必須在凍土層以下，一般要求與管道深度一致。見下圖。圖1陽極位置示意圖對于已安裝完的管道，陽極埋設可在管道中心位置，使得陽極包的中心位置與管道中心位置在同一高程上，施工采用人力鉆孔的施工方法。鉆孔直徑為400，陽極包采用豎向布置。 陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后，對坑內(nèi)澆水，坑內(nèi)水位必須完全浸沒填料包，且坑內(nèi)積水必須保持一段時間，以便徹底浸填料包。陽極床回填陽極床回填時，應向陽極床內(nèi)回填細土，禁止向坑內(nèi)回填沙石、水泥塊、塑料等雜物。過河管道部分鎂陽極安裝要求對于已安裝完的管道，陽極埋設可在管道中心位置，使得陽極包的中心位置與管道中心位置在同一高程上，施工采用人力鉆孔的施工

17、方法。鉆孔直徑為400，陽極包采用豎向布置。陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后，對坑內(nèi)澆水，坑內(nèi)水位必須完全浸沒填料包，且坑內(nèi)積水必須保持一段時間，以便徹底浸填料包。陽極床回填陽極床回填時，應向陽極床內(nèi)回填細土，禁止向坑內(nèi)回填沙石、水泥塊、塑料等雜物。2.2過河管道部分鎂陽極安裝要求 鎂陽極與陽極電纜的組裝陽極與電纜之間的聯(lián)接采用錫焊。在焊接點上涂覆環(huán)氧涂料，加纏電工膠布和絕緣膠帶，再包覆熱收縮套，并再纏膠帶保護。必須保證焊接牢固并且絕緣性能良好。 陽極安裝前準備在組裝犧牲陽極之前，應檢驗陽極表面是否有油污和氧化物。犧牲陽極表面的油污和氧化物能降低陽極的活性，影響陽極電流的發(fā)生，所以陽極表面如存

18、在油污和氧化物，應采用砂紙將陽極表面打磨干凈。填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場進行，應保證陽極四周的填料厚度一致、密實，各邊厚度不小于50mm。填料應調(diào)拌均勻，不得混入石塊、泥土、雜草等。每支陽極需用填料約50Kg。 陽極埋設犧牲陽極的埋設位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應小于0.3m。陽極可埋設在管道的側方或側下方,視現(xiàn)場具體工況條件，可選擇立式或臥式埋設。埋設深度必須在凍土層以下，一般要求與管道深度一致。 陽極床澆水陽極填料包放入陽極坑后，對坑內(nèi)澆水，坑內(nèi)水位必須完全浸沒填料包，且坑內(nèi)積水必須保持一段時間，以便徹底浸填料包。 陽極床回填陽極床回填時，應向陽極床內(nèi)回填細土，禁止向坑內(nèi)回填

19、沙石、水泥塊、塑料等雜物。陽極電纜與鋼管的連接鎂陽極埋設就位后，在管道的環(huán)氧煤瀝青涂層上開60X60mm大小開口，將開口處理干凈，去除油漆、水、泥、油污等雜物，將陽極電纜上預制的方鋼片與鋼管電焊連接，焊接后清除焊渣，經(jīng)質(zhì)檢后，涂刷防腐涂料，達到與管道同級的防腐等級。陽極電纜敷設時應留有足夠余量，在焊點及其他連接處預留蛇形彎，防止電纜或焊點受力拽脫。2.3過路管道部分鎂陽極安裝要求鎂陽極安裝技術要求由于套管內(nèi)外的腐蝕環(huán)境不同，將過路部分鋼質(zhì)管道分成兩部分。套管外部鎂陽極的安裝同過河管道部分相同。套管內(nèi)部采用串狀鎂陽極保護，串狀鎂陽極的安裝隨鋼管的安裝同時進行，將鎂陽極鋼絲鐵芯直接焊接在鋼管上。焊

20、接及補口要求同過河管道部分。2.4電位測試樁的安裝測試樁安裝要求測試樁樁體由水泥制成，地上部分高約80公分，地下部分高60公分以上。內(nèi)設陰極測試端子和參比電極測試端子。在管底位置埋設一支二氧化錳參比電極或長效硫酸銅參比電極。電位測試樁只提供保護電位數(shù)據(jù)，可按設定的頻率進行人工測量，以了解和掌握陰極保護效果。2.5智能監(jiān)測裝置的安裝智能監(jiān)測樁安裝要求智能監(jiān)測樁安裝應按圖紙要求和設備安裝說明進行。2.6預留電纜的安裝預留電纜與PCCP管的連接電纜與管道的焊接可以采用鋁熱焊法、電焊或銅焊，無論哪種焊接手段都要求：焊接牢固，焊縫均勻。焊接完成且溫度降低后進行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導線

21、進行補口，補口材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。 預留電纜的引到地表預留電纜在完成和PCCP管連接后，垂直向上引至地表附近，電纜敷設時應留有足夠余量，在焊點及其他各處打蛇形彎，防止電纜或焊點受力。2.7 標識在管溝回填過程中和完成后，承包商應詳細記錄陽極預留電纜的位置，并選擇合理有效的標識方式，確保日后能順利找到預留電纜。2.8陰極保護系統(tǒng)的調(diào)運2.8.1 犧牲陽極保護參數(shù)投產(chǎn)測試，必須是在陽極埋入地下及填包料澆水10天后進行。2.8.2 犧牲陽極投入運行后應進行一下項目的測試點位：陽極開路點位，陽極閉路點位，管道開路點位，管道保護點位，測試片自然點位。陽極輸出電流。陽極接地電阻。埋設點的土壤電阻率。2.8.3 犧牲陽極投入運行后，應定期進行監(jiān)測和維護，至少每半年一次。2.9質(zhì)量檢驗標準陽極連接電纜其埋設深度不得小于0.8m，四周應填墊素土或細砂，其上部覆蓋有水泥蓋板或紅磚。布置犧牲陽極時，陽極與管道之間不應有金屬結構物。與鋼制管道相連