管道犧牲陽極法陰極保護(hù)專用方案

1、長輸管道犧牲陽極法陰極保護(hù)方案項目名稱：建設(shè)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(hù)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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范7（七）主要測試設(shè)備和工具7二、該項目管道犧牲陽極保護(hù)法的設(shè)計8三、施工方法81、犧牲陽極法陰極保護(hù)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(hù)的金屬結(jié)構(gòu)連接一種比其電位更負(fù)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(jié)構(gòu)陰極極化到所需的電位而實現(xiàn)保護(hù)，這種方法稱為犧牲陽極法陰極保護(hù)。（二）犧牲陽極法陰極保護(hù)的優(yōu)點1

2、、不需要外部電源；2、對鄰近金屬構(gòu)筑物無干擾或很??；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(hù)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(fù)且穩(wěn)定的電位，不僅要有足夠負(fù)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(jié)構(gòu)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(xué)當(dāng)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(fù)、對鐵的驅(qū)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(fù)的電位和表面上保護(hù)膜的 性質(zhì)所決定。2.3鎂的標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系,PH值在酸性范圍內(nèi)，電位較負(fù)，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(fù)和保護(hù)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(hù)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(fù)的差異效應(yīng)，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(yīng)有一定的限制，通常應(yīng)是高純鎂（含鎂大于99.95%），雜質(zhì)鐵的含量應(yīng)控制在<0.002%以下。它的電位很負(fù)，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(yīng)用時易造成過保護(hù)，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(hù)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(yīng)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(hù)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(dǎo)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(hù)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(shè)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(yīng)在各個方向均保持5-10mm），然后放置在土坑中，再用細(xì)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(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，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(yīng)當(dāng)加深埋設(shè)，對于河流、湖泊地帶，犧牲陽極應(yīng)盡可

10、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(hù)的管道之間不應(yīng)有其他金屬構(gòu)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(hù)狀態(tài)及效果，還應(yīng)安裝測試系統(tǒng)。犧牲陽極法陰極保護(hù)的測試系統(tǒng)應(yīng)能提供保護(hù)體的自然電位、陽極性能、保護(hù)電位的功能。通常在相鄰兩組犧牲陽極管段的中間部位設(shè)置一個可測量管道保護(hù)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(yīng)設(shè)有輔助片長效參比電極，輔助試片的材質(zhì)應(yīng)與管道材質(zhì)相同。在這里可以測出管道的保護(hù)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(hù)情況。這里需要說明的是，犧牲陽極法陽極保護(hù)的各項參數(shù)的測試，應(yīng)當(dāng)在犧牲陽極埋入地下及填包料澆水10d后進(jìn)行。另外，犧牲陽極投入運行后，應(yīng)定期進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù)，至少每半年一次。待犧牲陽極到達(dá)使用壽命時，測量的保護(hù)參數(shù)異常，或保護(hù)電位不能達(dá)到陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，則說明陽極已“犧牲”完畢，應(yīng)更換安裝新的犧牲陽極，使管道繼續(xù)得到陰極保護(hù)。（六）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范1、埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)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(hù)設(shè)計規(guī)范SY/T0019-973、鋼質(zhì)管道及儲罐防腐工程設(shè)計規(guī)范SY0007-994、陰極保護(hù)管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn)SY/T0086

12、-955、埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T0017-96（七）主要測試設(shè)備和工具本工程檢測和測試工作所使用的主要測試設(shè)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(shè)備套4二、該項目管道犧牲陽極保護(hù)法的設(shè)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(hù)法。犧牲陽極選用鎂陽極，1km設(shè)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(jìn)行電參數(shù)測量，了解陽極使用壽命。共埋設(shè)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(jìn)腐蝕產(chǎn)物的溶解。匯流點及中間點設(shè)測試樁47支，測試樁基本按照1支/km的原則埋設(shè)，并附有1支長壽命參比電極。在管道穿越公路、鐵路等處設(shè)有套管的部位實施了鎂帶陽極保護(hù)，以使套管內(nèi)受屏蔽的管道得到保護(hù)，鎂帶規(guī)格為19mm×9.5mm。施工時沿螺旋焊縫方向纏繞，使保護(hù)電流盡可能地均勻。三、施工方法1、犧牲陽極法陰極保護(hù)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(shè)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(dǎo)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(biāo)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(shè)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(hù)。必須保證焊接牢固并且絕緣性能良好。陽極安裝前準(zhǔn)備在組裝犧牲陽極之前，應(yīng)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(yīng)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(jìn)行，應(yīng)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(yīng)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(jìn)行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進(jìn)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(shè)時應(yīng)留有足夠余量，在焊點及其他連接處預(yù)留蛇形彎，防止電纜或焊點受力拽脫。陽極埋設(shè)當(dāng)管道的安裝與鋅陽極埋設(shè)同步進(jìn)行時，犧牲陽極的埋設(shè)位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應(yīng)小于0.3m。陽極可埋設(shè)在管道的側(cè)方或側(cè)下方,視現(xiàn)場具體工況條件，可選擇立

16、式或臥式埋設(shè)。埋設(shè)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(shè)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(yīng)向陽極床內(nèi)回填細(xì)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(shè)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(yīng)向陽極床內(nèi)回填細(xì)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(hù)。必須保證焊接牢固并且絕緣性能良好。 陽極安裝前準(zhǔn)備在組裝犧牲陽極之前，應(yīng)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(yīng)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(jìn)行，應(yīng)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(yīng)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(shè)犧牲陽極的埋設(shè)位置，與管道外壁距離為1.5米左右，最低不應(yīng)小于0.3m。陽極可埋設(shè)在管道的側(cè)方或側(cè)下方,視現(xiàn)場具體工況條件，可選擇立式或臥式埋設(shè)。埋設(shè)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(yīng)向陽極床內(nèi)回填細(xì)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(shè)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(yù)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(dá)到與管道同級的防腐等級。陽極電纜敷設(shè)時應(yīng)留有足夠余量，在焊點及其他連接處預(yù)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(shù)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(hù)，串狀鎂陽極的安裝隨鋼管的安裝同時進(jìn)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(shè)陰極測試端子和參比電極測試端子。在管底位置埋設(shè)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(hù)電位數(shù)據(jù)，可按設(shè)定的頻率進(jìn)行人工測量，以了解和掌握陰極保護(hù)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(yīng)按圖紙要求和設(shè)備安裝說明進(jìn)行。2.6預(yù)留電纜的安裝預(yù)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(jìn)行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線

21、進(jìn)行補口，補口材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。 預(yù)留電纜的引到地表預(yù)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(shè)時應(yīng)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(biāo)識在管溝回填過程中和完成后，承包商應(yīng)詳細(xì)記錄陽極預(yù)留電纜的位置，并選擇合理有效的標(biāo)識方式，確保日后能順利找到預(yù)留電纜。2.8陰極保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)運2.8.1 犧牲陽極保護(hù)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(jìn)行。2.8.2 犧牲陽極投入運行后應(yīng)進(jìn)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(hù)點位，測試片自然點位。陽極輸出電流。陽極接地電阻。埋設(shè)點的土壤電阻率。2.8.3 犧牲陽極投入運行后，應(yīng)定期進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù)，至少每半年一次。2.9質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)陽極連接電纜其埋設(shè)深度不得小于0.8m，四周應(yīng)填墊素土或細(xì)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(yīng)有金屬結(jié)構(gòu)物。與鋼制管道相連