陰極保護(hù)培訓(xùn)11

1、陜京管道陰極防護(hù)1第一章 金屬的腐蝕第二章 管道外防腐層第三章 管道陰極保護(hù)第四章 管道陰極保護(hù)主要參數(shù)第五章 管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試2第一章 管道陰極保護(hù)的作用第一節(jié) 金屬的腐蝕 金屬?gòu)牡V石中提煉出來時(shí)，需要提供很大的能量，使其處于一個(gè)高能級(jí)狀態(tài)。這些礦石是典型的金屬氧化物，如用來煉鋼的赤鐵礦（Fe2O3）。熱力學(xué)的一個(gè)規(guī)律是：材料總是趨向于以最低能量狀態(tài)存在。因此，多數(shù)的金屬處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，具有尋求低能量狀態(tài)的傾向，如形成氧化物或其他化合物。金屬轉(zhuǎn)化成低能量氧化物的過程就是腐蝕。3第二節(jié) 管道腐蝕防護(hù)的意義腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關(guān)鍵因素之一。據(jù)美國(guó)國(guó)家輸送局統(tǒng)計(jì)，美國(guó)45

2、%的管道損壞是由外壁腐蝕引起的。而在美國(guó)輸氣干線和集氣管線的泄露事故中，有74是腐蝕造成的。19811987年前蘇聯(lián)輸氣管道事故統(tǒng)計(jì)表明，總長(zhǎng)約24萬公里的管線上曾發(fā)生事故1210次，其中外腐蝕517次，占事故的42.7；內(nèi)腐蝕29次，占2.4%；因施工質(zhì)量問題造成的事故280次，占23.2%。管道的安全性是一個(gè)非常重要的問題，日益受到人們的重視。隨著管道的大量敷設(shè)和運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，管道事故時(shí)有發(fā)生。由于管道所輸送的物質(zhì)一般為有害物質(zhì)，一旦發(fā)生泄漏或斷裂，就會(huì)對(duì)其周圍的環(huán)境和人員產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。輸氣管道，尤其是高壓輸氣管道，一旦破裂，壓縮氣體迅速膨脹，釋放大量的能量，引起爆炸、火災(zāi)，會(huì)造成巨大的

3、損失。例如，年美國(guó)Transwestern公司的一條鋼級(jí)的、直徑為毫米的輸氣管道破裂，破裂長(zhǎng)度達(dá)公里。年月蘇聯(lián)拉烏爾山隧道附近由于對(duì)天然氣管道維護(hù)不當(dāng)，造成天然氣泄漏，隨后引起大爆炸，燒毀了兩列鐵路列車，死傷多人，成為年震驚世界的災(zāi)難性事故。六十年代初，我國(guó)開始研究陰極保護(hù)方法，六十年代末期在船舶，閘門等鋼鐵構(gòu)筑物上得到應(yīng)用。我國(guó)埋地油氣管道的陰極保護(hù)始于1958年，六十年代在新疆、大慶、四川等油氣管道上推廣應(yīng)用，目前，全國(guó)主要油氣管道已全部安裝了陰極保護(hù)系統(tǒng)，收到明顯的效果。 4第三節(jié)：腐蝕概念 腐蝕是金屬和周圍環(huán)境起化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的一種破壞性侵蝕。腐蝕是一種化學(xué)過程，而且大多都是電

4、化學(xué)過程，伴隨著氧化-還原反應(yīng)的發(fā)生。 鐵銹的成分比較復(fù)雜，通常簡(jiǎn)略用Fe2O3xH2O表示。鐵銹是一種松脆多孔的物質(zhì)，它不能保護(hù)里層的鐵不被銹蝕。5腐蝕的管道6關(guān)于電極的一些基本規(guī)定1. 按電極電位的高低分：電位高者為正極； 電位低者為負(fù)極。 并規(guī)定外電路中電流方向：正極 負(fù)極2. 按電極反應(yīng)分：發(fā)生氧化反應(yīng)者為陽極； 發(fā)生還原反應(yīng)者為陰極。3. 一般地，對(duì)原電池的電極稱正極或負(fù)極； 對(duì)電解池的電極稱陽極或陰極。7電化學(xué)腐蝕 在接近環(huán)境溫度的情況下，絕大多數(shù)常見工程材料的腐蝕發(fā)生在含水的環(huán)境里，其本質(zhì)是電化學(xué)的。含水環(huán)境同樣也指那些電解質(zhì)或是埋地腐蝕時(shí)的潮濕土壤。腐蝕過程包括金屬失去電子（氧

5、化），以及其他還原反應(yīng)中得到電子，比如氧或水的還原沒有陰極保護(hù)時(shí)： 陰極部分反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH- 陽極（防腐層破損處）Fe=Fe2+2e-施加陰極保護(hù)后， 陰極(防腐層破損處)反應(yīng)為： O2+2H2O+4e-=4OH-(電位在-0.85v-1.15v之間) H2O+2e-=H2+2OH- （電位比-1.15v更負(fù)） 陽極反應(yīng)：2H2O-4e-+4Cl-=O2+4HCl8電化學(xué)腐蝕發(fā)生的條件是：有電解質(zhì)溶液和金屬相接觸；金屬的不同部位或兩種金屬間存在電極電位差（也就是形成了陽極和陰極）；電極之間相互連通 9電化學(xué)腐蝕的前提是形成腐蝕電池，兩個(gè)浸在電解質(zhì)中的導(dǎo)體組合稱為原電池，

6、其中的導(dǎo)體稱為電極。參與反應(yīng)的電池主要有以下三種類型：異種電極電池；濃差電池（在實(shí)際中更重要的是充氣差異電池，例如縫隙腐蝕）；溫差電池。實(shí)際的腐蝕過程可能是這三種腐蝕電池的混合形式10腐蝕電池的形成的幾種情況腐蝕電池的形成主要有以下幾種情況：微電池：1、金屬化學(xué)成分不均勻；2、金屬組織不均勻；3、金屬物理狀態(tài)不均勻；4、金屬表面膜不完整；5、土壤微結(jié)構(gòu)的差異。宏電池：1、不同金屬與同一電解質(zhì)相接觸（如管道本體金屬與焊縫金屬）2、同種金屬接觸不同的電解質(zhì)溶液（如氧氣濃差電池，氧的電極平衡可寫成1/2H2O+1/4O2+eOH-，氧分壓高的為陰極，氧分壓低的為陽極）3、不同金屬接觸不同的電解質(zhì)。1

7、1腐蝕類型按部位分：內(nèi)壁腐蝕、外壁腐蝕按形態(tài)分：全面腐蝕、局部腐蝕按機(jī)理分：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕12第三節(jié) 管道腐蝕的檢測(cè) 腐蝕的電化學(xué)特征，使得檢測(cè)和減緩埋地結(jié)構(gòu)的腐蝕成為可能，我們可以檢測(cè)腐蝕過程伴隨的電壓和電流。 測(cè)量腐蝕電位值的另一個(gè)作用是評(píng)判腐蝕是否會(huì)發(fā)生。通常用電位測(cè)量來檢查埋地管線上存在的各種腐蝕電池。與管道做一個(gè)電連接，就可以通過放置在管道上方的參比電極測(cè)量管道的電位。13第二章 管道外防腐層第一節(jié) 管道外防腐層采用外防腐層和施加陰極保護(hù)是管道外腐蝕防護(hù)的主要手段，盡管在后面的章節(jié)中將要對(duì)這兩種方法仔細(xì)討論，這里還是要進(jìn)行一下簡(jiǎn)單的介紹。防腐層的用意是要在金屬表面上形成一層絕緣

8、材料的連續(xù)覆蓋層，將金屬與其直接接觸的電解質(zhì)之間進(jìn)行絕緣（防止電解質(zhì)直接接觸到金屬），也就是設(shè)置一個(gè)高電阻使得電化學(xué)反應(yīng)無法正常發(fā)生。在現(xiàn)實(shí)中，所有的防腐層，不論總體質(zhì)量如何都存在不連續(xù)點(diǎn)，也被稱做漏點(diǎn)，這些漏點(diǎn)一般是在涂敷、運(yùn)輸或者安裝過程中產(chǎn)生的。很多管道從竣工投產(chǎn)到以后的日常運(yùn)行中，經(jīng)常處于外防腐層有嚴(yán)重破損的狀態(tài)下。防腐層漏點(diǎn)一般是由于防腐層老化、土壤應(yīng)力或是管道在土壤中移動(dòng)而產(chǎn)生的，有時(shí)也可能來自未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的第三方破壞。在用防腐層的老化有可能導(dǎo)致防腐層從管道表面剝離，進(jìn)而將金屬暴露在地下環(huán)境中 14理想的外防腐層應(yīng)具有如下特性： （1）有效的電絕緣體； （2）有效的水分屏障； （3

9、）涂敷方法和過程對(duì)管子不產(chǎn)生不利影響； （4）采用產(chǎn)生最少缺陷的方法涂敷到管子上； （5）與管子表面有很好的附著力； （6）抵抗隨時(shí)間推移產(chǎn)生的漏點(diǎn)的能力； （7）抵抗轉(zhuǎn)運(yùn)處理、保管儲(chǔ)存、安裝過程中的損傷的能力； （8）在長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的電阻率； （9）抗剝離； （10）抗化學(xué)降解； （11）容易修理； （12）保持物理特性； （13）對(duì)環(huán)境沒有毒害性； （14）抵抗地面儲(chǔ)存和長(zhǎng)途運(yùn)輸過程中的變化和惡化的能力。15外防腐層選擇要考慮的因素包括： （1） 環(huán)境類型； （2） 管線系統(tǒng)在地理位置上的易接近性； （3） 管線系統(tǒng)的運(yùn)行溫度； （4） 在運(yùn)輸、保管儲(chǔ)存、架設(shè)、安裝和壓力測(cè)試過程中的周圍

10、環(huán)境溫度； （5） 管線的地理和物理位置； （6） 系統(tǒng)中已有管線的外防腐層類型； （7） 轉(zhuǎn)運(yùn)處理和保管儲(chǔ)存； （8） 管線安裝方法； （9） 成本； （10）管子表面預(yù)處理要求。 16第二節(jié) 常見的管道外防腐層石油瀝青防腐層的特點(diǎn)(1)石油瀝青屬于熱塑性材料，低溫時(shí)硬而脆，隨溫度升高變成可塑狀態(tài)，升高至軟化點(diǎn)以上則具有可流動(dòng)性，發(fā)生瀝青流淌的現(xiàn)象。(2)瀝青的密度在1.011.07gcm3之間。(3)瀝青的耐擊穿電壓隨硬度的增加而增加，隨溫度的升高而降低。(4)抗植物根莖穿透性能差。(5)不耐微生物腐蝕 17煤焦油瓷漆具有哪些基本特點(diǎn)(1)吸水率低，抗水滲透。(2)優(yōu)良的化學(xué)惰性，耐溶劑和

11、石油產(chǎn)品侵蝕。(3)電絕緣性能好。(4)粘結(jié)性優(yōu)于石油瀝青。(5)抗植物根莖穿透和耐微生物腐蝕。(6)低溫發(fā)脆，熱穩(wěn)定性差。(7)施工熬制和澆涂的過程中容易溢出有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人體健康有影響。我國(guó)塔中輪南原油和天然氣管道、靖邊西安天然氣管道等均采用煤焦油瓷漆防腐層 18環(huán)氧煤瀝青防腐蝕層的特點(diǎn)由環(huán)氧樹脂、煤瀝青、固化劑及防銹顏料所組成的環(huán)氧煤瀝青防腐涂料具有：(1)強(qiáng)度高、絕緣好、耐水、耐熱、耐腐蝕介質(zhì)、抗菌等性能，適用于水下管道及金屬構(gòu)筑物防腐。(2)施工簡(jiǎn)單(冷涂工藝)、操作安全、施工機(jī)具少等優(yōu)點(diǎn)。(3)較石油瀝青、煤焦油瓷漆更優(yōu)越。(4) 環(huán)氧煤瀝青防腐蝕層屬于薄型涂層，厚度小于1mm

12、，而且對(duì)鋼管表面處理、環(huán)境溫度、濕度等條件要求很嚴(yán)，稍有疏忽就會(huì)產(chǎn)生針孔，影響防腐效果。因此，施工中應(yīng)特別注意。環(huán)氧煤瀝青防腐層在我國(guó)石油及供水工程中應(yīng)用較為廣泛。 19熔結(jié)環(huán)氧（FBE）最早的商業(yè)使用是在1961年底，很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，它只適用于3/4到4 5/8英寸管子的外防腐層，但是現(xiàn)在在北美可以用到直徑48英寸（1220cm）。由于價(jià)格適中，厚度在8-10密爾（203.2-254.0m）的熔結(jié)環(huán)氧比其它防腐層在管道上更有競(jìng)爭(zhēng)力。目前該防腐層系統(tǒng)厚度發(fā)展到從最小12密爾涂敷到25密爾（304.8-635m），并且從需要底漆和加熱發(fā)展到不需要底漆并且多數(shù)情況下不需要加熱。上世紀(jì)90年代，新

13、的雙層熔結(jié)環(huán)氧發(fā)明，提高了抗吸濕和抗磨損的能力。 熔結(jié)環(huán)氧防腐層涂敷工藝中每個(gè)步驟要求都非常嚴(yán)格，需要仔細(xì)、認(rèn)真完成以保證防腐層質(zhì)量。表面處理必須達(dá)到NACE No.2標(biāo)準(zhǔn)中的近白級(jí)金屬表面，這樣才能在熔結(jié)環(huán)氧涂敷后保證合格。其最大的特點(diǎn)是良好的土壤和陰極剝離的抵抗能力。為提高該防腐層系統(tǒng)的機(jī)械性能，目前趨向于按16密爾（406.4m）的標(biāo)準(zhǔn)涂敷得更厚。 20聚烯烴塑料膠粘帶防腐蝕層(1)在制成的塑料帶基材上(一般為聚乙烯或聚氯乙烯，厚0.3mm左右)，涂上壓敏型粘合劑(厚0.1mm左右)即成壓敏型膠粘帶，是目前使用較為普遍的一種類型。(2)它是在摻有各種防老化劑的聚乙烯帶材上，掛涂特殊膠粘劑

14、而制成的一種常溫下有壓敏粘結(jié)性能，溫度升高后能固化而與金屬有很好的粘結(jié)力的防腐材料。(3)它可在管道表面形成一個(gè)完整的密封防腐蝕層。(4)壓敏型膠粘帶防腐作用主要由塑料基帶承擔(dān)，粘合劑只作為纏繞時(shí)的粘合媒介。(5)膠粘帶的另一種類型稱自融型帶，它的塑料基布薄(0.1mm左右)，粘合劑厚(約0.3mm)。(6)塑料布主要起掛膠作用，而粘合劑則具有防腐性能。(7)由于粘合層厚，可以很好地關(guān)閉帶層之間的間隙，有效地防止水分從間隙侵入。 21三層PE防腐層采用聚乙烯對(duì)鋼管進(jìn)行防腐，是近年來逐步推廣開來的一種鋼管防腐技術(shù)。聚乙烯涂層的主要特點(diǎn)是： (1)防腐性能極佳，可耐受在自然環(huán)境下存在的各種腐蝕。(

15、2)具有較高的質(zhì)價(jià)比。(3)絕緣性能極好，而且在干燥條件下與長(zhǎng)期浸水條件下電性能基本不變，可有效的防止雜散電流引起的電化學(xué)腐蝕； 。(4)耐微生物腐蝕及深根植物根刺能力強(qiáng)，不發(fā)生植物根穿透現(xiàn)象； (5)強(qiáng)度高，可以直接用含有直徑 25mm 的非人工粉碎礫石的土回填而不會(huì)造成任何損傷；抗陰極剝離能力強(qiáng)； (6)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，有利于全面質(zhì)量控制； (7)使用壽命長(zhǎng)，在 60 的條件下可以使用 50 年以上。 22三層PE結(jié)構(gòu)示意圖23底層：熔結(jié)環(huán)氧底層（primer）,厚度6080m；中間層：共聚物熱熔膠(adhesive),厚度170250m； 外層（背層）：聚乙烯防腐層（polyethylen

16、e）,厚度2.53.2mm 24根據(jù)德國(guó)調(diào)研數(shù)據(jù),三層PE防腐層的使用壽命可在30年以上，陰極保護(hù)電流密度在15A/m2 ，是一種性能優(yōu)異的外防腐防腐層。在工程應(yīng)用上，從強(qiáng)度方面考慮，三層PE分為普通型和加強(qiáng)型，普通型防腐層總厚度為3.0mm左右，加強(qiáng)型防腐層總厚度超過3.7mm；從使用環(huán)境方面考慮分為常溫型（低于50環(huán)境使用）和高溫型（最高設(shè)計(jì)溫度為70）。為滿足更高環(huán)境溫度下的使用需要，目前已成功研制并使用了三層結(jié)構(gòu)聚丙烯防腐層（三層PP）。 25外防腐層補(bǔ)傷 完成焊接的管道，一般需要下溝、回填使其成為埋地管道，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)在各施工環(huán)節(jié)中涂層存在的缺陷，回填前必須對(duì)管道進(jìn)行涂層檢漏和補(bǔ)

17、傷，最常用的檢漏儀器通常都是用電池并配有一些類型的管道環(huán)型電極。電極安裝應(yīng)方便操作者能將環(huán)型電極在管道表面推過或拉過，以使得電極能夠掃過涂層表面的所有部分。常用的補(bǔ)傷材料為輻射交聯(lián)聚乙烯補(bǔ)傷片。對(duì)于小于30mm的缺陷，補(bǔ)傷時(shí)先將破損處污物清除，破損處周圍原PE涂層打毛，切成圓形，邊緣打成鈍角，將整個(gè)須修補(bǔ)部位加熱后，在破損處填滿補(bǔ)傷用膠粘劑，最后貼上補(bǔ)傷片。對(duì)于大于30mm的缺陷，使用上述方法補(bǔ)傷后，建議外部再用熱收縮帶補(bǔ)傷。 26第三章 管道陰極保護(hù)27陰極保護(hù)的原理陰極保護(hù)的原理 就是用外電流實(shí)現(xiàn)陰極極化，使局部電池的陰極區(qū)域達(dá)到其陽極開路電位，表面變成等電位腐蝕電流不再流動(dòng)。在工程條件下

18、，任何一條管線表面都會(huì)出現(xiàn)陽極區(qū)和陰極區(qū)，在陽極區(qū)電流由管道鋼表面流出，進(jìn)入周圍環(huán)境電解質(zhì)（土壤和水），管線在該區(qū)域?qū)?huì)發(fā)生腐蝕。在陰極區(qū)，電流由電解質(zhì)流到管道表面上，該區(qū)域的腐蝕速率將減小。 基于以上觀點(diǎn)，很明顯，若使得管線表面暴露的每一點(diǎn)都有電流流入，那么就可以減小腐蝕速率。準(zhǔn)確地說，這就是陰極保護(hù)所要完成的任務(wù)，強(qiáng)制直流電流入管線的表面上，就可以使管線的電位向負(fù)方向偏移，導(dǎo)致金屬腐蝕速率減小 28極化的概念極化(polarizing)： 由于凈電流的流入或流出而在電極上引起的電位變化稱為極化。電位的變化方向總是反抗平衡的移動(dòng)，也就是說反抗電流的流動(dòng)。陰極電位向負(fù)的方向偏離，陽極電位向正的

19、方向偏離，使得陰極和陽極之間的電位差減小，如果電池的電阻不發(fā)生變化，電動(dòng)勢(shì)的減小會(huì)使電流減弱。29極化原理示意圖30極化對(duì)腐蝕速率的影響電解質(zhì)電阻和電極極化，這兩個(gè)因素都限制了原電池產(chǎn)生的電流。因?yàn)樵诮饘俦砻娴木植侩姵刂?，其電極常彼此緊靠在一起，因此電解質(zhì)電阻與極化這個(gè)較重要因素相比則退居第二位。當(dāng)極化主要發(fā)生在陰極區(qū)時(shí)，稱腐蝕速率受陰極控制，此時(shí)腐蝕電位接近于陽極開路電位。當(dāng)電解質(zhì)電阻非常之高，以致產(chǎn)生的電流不足以引起顯著的陽極極化或陰極機(jī)化時(shí)，稱為電阻控制。31陰極保護(hù)系統(tǒng) 陰極保護(hù)就是通過使金屬表面成為電化學(xué)電池的陰極而減少腐蝕速率的技術(shù)。它是通過使用外電源施加電流（稱為強(qiáng)制電流）或犧牲

20、陽極，使金屬的電位向負(fù)的方向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)是通過供電的方式將電流強(qiáng)加在金屬和埋在地下的陽極上，電源稱為整流器；在犧牲陽極系統(tǒng)中，利用犧牲陽極材料，例如，鋅或鎂與管道鋼材之間的電動(dòng)序的關(guān)系來提供所需的電流。32陰極保護(hù)的類型犧牲陽極（Galvanic Anodes）陰極保護(hù)強(qiáng)制電流（Impressed current）陰極保護(hù)33犧牲陽極陰極保護(hù) 兩種金屬相接觸而產(chǎn)生的腐蝕電池。在這種腐蝕電池中一種金屬比另一種金屬活潑而發(fā)生腐蝕。在犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)中，就是有意識(shí)地運(yùn)用這種作用建立足夠強(qiáng)的異種金屬腐蝕電池來抵消通常存在于管道表面的腐蝕電池。這是通過將一種十分活潑的金屬與管道

21、相連接來實(shí)現(xiàn)的。這種金屬將發(fā)生腐蝕并由此向管道提供電流。在犧牲陽極陰極保護(hù)的情形下，陰極保護(hù)并沒有減少腐蝕，它其實(shí)只是將所保護(hù)的結(jié)構(gòu)的腐蝕轉(zhuǎn)移到了犧牲陽極上面. 34在一般情況下，犧牲陽極提供的電流是有限的。所以，犧牲陽極陰極保護(hù)一般都用在保護(hù)所需電流較小的情況下。同樣，管道鋼材和犧牲陽極金屬之間的驅(qū)動(dòng)電壓也是有限的。因此，陽極和土壤之間的接觸電阻必須很低以使陽極輸出有用數(shù)量的電流。這也就意味著在一般安裝中，犧牲陽極用于低電阻率土壤中(100歐姆米)。 常用的犧牲陽極有鎂（Mg)陽極和鋅(Zn)陽極35土壤電阻率 推薦采用的犧牲陽極 100 不宜采用犧牲陽極 60100 純鎂、鎂錳合金系列 1

22、560 鎂、鋁、鋅、錳系列陽極 30 潮濕環(huán)境 鋅合金犧牲陽極 15 鋅合金犧牲陽極 36犧牲陽極用量計(jì)算I=陽極電流輸出(Amps)t=設(shè)計(jì)壽命(years)U=電流效率(0.5)Z=理論電容量(2200Ah/kg)Q=陽極使用率85%W=陽極重量(Kg) 37外加電流陰極保護(hù)-為避免犧牲陽極的驅(qū)動(dòng)電壓有限的問題，可利用陽極地床和一個(gè)電源，使電流通過外部電源加到管道表面 。 最常用的電源是整流器，該裝置把交流電轉(zhuǎn)化為低壓直流電，整流器常常配備有在合理范圍內(nèi)精細(xì)調(diào)節(jié)直流輸出的功能。-陰極保護(hù)需要有一個(gè)直流電源和一個(gè)輔助陽極，放置在距保護(hù)構(gòu)件一定距離的位置上。-直流電源的正極連接輔助陽極，負(fù)極連

23、接需要保護(hù)的構(gòu)件（管道）。-電流從輔助陽極流出，經(jīng)大地到達(dá)管道表面破損處，再沿管道流回電源的負(fù)極。38陰極保護(hù)系統(tǒng)39外加電流陰極保護(hù)電源 計(jì)算機(jī)R T U遠(yuǎn)程通訊 電壓信號(hào) 電流信號(hào) 電位信號(hào)管道輔助陽極地床參比電極A機(jī) B機(jī)A機(jī) B機(jī)陽極 陰極參比 零位接地接地網(wǎng)40脈寬調(diào)制器參比陽極直流電源電位測(cè)量電源欠壓保護(hù)工作轉(zhuǎn)換誤差報(bào)警過流保護(hù)遙控切換全橋逆變整流濾波遙控通斷41四組VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管由四組柵極驅(qū)動(dòng)組件激勵(lì)而輪流通斷，從而將直流電變換成高頻矩形波交流電，再經(jīng)變壓器隔離、升壓，在次級(jí)由整流管全波整流，從而得到幾組不同伏值的直流電輸出。通過改變柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈寬，即可將恒定的直流電變

24、成可控大小的交流電，。所以經(jīng)整流、濾波后輸出的直流電壓值，就是由輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈寬所控制。42外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)三個(gè)主要組成：電源：采用的陰極保護(hù)電源設(shè)備一般由變壓整流器和控制單元兩部分組成，它們?cè)陔娫砩舷鄬?duì)獨(dú)立，在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了一體化。通常電源部分采用一用一備的配置，控制單元設(shè)有遠(yuǎn)控通斷、遠(yuǎn)傳接口，用戶來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳（變壓/整流器Transfer/tectifier)；盡管最大輸出電壓可能小于10V或接近100V，但是大多數(shù)在1050V，電流輸出范圍可在小于10安培直到幾百安培范圍內(nèi)變化，在設(shè)計(jì)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)保護(hù)對(duì)象的電流需要量選擇。43外加電流陰極

25、保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成輔助陽極（也稱惰性陽極）：一般由高硅鑄鐵、鉑鈦或貴金屬氧化物和填埋料（通常為焦碳）組成；陽極壽命應(yīng)盡可能長(zhǎng)，選擇合適的數(shù)量并埋在土壤電阻率較低的位置以降低陽極接地電阻。輔助陽極地床是陰極保護(hù)站重要的輔助設(shè)施，通常陽極地床型式可分為深井和水平連續(xù)淺埋兩種形式，陽極材料采用貴金屬氧化物或加鉻高硅鑄鐵等。44連接電纜：功能是將上述各部分組件，按照技術(shù)要求連接成完整的保護(hù)系統(tǒng)。 電纜類型： 陽極電纜（ VV220.61kV 125mm2） 陰極電纜 （VV220.61kV 125mm2） 零位接陰電纜 參比電纜 接地電纜 跨接電纜 銅（鋁）芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，敷設(shè)在室內(nèi)、

26、隧道、電纜溝及直埋土壤中，電纜能承受壓力及其它外力。45電位變送器：電位傳送器可將埋地金屬管道的管地電位信號(hào)隔離變換成標(biāo) 準(zhǔn)工業(yè)信號(hào) （420mA）輸出，便于站控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。I=（16E10）/2.5 mAV0.004（0.02-0.004）/2.5v0R 46陰極保護(hù)準(zhǔn)則雖然陰極保護(hù)的原理很簡(jiǎn)單強(qiáng)制一直流電施加于金屬結(jié)構(gòu)以減小腐蝕速率，但是涉及到的一個(gè)明顯問題是：我們?nèi)绾沃缆竦亟Y(jié)構(gòu)獲得了充分保護(hù)？有多種準(zhǔn)則允許我們判斷是否達(dá)到充分的保護(hù)，其中最常用的準(zhǔn)則是電位準(zhǔn)則，也就是測(cè)量管道與地之間的電位以評(píng)估陰極保護(hù)電流從環(huán)境（土壤或水）流到結(jié)構(gòu)上引起的結(jié)構(gòu)電位相對(duì)于環(huán)境的變化。有必要定

27、期進(jìn)行測(cè)量和檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道陰極保護(hù)狀況的變化，有時(shí)可能需要頻繁的測(cè)試和檢測(cè)。 47公認(rèn)的陰極保護(hù)準(zhǔn)則美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)(National Association of Corrosion Engineers,簡(jiǎn)稱NACE，成立于1943年,致力于制訂預(yù)防與控制腐蝕方面的標(biāo)準(zhǔn),已成為全球腐蝕研究領(lǐng)域中最大的組織。在其標(biāo)準(zhǔn)RP-01-69(1996年版本)第6部分列出了三個(gè)用于埋地或水下鋼質(zhì)或鑄鐵管道陰極保護(hù)的基本標(biāo)準(zhǔn)：通電電位850mV準(zhǔn)則 極化電位850mV準(zhǔn)則100mV極化值準(zhǔn)則48通電電位850mV準(zhǔn)則 在施加陰保的情況下負(fù)（陰極）電位至少達(dá)到負(fù)850mV。這個(gè)電位是相對(duì)于與電解質(zhì)

28、相接觸的飽和銅/硫酸銅參比電極測(cè)量的。 49極化電位850mV準(zhǔn)則這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，“相對(duì)飽和硫酸銅參比電極至少-850mV的負(fù)極化電位時(shí)”，就獲得了準(zhǔn)確的保護(hù)。極化電位的定義是，“結(jié)構(gòu)和電解質(zhì)界面上的電位，是腐蝕電位和陰極極化電位的總和?！睒O化電位是在所有的電流源全部中斷后直接測(cè)得的，通常指斷或瞬間斷電位。5051100mV極化值準(zhǔn)則這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是如果“管道表面和與電解質(zhì)穩(wěn)定接觸的參比電極之間最小的陰極極化電位100mV。為滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以測(cè)量到極化的建立或消除。那么，就實(shí)現(xiàn)了正常的陰極保護(hù) 。在施加陰保前，必須確定埋地結(jié)構(gòu)測(cè)試位置處的自然電位。在陰極保護(hù)通電、結(jié)構(gòu)有足夠的極化時(shí)間后再次測(cè)量該

29、處電位。通常，在陰保系統(tǒng)通電后，立即在測(cè)量位置上連續(xù)監(jiān)測(cè)通電電位，在通電電位連續(xù)幾分鐘沒有變化后，讀取斷電電位。將斷電電位和自然電位相比較，如果差值超過100mv，那么就可以認(rèn)為該位置處已經(jīng)滿足了100mv 標(biāo)準(zhǔn)。52凈保護(hù)電流標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)起初是基于這樣一個(gè)概念得出的：如果結(jié)構(gòu)上任何一點(diǎn)的凈電流都是從電解質(zhì)流向管結(jié)構(gòu)的，那么就不會(huì)有任何從結(jié)構(gòu)上流出的腐蝕電流。53第四章 管道陰極保護(hù)主要參數(shù)1、自然電位自然電位是金屬埋入土壤后，在無外部電流影響時(shí)的對(duì)地電位。自然電位隨著金屬結(jié)構(gòu)的材質(zhì)、表面狀況和土質(zhì)狀況，含水量等因素不同而異，一般有涂層埋地管道的自然電位在-0.40.7VCSE之間，在雨季土壤

30、濕潤(rùn)時(shí)，自然電位會(huì)偏負(fù)。一般取平均值-0.55V。542、最小保護(hù)電位 金屬達(dá)到完全保護(hù)所需要的最低電位值。一般認(rèn)為，金屬在電解質(zhì)溶液中，極化電位達(dá)到陽極區(qū)的開路電位時(shí)，就達(dá)到了完全保護(hù)。 NACERP0169建議“在通電的情況下，埋地鋼鐵結(jié)構(gòu)最小保護(hù)電位為-0.85VCSE或更負(fù)，在有硫酸鹽還原菌存在的情況下，最小保護(hù)電位為-0.95VCSE，該電位不含土壤中電壓降（IR降）”。實(shí)際測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)瞬時(shí)斷電電位進(jìn)行判斷。目前流行的通電電位測(cè)量方法簡(jiǎn)便易行，但對(duì)測(cè)量中IR降的含量沒有給予足夠重視。其后果是很多認(rèn)為陰極保護(hù)良好的管道發(fā)生腐蝕穿孔。553、最大保護(hù)電位 保護(hù)電位不是愈低愈好，是有限度

31、的，過低的保護(hù)電位會(huì)造成管道防腐層漏點(diǎn)處大量析出氫氣，造成涂層與管道脫離，即，陰極剝離，不僅使防腐層失效，而且電能大量消耗，還可導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生氫脆進(jìn)而發(fā)生氫脆斷裂，所以必須將電位控制在比析氫電位稍高的電位值，此電位稱為最大保護(hù)電位，超過最大保護(hù)電位時(shí)稱為“過保護(hù)”。 最大保護(hù)電位的限制應(yīng)根據(jù)覆蓋層及環(huán)境確定，以不損壞覆蓋層的粘結(jié)力為準(zhǔn)，一般瞬時(shí)斷電電位不得低于-1.10VCSE。由于受舊規(guī)范的影響，很多人還認(rèn)為陰極保護(hù)最大電位不能低于-1.5VCSE。事實(shí)上這種觀念使錯(cuò)誤的，造成的危害也是巨大的。判斷陰極保護(hù)電位是否過大應(yīng)以斷電電位為判斷基礎(chǔ)，只要斷電電位不低于-1.1VCSE（西歐為-1.

32、15VCSE），通電電位再大也沒有關(guān)系。56鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖H2O574、最小保護(hù)電流密度使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時(shí)所需要的保護(hù)電流密度，稱作最小保護(hù)電流密度，其常用單位為mA/m2表示。處于土壤中的裸露金屬，最小保護(hù)電流密度一般取10mA/m2。 585、瞬時(shí)斷電電位 在斷掉被保護(hù)結(jié)構(gòu)的外加電源或犧牲陽極0.20.5秒中之內(nèi)讀取得結(jié)構(gòu)對(duì)地電位。由于此時(shí)沒有外加電流從介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)，所以，所測(cè)電位為結(jié)構(gòu)的實(shí)際極化電位，不含IR降（介質(zhì)中的電壓降）。由于在斷開被保護(hù)結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)對(duì)地電位受電感影響，會(huì)有一個(gè)正向脈沖，所以，應(yīng)選取0.20.5秒之內(nèi)的電

33、位讀數(shù)。 其斷電電位應(yīng)在-0.85V -1.15V。 5960第五章 管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試 參比電極 ：參比電極定義為用來測(cè)量其它電極電位的可逆電極，其表面隨時(shí)間沒有凈變化，始終處于平衡狀態(tài)，即在相似的測(cè)量條件下可以認(rèn)為開路電位恒定不變的電極，銅/硫酸銅參比電極是最常見的，利用了銅的半電池反應(yīng)。結(jié)構(gòu)為一根較粗的銅棒用做電極體，浸入飽和硫酸銅溶液。管道電位就是相對(duì)于與電解質(zhì)連接的參比電極進(jìn)行測(cè)量的，參比電極是陰保電源工作的基準(zhǔn)信號(hào)源，處于維護(hù)和成本的考慮，工程上通常選用長(zhǎng)效硫酸銅參比電極（Cu/CuSO4）。61地表參比法 地表參比法主要用于管道自然電位、犧牲陽極開路電位、管道保護(hù)電位等參數(shù)的測(cè)

34、試。測(cè)試時(shí)，將參比電極放在管道頂部上方1m范圍的地表土壤上，保證參比電極與土壤接觸良好。近參比法 近參比法一般用于防腐層質(zhì)量較差的管道保護(hù)電位和犧牲陽極閉路電位的測(cè)試。在管道（或犧牲陽極）上方，距測(cè)試點(diǎn)1m左右挖一安放參比電極的探坑，將參比電極置于距管壁（或犧牲陽極）35cm的土壤上進(jìn)行測(cè)量和記錄。遠(yuǎn)參比法 遠(yuǎn)參比法主要用于強(qiáng)制電流陰極保護(hù)受輔助陽極電場(chǎng)影響的管段、犧牲陽極埋設(shè)點(diǎn)附近的管段。測(cè)試時(shí)將參比電極朝遠(yuǎn)離地表電場(chǎng)源的方向逐次移動(dòng)10cm，用萬用表依次測(cè)試管地電位。當(dāng)相鄰兩個(gè)安放點(diǎn)測(cè)試官地電位相差小于5mV時(shí)，參比電極不再往遠(yuǎn)方移動(dòng)，取最遠(yuǎn)處的管地電位為該測(cè)試點(diǎn)的管道對(duì)遠(yuǎn)方大地的電位值。

35、62測(cè)試樁： 為了確認(rèn)已經(jīng)按照適用準(zhǔn)則建立起符合要求的陰極保護(hù)，以及陰極保護(hù)系統(tǒng)的所有部分都正常運(yùn)行，進(jìn)行電性能測(cè)量和檢測(cè)是十分必要的。在管道運(yùn)行期間，影響陰極保護(hù)系統(tǒng)的各種因素會(huì)隨時(shí)改變，所以，陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 測(cè)試樁是用來測(cè)定埋地管線的陰極保護(hù)狀況以及進(jìn)行腐蝕控制相關(guān)的其他測(cè)試工作的最好途徑。測(cè)試樁根據(jù)其功能，其類型為電位測(cè)試樁、電流測(cè)試樁、絕緣接頭測(cè)試樁、犧牲陽極測(cè)試樁和穿路套管測(cè)試樁等，有時(shí)可用一個(gè)綜合功能測(cè)試樁來實(shí)現(xiàn)幾種測(cè)試功能。63直流電位法測(cè)量管道絕緣層電阻率I流過A、B端的管內(nèi)電流（A）VABAB間的電位差（V）D管道外徑（mm）管道壁厚（mm）管材電阻率（mm2/M）,例如：X60鋼材為0.230mm2/M，A3鋼0.350mm2/M，16Mn鋼材為0.220mm2/MLABA、B間的管道長(zhǎng)度（M）。一般設(shè)計(jì)為30M 64被測(cè)管段的外防腐層電阻Vp1管段首段P1點(diǎn)的負(fù)偏移電位（V）Vp2管段首段P2點(diǎn)的負(fù)偏移電位（V）I1首段(30M)管內(nèi)電流絕對(duì)值（A）I2第二段(30M)管