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長輸管道犧牲陽極法陰極保護方案陰極保護方案項目名稱：項目名稱：建設(shè)單位：建設(shè)單位：施工單位：施工單位：編制日期：編制日期：20102010 年年 1010 月月 4 4 日日目目 錄錄一、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(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法的設(shè)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、概述（一）原理（一）原理將被保護的金屬結(jié)構(gòu)連接一種比其電位更負(fù)的金屬或

2、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，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（二）犧牲陽極法陰極保護的優(yōu)點1、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、保護電流分布均勻，利用率高。（三）犧牲陽極材料（三）犧牲陽極材料 1 1、作為犧牲陽極材料，必須滿足以下條件、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

3、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 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 2、鎂、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膜的 性質(zhì)所決定。2.3 鎂的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-2.37V(SHE);

4、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(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。

5、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

6、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，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 2、陽極種類的選擇、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

7、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 3、工藝計算、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（） ；Rv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） ；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-SiLa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

8、（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） 。3.4 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

9、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（四）陽極安裝方式1 1、陽極地床、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，

10、再用細土回填、澆水、最后填平。2 2、陽極分布、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

11、，要注意陽極和被保護的管道之間不應(yīng)有其他金屬構(gòu)筑物，如電纜等。（五）測試系統(tǒng)（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(yīng)安裝測試系統(tǒng)。犧牲陽極法陰極保護的測試系統(tǒng)應(yīng)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(shè)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(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

12、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 后進行。另外，犧牲陽極投入運行后，應(yīng)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(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。（六）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范（六）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)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(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、 陰極保護管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn)SY/T0086-955、 埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SY

13、/T0017-96（七）主要測試設(shè)備和工具（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法的設(shè)計二、該項目管道犧牲陽極保護法的設(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

14、管道垂直距離1.5m，陽極周邊用填料包圍以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(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，以使套管內(nèi)受屏蔽的管道得到保護，鎂帶規(guī)格為19mm9.5mm。施工時沿螺旋焊縫方向纏繞，使保護電流盡可能地均勻。三、施工方法三、施工方法1 1、犧牲陽極法陰極保護施工安裝程序簡述如下、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(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

15、料與管體防腐材料是匹配的) 陽極回填標(biāo)記記錄。2 2、犧牲陽極法的施工、犧牲陽極法的施工: :2.12.1 鋅陽極安裝鋅陽極安裝2.1.1 犧牲陽極的施工：犧牲陽極土壤中的施工，包括埋設(shè)前的組裝、陽極的填充和埋高。2.1.2 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。2.1.3 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。

16、填料包的組裝可在室內(nèi)或現(xiàn)場進行，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。2.1.4 陽極電纜與 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，焊接點電阻要求小于4104，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(dǎo)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(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

17、或焊點受力拽脫。2.1.5 陽極埋設(shè)當(dāng)管道的安裝與鋅陽極埋設(shè)同步進行時，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。圖圖 1 1 陽極位置示意圖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。2.1.6 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，

18、以便徹底浸填料包。2.1.7 陽極床回填陽極床回填時，應(yīng)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(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。2.1.8 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。2.1.9 陽極床回填陽極床回填時，應(yīng)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。2.22.2 過河管道部分鎂陽極安裝要求過河管道部分鎂陽極安裝要求

19、2.2.1 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。2.2.2 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。2.2.3 陽極埋設(shè)犧牲陽極的埋設(shè)位置，與管道外

20、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。2.2.4 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。2.2.5 陽極床回填陽極床回填時，應(yīng)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。2.2.6 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

21、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(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。2.32.3 過路管道部分鎂陽極安裝要求過路管道部分鎂陽極安裝要求2.3.1 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，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。焊接及補口要求同過河管道部分。2.42.4 電位測試樁的安裝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

22、。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電位數(shù)據(jù)，可按設(shè)定的頻率進行人工測量，以了解和掌握陰極保護效果。2.52.5 智能監(jiān)測裝置的安裝智能監(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)備安裝說明進行。2.62.6 預(yù)留電纜的安裝預(yù)留電纜的安裝2.6.1 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行焊縫檢查，合格后對焊接部位、裸露鋼片、銅導(dǎo)線進行補口，補口材料采用環(huán)氧煤瀝青和玻璃布。2.6.2 預(yù)留電纜的引

23、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。2.72.7 標(biāo)識標(biāo)識在管溝回填過程中和完成后，承包商應(yīng)詳細記錄陽極預(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。2.82.8 陰極保護系統(tǒng)的調(diào)運陰極保護系統(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(yīng)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(shè)點的土壤電阻率。2.8.3 犧牲陽極投入運行后，應(yīng)定期進行監(jiān)測和維護，至少每半年一次。2.92.9 質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)2.9.1 陽極連接電纜其埋設(shè)深度不得小于 0.8m，四周