陰極保護(hù)原理與維護(hù)

目錄一、陰極保護(hù)原理二、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)三、外加電流陰極保護(hù)四、陰極保護(hù)效果判斷五、陰極保護(hù)測(cè)試方法六、陰極保護(hù)日常維護(hù)七、雜散電流干擾腐蝕八、恒電位儀故障判斷第一頁(yè)，共49頁(yè)。一、陰極保護(hù)原理1.腐蝕的原因?qū)⒔饘俜湃腚娊赓|(zhì)后，金屬不同的部位，電極電位是不同的，從而形成腐蝕電池。電極電位的不同是金屬自身或環(huán)境狀況不同所引起的。-0.5V-0.6V電流e管道陽(yáng)極陰極第二頁(yè)，共49頁(yè)。2.發(fā)生腐蝕的4個(gè)條件（1）陽(yáng)極和陰極必須同時(shí)存在，（陽(yáng)極、陰極組成腐蝕電池）；（2）陰、陽(yáng)極之間必須有電位差；（3）陰、陽(yáng)極之間必須有電氣連接；（4）陰、陽(yáng)極必須處于電解質(zhì)中。去除四個(gè)條件中的任何一個(gè)，腐蝕就會(huì)停止。3.防腐層從理論上講，如果防腐層是完整、無(wú)缺陷的，那么，防腐層自己就可以完成防腐任務(wù)。然而，要做到防腐層無(wú)缺陷，實(shí)際上是很困難或不經(jīng)濟(jì)的。因此，防腐層與陰極保護(hù)的結(jié)合，99%的防腐任務(wù)由防腐層承擔(dān)、陰極保護(hù)對(duì)防腐層缺陷處進(jìn)行保護(hù)，是最經(jīng)濟(jì)、有效的防腐措施。第三頁(yè)，共49頁(yè)。4.陰極保護(hù)原理強(qiáng)制電流從周圍電介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)表面，使金屬表面全部處于陰極狀態(tài)，就可抑制陰極區(qū)金屬表面電子釋放。施加的電流越大，產(chǎn)生的陰極極化越強(qiáng)。電流e管道陽(yáng)極陰極-0.5V-0.6V第四頁(yè)，共49頁(yè)。4.陰極保護(hù)原理強(qiáng)制電流從周圍電介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)表面，使金屬表面全部處于陰極狀態(tài)，就可抑制陰極區(qū)金屬表面電子釋放。施加的電流越大，產(chǎn)生的陰極極化越強(qiáng)。電流管道陽(yáng)極陰極-0.6Ve-0.5V-0.6Ve第五頁(yè)，共49頁(yè)。4.陰極保護(hù)原理強(qiáng)制電流從周圍電介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)表面，使金屬表面全部處于陰極狀態(tài)，就可抑制陰極區(qū)金屬表面電子釋放。施加的電流越大，產(chǎn)生的陰極極化越強(qiáng)。電流管道陽(yáng)極陰極e-0.8V-0.8Ve第六頁(yè)，共49頁(yè)。5.陰極保護(hù)途徑實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)有兩個(gè)途徑，即：外加電流和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。6.陰極保護(hù)須具備的條件從技術(shù)可行性上講，陰極保護(hù)必須具備三個(gè)使用條件：1.管道縱向連續(xù)導(dǎo)電，確保陰極保護(hù)電流暢通，是陰極保護(hù)的必要條件之一。法蘭、絲扣部位需要電纜跨接。2.具有足夠絕緣電阻的管道覆蓋層。覆蓋層的主要作用是隔離土壤介質(zhì)，阻止形成腐蝕電池。覆蓋層絕緣電阻愈大，需要的陰極保護(hù)電流愈小。3.管道與其他非保護(hù)構(gòu)筑物之間電絕緣。電絕緣可以防止陰極保護(hù)電流流失，減輕雜散電流干擾等。第七頁(yè)，共49頁(yè)。二、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)1.犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)原理根據(jù)金屬在電動(dòng)勢(shì)序列中相對(duì)位置的不同，當(dāng)將兩種金屬連接在一起，并處于同一電解質(zhì)中時(shí)，電流將從較活性的金屬流向較惰性的金屬，為較惰性的金屬提供保護(hù)。由于離子的溶解速度低于電子的移動(dòng)速度,所以,陽(yáng)極的電位正向偏移，管道電位負(fù)向偏移。第八頁(yè)，共49頁(yè)。2.犧牲陽(yáng)極材料與埋設(shè)常用的犧牲陽(yáng)極材料有三類：鎂和鎂合金、鋅和鋅合金、鋁和鋁合金。榆濟(jì)線設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于站內(nèi)埋地管線采用鎂合金犧牲陽(yáng)極保護(hù)。犧牲陽(yáng)極可以單獨(dú)埋設(shè)，也可以成組埋設(shè)。3.犧牲陽(yáng)極保護(hù)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):不需外部電源，應(yīng)用靈活、易于安裝、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單.對(duì)附近非保護(hù)金屬構(gòu)筑物無(wú)干擾。缺點(diǎn):輸出電流小（一般小于1A)、僅用于保護(hù)電流需求小的場(chǎng)合。驅(qū)動(dòng)電壓低，運(yùn)行電位不可調(diào)，受環(huán)境因素影響較大，僅用于低土壤電阻率環(huán)境。第九頁(yè)，共49頁(yè)。4.犧牲陽(yáng)極接線箱第十頁(yè)，共49頁(yè)。5.回填料如果直接將陽(yáng)極埋設(shè)在土壤中，由于土壤成分的不同，會(huì)加劇陽(yáng)極的自身腐蝕，并使陽(yáng)極消耗不均勻。填料可以吸收、保持水分，降低陽(yáng)極接地電阻，提高陽(yáng)極效率，保證陽(yáng)極表面均勻消耗。榆濟(jì)線設(shè)計(jì)時(shí)填包料厚度大于100mm，填包料配方是:石膏粉：膨潤(rùn)土：工業(yè)硫酸鈉=75：20：5（質(zhì)量百分比）第十一頁(yè)，共49頁(yè)。三、外加電流陰極保護(hù)1.外加電流陰極保護(hù)原理利用外部電源和輔助陽(yáng)極地床迫使電流通過(guò)輔助陽(yáng)極從周圍介質(zhì)中流向被保護(hù)結(jié)構(gòu)，從而消除腐蝕。管道陽(yáng)極管道陽(yáng)極第十二頁(yè)，共49頁(yè)。1.外加電流陰極保護(hù)原理榆濟(jì)線設(shè)計(jì)時(shí)，外部電源用的就是恒電位儀，輔助陽(yáng)極用的深井陽(yáng)極地床。陽(yáng)極地床距被保護(hù)結(jié)構(gòu)一定距離，恒電位儀的正極與陽(yáng)極地床連接，負(fù)極與管道連接。電流通過(guò)陽(yáng)極地床進(jìn)入土壤，然后通過(guò)土壤到達(dá)管道。管道輔助陽(yáng)極第十三頁(yè)，共49頁(yè)。2.恒電位儀榆濟(jì)線用的是IHF數(shù)控高頻開(kāi)關(guān)恒電位儀，注意的幾點(diǎn)：（1）恒電位儀正常情況下應(yīng)保持恒電位運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障后可暫時(shí)恒電流運(yùn)行。（2）在恒電位出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換到恒電流工作狀態(tài)，并恒定在預(yù)先設(shè)定的電流值上。（3）在恒電位輸出的狀態(tài)下，整流電源自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓、電流，使管/地電位維持在設(shè)定值。（4）控制室一般二臺(tái)恒電位儀，一臺(tái)作為工作機(jī)，一臺(tái)為備用機(jī)。工作一段時(shí)間后（如一個(gè)月）更換運(yùn)行，以延長(zhǎng)儀器的使用壽命。第十四頁(yè)，共49頁(yè)。2.恒電位儀榆濟(jì)線用的是IHF數(shù)控高頻開(kāi)關(guān)恒電位儀，注意的幾點(diǎn)：（5）電位超限報(bào)警：如果控制電位超過(guò)預(yù)置電位±50mV時(shí)，儀器顯示電位超限報(bào)警，液晶屏狀態(tài)欄顯示“R”。（6）電流超限報(bào)警：如果輸出電流超過(guò)額定電流的105％時(shí)，儀器顯示電流超限報(bào)警，液晶屏狀態(tài)欄顯示“C”。（7）電壓超限報(bào)警：如果輸出電壓超過(guò)額定電壓的105％時(shí)，儀器顯示電壓超限報(bào)警，液晶屏狀態(tài)欄顯示“V”。（8）溫度過(guò)高報(bào)警：如果機(jī)內(nèi)溫度過(guò)高，系統(tǒng)將由于溫度保護(hù)而自動(dòng)停機(jī)，停機(jī)同時(shí)，儀器顯示溫度過(guò)高報(bào)警，液晶屏狀態(tài)欄顯示“T”。第十五頁(yè)，共49頁(yè)。2.恒電位儀第十六頁(yè)，共49頁(yè)。3.陰極保護(hù)原理接線圖第十七頁(yè)，共49頁(yè)。4.匯流點(diǎn)接線箱第十八頁(yè)，共49頁(yè)。5.輔助陽(yáng)極榆濟(jì)線輔助陽(yáng)極用的是深井陽(yáng)極地床，設(shè)計(jì)井深在50米。深井陽(yáng)極用分段預(yù)制式陽(yáng)極體，陽(yáng)極體由貴金屬氧化物陽(yáng)極、焦炭填料和套管組成。貴金屬氧化物陽(yáng)極基體材料采用工業(yè)純鈦。一座陽(yáng)極井安裝3支陽(yáng)極體，1支陽(yáng)極體長(zhǎng)6m，內(nèi)置3支貴金屬氧化物陽(yáng)極，并填充焦炭填料，外用帶有網(wǎng)狀透水孔的鋼套管包裹。焦炭填料作用：（1）增大陽(yáng)極與土壤的接觸面積，從而降低地床接地電阻;（2）將陽(yáng)極電極反應(yīng)轉(zhuǎn)移到填料與土壤之間進(jìn)行，延長(zhǎng)陽(yáng)極的使用壽命;（3）填料可以消除氣體堵塞。第十九頁(yè)，共49頁(yè)。6.深井陽(yáng)極地床設(shè)計(jì)圖第二十頁(yè)，共49頁(yè)。7.陽(yáng)極接線盒第二十一頁(yè)，共49頁(yè)。8.絕緣法蘭作用：限制陰極保護(hù)電流在指定的范圍內(nèi)，與其他金屬結(jié)構(gòu)或環(huán)境進(jìn)行電氣絕緣，防止陰極保護(hù)電流的散失，使系統(tǒng)得到有效陰極保護(hù)。場(chǎng)站、閥室進(jìn)出站都裝有絕緣法蘭。由于絕緣法蘭兩側(cè)的電位差，會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生干擾，加速腐蝕，所以絕緣法蘭兩側(cè)10m內(nèi)，管道外表面作特別加強(qiáng)級(jí)防護(hù)。第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。8.絕緣法蘭第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。9.絕緣接頭測(cè)試箱第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。9.絕緣接頭測(cè)試箱第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。9.絕緣接頭測(cè)試箱第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。10.接地電池為了防止高壓電涌及強(qiáng)電以外作用對(duì)絕緣接頭的損壞，在絕緣接頭處設(shè)置接地電池。榆濟(jì)線設(shè)計(jì)的為雙鋅棒接地電池。結(jié)構(gòu)如下：第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。四、陰極保護(hù)效果判斷1.陰極保護(hù)電位包括1.腐蝕電位（自然電位）：將金屬放入電解液中，金屬與參比電極之間的電位。2.陰極極化:由于電解液與電極之間電流的流動(dòng)而導(dǎo)致的電極腐蝕電位的偏移。3.極化電位:結(jié)構(gòu)與電解液接觸面之間的電位，它是腐蝕電位與陰極極化之和。4.通電電位：在陰極保護(hù)系統(tǒng)正常工作的情況下測(cè)量的管道/地電位，其中包括極化電位與IR降。IR降：由于陰極保護(hù)電流在土壤中流動(dòng)，在土壤電阻上產(chǎn)生的電壓降。5.瞬時(shí)斷電電位：在切斷陰極保護(hù)電源1秒中之內(nèi)測(cè)量的管/地電位。第二十八頁(yè)，共49頁(yè)。1.陰極保護(hù)電位包括V1:腐蝕電位(自然電位),V2：陰極極化；V1+V2:極化電位(瞬時(shí)斷電電位),V=V1+V2+IR：通電電位管道陽(yáng)極V參比電極V1V2IR第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。2.充分陰極保護(hù)的判斷指標(biāo)GB/T21447-2008《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》中規(guī)定正常情況下的陰極保護(hù)效果應(yīng)達(dá)到下列任意一項(xiàng)或全部指標(biāo)：a)在施加陰極保護(hù)時(shí)，測(cè)得的管道/電解質(zhì)電位達(dá)到-850mV或更負(fù)（相對(duì)飽和硫酸銅參比電極，以下簡(jiǎn)稱CSE）。測(cè)量電位時(shí)，必須考慮消除IR降的影響，以便對(duì)測(cè)量結(jié)果做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。b)管道極化后電位達(dá)到-850mV或更負(fù)（相對(duì)CSE）。c)在陰極保護(hù)極化形成或衰減時(shí)，測(cè)取被保護(hù)管道表面與土壤接觸、穩(wěn)定的參比電極之間的陰極極化電位差不應(yīng)小于100mV第三十頁(yè)，共49頁(yè)。3.過(guò)保護(hù)防腐是否成功，取決于陰極保護(hù)電位，陰極保護(hù)電位過(guò)正，不能達(dá)到充分保護(hù)；陰極保護(hù)電位過(guò)負(fù)，將破壞防腐層：過(guò)量陰極保護(hù)會(huì)使涂層產(chǎn)生剝離。GB/T21448-2008要求，陰極保護(hù)狀態(tài)下管道的極限保護(hù)電位（即管地界面極化電位）不能比-1200mV（CSE）更負(fù)。第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。五、陰極保護(hù)測(cè)試方法1.通電電位（1）

測(cè)量前，應(yīng)確認(rèn)陰極保護(hù)運(yùn)行正常，管道已充分極化。（3）測(cè)量時(shí)，將硫酸銅電極放置在管頂正上方地表的潮濕土壤上，應(yīng)保證硫酸銅電極底部與土接觸良好。（3）電壓表的負(fù)接線柱（COM）與硫酸銅電極連接，正接線柱（V）與管道連接。2.自然電位對(duì)已實(shí)施過(guò)陰極保護(hù)的管道宜在完全斷電24h后進(jìn)行。新建管道自然電位一般在–0.5V至–0.7V,之間。第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。3.斷電電位利用陰極保護(hù)設(shè)備固有同步通斷功能，使同一相關(guān)管段上所有陰極保護(hù)電源同步工作在12秒通、3秒斷狀態(tài)，人工在斷電周期內(nèi)測(cè)量的管/地電位為瞬時(shí)斷電電位。讀數(shù)時(shí)間一般為斷電后0.5秒-1秒之間。第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。4.極化探頭法1)將試片回填，試片埋深及回填狀態(tài)與管道相同。2)將試片與管道連通，試片充分極化。3)測(cè)量中，試片與數(shù)字萬(wàn)用表的正極連接，硫酸銅電極與數(shù)字萬(wàn)用表的負(fù)極連接。4)將試片與管道斷開(kāi)，立即測(cè)量并記錄相對(duì)于對(duì)硫酸銅電極的斷電電位。此過(guò)程應(yīng)盡可能快，以避免試片的去極化。管道試片V參比電極第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。4.極化探頭法第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。5.犧牲陽(yáng)極開(kāi)路電位1)測(cè)量前，應(yīng)斷開(kāi)犧牲陽(yáng)極與管道的連接。2)測(cè)量中，按圖中的測(cè)量接線方式，將數(shù)字萬(wàn)用表的正極與犧牲陽(yáng)極連接，負(fù)極與硫酸銅電極連接。第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。6.犧牲陽(yáng)極保護(hù)電位管道保護(hù)電位的測(cè)量將犧牲陽(yáng)極與管道連通，測(cè)量的管道電位為管道保護(hù)電位。GB/T21448-2008要求用遠(yuǎn)參比法。將硫酸銅電極朝遠(yuǎn)離犧牲陽(yáng)極的方向逐次安放在地表上，第一個(gè)安放點(diǎn)距管道測(cè)試點(diǎn)不小于20m，以后逐次移動(dòng)5m。將數(shù)字萬(wàn)用表調(diào)至適宜的量程上，讀取數(shù)據(jù)，作好電位值和極性記錄，當(dāng)相鄰兩個(gè)安放點(diǎn)測(cè)試的管地電位相差小于2.5mV時(shí)，參比電極不再往遠(yuǎn)方移動(dòng)，取最遠(yuǎn)處的管地電位值作為該測(cè)試點(diǎn)的管道對(duì)遠(yuǎn)方大地的電位值。第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。7.陽(yáng)極接地電阻的測(cè)量測(cè)量前，必須將犧牲陽(yáng)極與管道斷開(kāi)，然后按圖中所示的接線圖沿垂直于管道的一條直線布置電極，d13約40m，d12取20m左右，轉(zhuǎn)動(dòng)接地電阻測(cè)量?jī)x的手柄，使手搖發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)平衡旋鈕，直至電表指針停在黑線上，此時(shí)黑線指示的度盤值乘以倍率即為接地電阻值。第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。8.土壤電阻率測(cè)量土壤電阻率的測(cè)量通常采用四極法，工具使用接地電阻測(cè)量?jī)x，它是在地表面沿直線方向均布四支電極，電極間距一般為管道埋深。在外側(cè)兩個(gè)電極上輸入電流，在內(nèi)側(cè)兩支電極上測(cè)量電壓降，記錄表顯電阻R值并計(jì)算土壤電阻率。土壤電阻率按下式計(jì)算：P=2x3.14xaxR:a:電極之間的距離R:儀表測(cè)得的電阻值P:深度為a地層土壤電阻率。第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。8.土壤電阻率測(cè)量第四十頁(yè)，共49頁(yè)。六、陰極保護(hù)日常維護(hù)1.運(yùn)行管理要求外防腐涂層和陰極保護(hù)聯(lián)合保護(hù)是管道防腐的主要手段，陰極保護(hù)系統(tǒng)一經(jīng)運(yùn)行，要確保陰極保護(hù)通電率98%，陰極保護(hù)達(dá)標(biāo)率100%。恒電位儀通電電位設(shè)置應(yīng)使管道保護(hù)電位達(dá)標(biāo)：-0.85V～-1.15V(CSE)；上述電位均應(yīng)為不包含IR降的真實(shí)管地電位。陰極保護(hù)電位的測(cè)量每月進(jìn)行一次，通過(guò)管道沿線每公里埋設(shè)的電位測(cè)試樁，測(cè)量所轄管道的保護(hù)電位。1.運(yùn)行管要求第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。2.陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量在進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)量時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，在離開(kāi)匯流點(diǎn)一段距離的地方測(cè)量電位比匯流點(diǎn)處還要負(fù)。解釋如下：匯流點(diǎn)附近，有短路接地或防腐層有大漏點(diǎn)，造成在匯流點(diǎn)處測(cè)量時(shí)，電位較正。而離開(kāi)匯流點(diǎn)一段距離后，接地、防腐層的漏點(diǎn)對(duì)電位的影響減弱。測(cè)量到的電位更負(fù)一些。1.運(yùn)行管要求3.陽(yáng)極地床維護(hù)如果深井陽(yáng)極失效，修復(fù)的可能性很小。在有些情況下，由于氣阻造成的陽(yáng)極地床接地電阻增大可以通過(guò)沿排氣管注入空氣和水的方式來(lái)解決。第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。4.絕緣接頭的維護(hù)應(yīng)當(dāng)對(duì)絕緣接頭進(jìn)行檢測(cè)，保證其具有良好的絕緣性?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量絕緣接頭兩側(cè)的電位來(lái)判斷絕緣接頭的絕緣性能。非陰極保護(hù)側(cè)的電位要比保護(hù)側(cè)電位正許多。檢測(cè)時(shí)，要拆掉鋅接地電池。1.運(yùn)行管要求5.測(cè)試樁、跨接線維護(hù)測(cè)試樁必須保證與管道完好的電氣連接及樁體、測(cè)試部位完好，對(duì)斷線等缺陷及時(shí)修復(fù)。如果電位測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)電位很正，多半是電纜與管道斷開(kāi)，應(yīng)當(dāng)盡快修復(fù)。跨接線接線要正確，避免接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的短路情況。第四十三頁(yè)，共49頁(yè)。七、雜散電流干擾腐蝕1.雜散電流定義雜散電流是沿規(guī)定路徑之外的途徑流動(dòng)的電流，它在土壤中流動(dòng)，且與被保護(hù)管道系統(tǒng)無(wú)關(guān)。該電流從管道的某一部位進(jìn)入，沿管道流動(dòng)一段距離后，又從管道另一部位流入土壤，在電流流出的部位，管道發(fā)生腐蝕，我們稱之為雜散電流干擾腐蝕。雜散電流源包括：1.外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)；2.直流電車系統(tǒng)；3.礦山牽引系統(tǒng)、電解、焊接等直流用電設(shè)備；4.高壓直流輸電線路。1.運(yùn)行管要求第四十四頁(yè)，共49頁(yè)。2.減小雜散電流方法減小雜散電流干擾首先要確定是否受到雜散電流干擾。將被保護(hù)管道的陰極保護(hù)電源按一定周期通斷，測(cè)量可能受干擾管道的管地電位，如果其電位隨被保護(hù)管道電源的通斷而變化，且電位正向偏移大于50mV時(shí)，可判斷，該管道受到雜散電流干擾。減小雜散電流干擾的方法有：將被保護(hù)管道和被干擾管道實(shí)施電氣連接(跨接均壓線)；受干擾管道增加犧牲陽(yáng)極或外加電流陰極保護(hù)措施；受干擾管道保證外防腐涂層完好并增設(shè)屏蔽層等。第四十五頁(yè)，共49頁(yè)。八、恒電位儀故障判斷1.運(yùn)行管理要求（1）恒電位儀開(kāi)機(jī)無(wú)輸出，指示燈不亮，數(shù)字面板表不顯示。原因：a電源開(kāi)路；b輸入保險(xiǎn)管斷或穩(wěn)壓電源變壓器保險(xiǎn)管斷。（2）恒電位儀輸出電流突然增大，甚至達(dá)到額定輸出電流，但恒電位儀正常。原因：a與未保護(hù)管線接觸，b絕緣接頭兩邊管道搭接導(dǎo)致保護(hù)端與非保端護(hù)短路，