管道阴极保护基本知识.docx

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管道阴极保护基本知识

管道阴极保护基本知识

内容提要:

♦阴极保护系统管理知识

一、阴保护系统管理知识

（一）阴极保护得原理

自然界中,大多数金属就是以化合状态存在得,通过炼制被赋予能量,才从离子状态转变成原子状态,为此,回归自然状态就是金属固有本性。

我们把金属与周围得电解质发生反应、从原子变成离子得过程称为腐蚀。

每种金属浸在一定得介质中都有一定得电位,称之为该金属得腐蚀电位（自然电位）,腐蚀电位可表示金属失去电子得相对难易。

腐蚀电位愈负愈容易失去电子,我们称失去电子得部位为阳极区,得到电子得部位为阴极区。

阳极区由于失去电子（如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀,而阴极区得到电子受到保护。

阴极保护得原理就是给金属补充大量得电子,使被保护金属整体处于电子过剩得状态,使金属表面各点达到同一负电位,金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。

有两种办法可以实现这一目得,即牺牲阳极阴极保护与外加电流阴极保护。

1、牺牲阳极法

将被保护金属与一种可以提供阴极保护电流得金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率得方法。

在被保护金属与牺牲阳极所形成得大地电池中，被保护金

属体为阴极，牺牲阳极得电位往往负于被保护金属体得电位值，在保护电池中就是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极,从而实现了对阴极得被保护金属体得防护，如图1—3。

牺牲阳极材料有高钝镁其电位为1、75V;高钝锌其电位为1、1V;工业纯铝，其电位为0、8V（相对于饱与硫酸铜参比电极）。

2、强制电流法（外加电流法）

将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率得方法。

其方式有：

恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。

如图14示。

图14恒电位方式示意图

外部电源通过埋地得辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属,被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化得

氧化反应，使腐蚀受到抑制。

而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应，因此，辅助阳极本身存在消耗。

阴极保护得上述两种方法，都就是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护得金属体，提供足够得与原腐蚀电流方向相反得保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在得腐蚀电流。

两种方法得差别只在于产生保护电流得方式与“源”不同。

一种就是利用电位更负得金属或合金，另一

种则利用直流电源。

强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大得长距离、大口径管道。

牺牲阳极阴极保护不需外部电源,维护管理经济,简单,对

邻近地下金属构筑物干扰影响小,适用于短距离、小口径、分

散得管道。

（二）外加电流阴极保护系统得组成

1、恒电位仪:

珠三角管道采用得就是IHF系列数控高频开关恒电位仪,它得主要作用就是向管道输出保护电流。

2、阳极地床:

由若干支辅助阳极（高硅铸铁）组成,通过辅助阳极把保护电流送入土壤,经土壤流入被保护得管道,使管道

表面进行阴极极化（防止电化学腐蚀）,电流再由管道流入电源负极形成一个回路,这一回路形成了一个电解池,管道在回

路中为负极处于还原环境中,防止腐蚀,而辅助阳极进行氧化

反应遭受腐蚀,或就是周围电解质被氧化。

阴保站得电能60％消耗在阳极接地电阻上,故阳极材料

得选择与埋设方式、场所得选择,对减小电阻节约电能就是至关重要得。

珠三角管道得阳极地床辅助阳极一般为40支,阳极地床得接地电阻小于3Q（设计要求）,阳极地床与管道得垂

直距离要大于50米。

3、参比电极:

为了对各种金属得电极电位进行比较,必须有

一个公共得参比电极,其电极电位具有良好得重复性与稳定

性,构造简单,通常由饱与硫酸铜参比电极、锌电极等。

4、绝缘接头:

阴极保护系统保护得就是输油站外得长输管道,绝缘接头得作用就是将阴极保护电流限制在两个阴极保护站之间得管道上。

5、检查片：

由与管道同材质得金属制成50X100mm得挂片,检查片有两组,一组与输油管道相连,处于阴极保护状态,一组不与管道相连,处于自然腐蚀状态。

经过一定时间后将两组检查片得失重量进行比较,可分析管道得阴极保护效果。

6、测试桩：

为了检测维护管道得阴极保护系统,在管道沿线设置电流及电位测试桩,电位测试桩每公里设置一个;电流测试桩每5公里设一个;套管电位测试桩每个套管处设置一个绝缘接头电位测试桩每一绝缘处设一个。

（3）阴极保护得基本参数

（1）最小保护电流密度

阴极保护时,使腐蚀停止,或达到允许程度时所需得电流密度值称为最小保护电流密度。

最小保护电流密度得大小取决于被保护金属得种类、表面状况、腐蚀介质得性质、组成、浓度、温度与金属表面绝缘层质量等。

防腐绝缘层种类不同,所需要得保护电流密度也不同。

防腐绝缘层得电阻值越高,所需得保护电流密度值越

小。

（2）最小保护电位

为使腐蚀过程停止,金属经阴极极化后所必须达到得绝对值最小得负电位值,称之为最小保护电位。

最小保护电位也与金属得种类、腐蚀介质得组成、温度、浓度等有关。

最小保护电位值常常就是用来判断阴极保护就是否充分得基准。

因此该电位值就是监控阴极保护得重要参数。

实验测定在土壤中得最小保护电位为-0、85V（相对饱与

硫酸铜参比电极）。

（3）最大保护电位

在阴极保护中,所允许施加得阴极极化得绝对值最大得负电位值,在此电位下管道得防腐层不受到破坏。

此电位值就就

是最大保护电位。

最大保护电位值得大小通过试验确定。

一般取－1、

5V（CSE）。

阴极保护电位越大,防腐程度越高,单站保护距离也越长但就是过大得电位将使被保护管道得防腐绝缘层与管道金属表面得粘接力受到破坏,产生阴极剥离,严重时可以出现金

属“氢破裂”。

同时太大得电位将消耗过多得保护电流,形成

能量浪费。

（4）阴极保护投入前得准备与验收

1、阴极保护投入前对被保护管道得检查

管道对地绝缘得检查:

从阴极保护得原理介绍,已得知没有绝缘就没有保护。

为了确保阴极保护得正常运行,在施加阴极保护电流前,必须确保管道得各项绝缘措施正确无误。

应

检查管道得绝缘接头得绝缘性能就是否正常;管道沿线得阀

门应与土壤有良好得绝缘;管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确有效得绝缘处理措施,管道在地下不应与其

它金属构筑物有"短接"等故障;管道表面防腐层应无漏敷点,所有施工时期引起得缺陷与损伤均应在施工验收时使用埋地检漏仪检测,修补后回填。

2、对阴极保护施工质量得验收

（1）对阴极保护间内所有电气设备得安装就是否符合《电气设备安装规程》得要求,各种接地设施就是否完成,并符合图纸设计要求。

（2）对阴极保护得站外设施得选材、施工就是否与设计一致。

对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线得施工与连接应严格符合规范要求,尤其就是阳极引线接正极,管道汇流点接负极,严禁电极接反。

（3）图纸、设计资料齐全完备。

（5）阴极保护投入运行得调试1、组织人员测定全线管道自然电位、土壤电阻率、阳极地床接地电阻,同时对管道环境有一个比较详尽得了解,这些

资料均需分别记录整理,存档备用。

2、阴极保护站投入运行按照恒电位仪得操作程序给管道送电,使电位保持在1、

20伏左右,待管道阴极极化一段时间（四小时以上）开始测试直流电源输出电流、电压、通电点电位、管道沿线保护电位、保护距离等。

然后根据所测保护电位,调整通电点电位至规定值,继续给管道送电使其完全极化（通常在24小时以上）。

再重复第一次测试工作,并做好记录。

若个别管段保护电位过低,则需再适当调节通电点电位至满足全线阴极保护电位指标为止。

3、保护电位得控制各站通电点电位得控制数值,应能保证相邻两站间得管段保护电位达到0、85伏,同时各站通电点最负电位不允许超过规定数值。

调节通电点电位时,管道上相邻阴极保护站间加强联系,保证各站通电点电位均衡。

4、当管道全线达到最小阴极保护电位指标后,投运操作完

毕,各阴极保护站进入正常连续工作阶段。

（六）阴极保护站得日常维护管理1、恒电位仪得巡检与维护。

1）日常巡检:

每天9:

00与21:

00对恒电位仪巡检一次,并记录输出电压、电流、保护电位数值,与前次记录（或值班记录）对

照就是否有变化,若不相同应查找原因,采取相应措施使管道全线达到阴极保护。

2）每月维护:

每月1日对恒电位仪进行切换使用。

改用备用得仪器时,应即时进行一次观测与维修,发现仪器故障应及时检修,保证供电。

维护内容:

观察全部零件就是否正常,元件有无腐蚀、脱焊、虚焊、损坏,各连接点就是否可靠,电路有无故障,各紧固件就是否松动,熔断器就是否完好,如有熔断,需查清原因再更换。

检查接接阴极保护站得电源导线,以及接至阳极地床、通电点得导线就是否完好,接头就是否牢固。

定期检查工作接地与避雷器接地,并保证其接地电阻不大于10欧姆,在雷雨季节要注意防雷。

搞好站内设备得清洁卫生,注意保持室内干燥,通电良好防止仪器过热。

2、参比电极得维护。

作为恒定电位仪信号源得埋地参比电极,在使用过程中需

注意观察恒电位仪得输出数值,发现异常可检查参比电极井

就是否干涸,影响仪器正常工作。

3、阳极地床得维护。

阳极地床接地电阻每月测试一次,接地电阻增大至影响恒

电位仪不能提供管道所需保护电流时,应该更换阳极地床或

进行维修,以减小接地电阻。

4、测试桩得维护。

1）检查接线柱与大地绝缘情况,电阻值应大于100千欧,用

万用表测量,若小于此值应检查接线柱与外套钢管有无接地,

若有则需更换或维修。

2）测试桩应每年定期刷漆与编号。

3）防止测试桩得破坏丢失,对沿线城乡居民及儿童作好爱护国家财产得宣传教育工作。

5、绝缘接头得维护。

每月检测绝缘接头两侧管地电位,若与原始记录有差异时,应对其性能好坏作鉴别。

如有漏电情况应采取相应措施。