管道陰極保護(hù)

1、第九章　管道陰極保護(hù),第一節(jié)　腐蝕一、腐蝕的定義二、腐蝕的分類三、腐蝕的基本原理四、管道的腐蝕控制,一、腐蝕的定義,從廣義上講，腐蝕是材料和環(huán)境相互作用而導(dǎo)致的失效。這個(gè)定義包含了所有的天然和人造材料，例如塑料、陶瓷和金屬。我們通常所研究的腐蝕是金屬的腐蝕，金屬腐蝕是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用所引起的金屬損失的現(xiàn)象和過程。,二、腐蝕的分類,腐蝕按材料的類型可分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕，就腐蝕破壞的形態(tài)分類，可分為全面腐蝕和

2、局部腐蝕。全面腐蝕是一種常見的腐蝕形態(tài)，包括均勻的全面和不均勻全面腐蝕。按腐蝕的機(jī)理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。金屬管道常見的腐蝕按其作用原理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。,1、化學(xué)腐蝕,化學(xué)腐蝕指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。化學(xué)腐蝕是在一定條件下，非電解質(zhì)中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用，即氧化還原反應(yīng)是在反應(yīng)粒子相互作用的瞬間于碰撞的那一個(gè)反應(yīng)點(diǎn)上完成的。在化學(xué)腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與氧化劑間

3、直接進(jìn)行，因而沒有電流產(chǎn)生。,2、電化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕指金屬與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞。特點(diǎn)：在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生,三、腐蝕的基本原理,腐蝕的基本原理是腐蝕原電池理論。由于不同金屬本身的電偶序（即電位）存在著差別，當(dāng)兩種金屬處于同一電解質(zhì)中，并由導(dǎo)體連接這兩種金屬時(shí)，腐蝕電池就形成了。電流通過導(dǎo)體和電解質(zhì)形成電流回路，此時(shí)兩種金屬之間的電位差越大，則電路產(chǎn)生的電壓越大。腐蝕電池一旦形成，陽極金屬表面因不斷地失去電子，發(fā)生

4、氧化反應(yīng)，使金屬原子轉(zhuǎn)化為正離子，形成以氫氧化物為主的化合物，也就是說陽極遭到了腐蝕；而陰極金屬則相反，它不斷地從陽極處得到電子，其表面因富集了電子，金屬表面發(fā)生還原反應(yīng)，沒有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。,,腐蝕過程可表示如下氧化反應(yīng)：Fe---→Fe2++2e還原反應(yīng)：O2+2H2O+4e---→4OH-2H2O+2e---→H2+2OH-,,,,,腐蝕電池形成的充分必要條件：1)必須有陰極和陽極。 2)陰極和陽極之間必須有電位差 3)

5、陰極和陽極之間必須有金屬的電流通道。  4)陰極和陽極必須浸在同一電解質(zhì)中，該電解質(zhì)中有流動(dòng)的自由離子。,四、管道的腐蝕控制,管道腐蝕的控制方法應(yīng)根據(jù)腐蝕機(jī)理的不同和所處環(huán)境條件的不同，采用相應(yīng)的腐蝕控制方法， 在油氣管道保護(hù)過程中應(yīng)用最為廣泛的控制金屬腐蝕的方法為以下五類：1、選擇耐腐蝕材料2、控制腐蝕環(huán)境,,3、選擇有效的防腐層4、陰極保護(hù)5、添加緩蝕劑,,第二節(jié)　管道防腐層一、管道的外防腐層 二、管道防腐層

6、的維護(hù),一、管道的外防腐層,1、管道的外防腐層的基本要求（1）與金屬有良好的粘結(jié)性；（2）電絕緣性能好；（3）防水及化學(xué)穩(wěn)定性好；（4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，耐熱和抗低溫脆性；（5）耐陰極剝離性能好；（6）抗微生物腐蝕；（7）破損后易修復(fù)，并要求價(jià)格低廉和便于施工。,,2、埋地管道防腐層的主要種類埋地管道的防腐層種類主要有石油瀝青、單（雙）層環(huán)氧粉末涂層、3層PE以及聚乙烯膠粘帶等。,3、單層熔結(jié)環(huán)氧粉末（1）性能

7、熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂層最早于1961年由美國開發(fā)成功并應(yīng)用于管道防腐工程，之后在許多國家得到進(jìn)一步的開發(fā)和應(yīng)用。由于熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂層與鋼管表面粘結(jié)力強(qiáng)、耐化學(xué)介質(zhì)侵蝕性能、耐溫性能等都比較好，抗腐蝕性、耐陰極剝離性、耐老化性、耐土壤應(yīng)力等性能也很好，使用溫度范圍寬(普通熔結(jié)環(huán)氧粉末為-30～100℃，成為國內(nèi)外管道內(nèi)外防腐涂層技術(shù)的主要體系之一。但由于涂層較?。?.3－0.5ｍｍ），抗尖銳物沖擊力較差，易被沖擊損壞，不適合于石方段，適

8、合于大部分土壤環(huán)境和定向鉆穿越粘質(zhì)土壤。,(2)結(jié)構(gòu)熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層簡稱FBE，F(xiàn)BE外涂層為一次成膜的結(jié)構(gòu) 。(3)涂敷涂敷時(shí)鋼管外表面噴(拋)射除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T 8923中規(guī)定的Sa2.5級(jí)，鋼管表面的錨紋深度應(yīng)在40～l00μm范圍內(nèi)，并應(yīng)監(jiān)測(cè)環(huán)氧粉末涂敷之前瞬間的鋼管外表面的溫度，并把溫度控制在粉末生產(chǎn)商的推薦范圍內(nèi)，但最高不得超過275℃。,,(4)修補(bǔ)在FBE管道上發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)先清除掉缺陷部位的所有銹斑、鱗屑

9、、裂紋、污垢和其他雜質(zhì)及松脫的涂層；將缺陷部位打磨成粗糙面， 用干燥的布或刷子將灰塵清除干凈，用雙組分液體環(huán)氧樹脂涂料進(jìn)行局部修補(bǔ)。,4、聚乙烯防腐層（1）防腐層結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層簡稱3PE，其底層為環(huán)氧粉末涂料，中層為膠粘劑，外層為聚乙烯，,（2）性能3PE第一層為環(huán)氧涂料，第二層為膠粘劑，第三層為擠出聚乙烯，各層之間相互緊密粘接，形成一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，取長補(bǔ)短。它利用環(huán)氧粉末與鋼管表面很強(qiáng)的粘結(jié)力而提高粘結(jié)性；利用擠出聚乙烯

10、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、抗植物根莖穿透性、抗水浸透性等來提高其整體性能，使得三層PE防腐涂層的整體性能表現(xiàn)更為突出，更為全面，適用于對(duì)覆蓋層機(jī)械性能、耐土壤應(yīng)力及阻水性能要求較高的苛刻環(huán)境，如碎石土壤、石方段、土壤含水量高、植物根系發(fā)達(dá)地區(qū)。,,（3）涂敷在防腐層涂敷前，先清除鋼管表面的油脂和污垢等附著物，并對(duì)鋼管預(yù)熱后進(jìn)行表面預(yù)處理，鋼管預(yù)熱溫度為40～60℃。表面預(yù)處理質(zhì)量應(yīng)達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》GB

11、/T 8923中規(guī)定的Sa2.5級(jí)的要求，錨紋深度達(dá)到50μm～75μm。鋼管表面的焊渣、毛刺等應(yīng)清除干凈。,應(yīng)用無污染的熱源將鋼管加熱至合適的涂敷溫度，環(huán)氧粉末涂料均勻地涂敷到鋼管表面；膠粘劑的涂敷必須在環(huán)氧粉末膠化過程中進(jìn)行；聚乙烯層的涂敷可采用縱向擠出工藝或側(cè)向纏繞工藝。公稱直徑大于5OOmm的鋼管，宜采用側(cè)向纏繞工藝。采用側(cè)向纏繞工藝時(shí)，應(yīng)確保搭接部分的聚乙烯及焊縫兩側(cè)的聚乙烯完全輥壓密實(shí)，并防止壓傷聚乙烯層表面;采用縱向擠出工

12、藝時(shí)，焊縫兩側(cè)不應(yīng)出現(xiàn)空洞。聚乙烯層涂敷后，確保熔結(jié)環(huán)氧涂層固化完全，然后用水冷卻至鋼管溫度不高于60℃。,,（4）修補(bǔ)在3PE管道上發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，對(duì)小于或等于30mm的損傷，宜采用輻射交聯(lián)聚乙烯補(bǔ)傷片修補(bǔ)。修補(bǔ)時(shí)，先除去損傷部位的污物，并將該處的聚乙烯層打毛。然后將損傷部位的聚乙烯層修切成圓形，邊緣應(yīng)倒成鈍角。在孔內(nèi)填滿與補(bǔ)傷片配套的膠粘劑，然后貼上補(bǔ)傷片，補(bǔ)傷片的大小應(yīng)保證其邊緣距聚乙烯層的孔洞邊緣不小于100mm 。貼補(bǔ)時(shí)，應(yīng)邊加

13、熱邊用輥?zhàn)訚L壓或戴耐熱手套用手?jǐn)D壓，排出空氣，直至補(bǔ)傷片四周膠粘劑均勻溢出。,,對(duì)大于30mm的損傷，先除去損傷部位的污物，將該處的聚乙烯層打毛，并將損傷處的聚乙烯層修切成圓形，邊緣應(yīng)倒成鈍角。在孔洞部位填滿與補(bǔ)傷片配套的膠粘劑，貼上補(bǔ)傷片。最后，在修補(bǔ)處包覆一條熱收縮帶，包覆寬度應(yīng)比補(bǔ)傷片的兩邊至少各大50mm。補(bǔ)傷時(shí)也可以先清理表面，然后用雙組分液態(tài)環(huán)氧涂料防腐，干膜厚度與主體管道相同，然后貼上補(bǔ)傷片或再加熱收縮帶。,二、管道防腐

14、層的維護(hù),1、防腐層失效的原因（1）防腐層類型選擇不當(dāng)（2）防腐補(bǔ)口的質(zhì)量不好（3）外力破壞造成防腐層損傷（4）防腐層自然老化（5）陰極保護(hù)的參數(shù)不適當(dāng)（6）管理不善,2、防腐層的維護(hù)管道的腐蝕幾乎都發(fā)生在防腐層嚴(yán)重缺陷或破損的地方，由于管道埋在地下，不便于直接觀測(cè)和檢查，加上土壤環(huán)境條件復(fù)雜多變，給防腐層的管理維護(hù)帶來困難。防腐層的維護(hù)主要采取以下措施：（1）經(jīng)常監(jiān)測(cè)防腐層狀況。通常采用定期進(jìn)行防腐層缺陷檢漏、防腐層絕

15、緣電阻測(cè)量等方法，分析陰極保護(hù)參數(shù)的變化情況及原因，判定防腐層質(zhì)量及損傷程度。,,（2）防腐層分級(jí)管理。對(duì)不同管段、不同狀況的防腐層，按其技術(shù)狀況分級(jí)，分別采用不同的維修對(duì)策。目前對(duì)防腐層是根據(jù)其絕緣電阻值從大到小分為五個(gè)級(jí)別：優(yōu)、良、中、差、劣。最差的一級(jí)需要及時(shí)維修更換原有的防腐層。（3）制定實(shí)施維修計(jì)劃。對(duì)檢測(cè)確定的不同級(jí)別的防腐層，分別采取定期檢測(cè)、修補(bǔ)或更換的措施。,,3、防腐層檢測(cè)防腐層檢測(cè)分地面檢測(cè)和地下檢測(cè)，地面檢測(cè)

16、有外觀、厚度、粘結(jié)力及電火花檢漏等。為了能達(dá)到預(yù)期的防腐效果, 防腐管道在埋地前必須保證其防腐層質(zhì)量完好, 這就需要對(duì)防腐層質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè), 檢測(cè)防腐層涂敷是否均勻，厚度是否達(dá)到要求。還要檢測(cè)涂層在工廠制作或運(yùn)輸中是否造成針孔缺陷、裂紋等。管道焊接后的防腐處理是否符合質(zhì)量要求。,,防腐層地下檢測(cè) 管道在埋地后仍應(yīng)定期或不定期進(jìn)行防腐層檢測(cè), 檢測(cè)其在埋地后的防腐層質(zhì)量變化情況: 有否破損? 破損點(diǎn)位置、大小；防腐層絕緣電阻變化速率等,

17、 對(duì)埋地管道防腐層狀況作出確切的評(píng)估，并提出處理建議。,4、音頻信號(hào)檢漏法,音頻信號(hào)檢漏法也稱“人體電容法”，就是用人體作檢漏儀的感應(yīng)元件, 通過相應(yīng)的儀器（如：SL－6地面檢測(cè)儀）進(jìn)行埋地管道防腐層破損檢測(cè)。它是目前國內(nèi)輸油、輸氣管道維護(hù)和檢測(cè)的通用方法，用這種方法檢測(cè)防腐層破損點(diǎn)靈活方便。,,①、基本原理及方法當(dāng)發(fā)射機(jī)向被檢測(cè)的管道上施加交流信號(hào)時(shí), 若該管道防腐層有破損, 管道金屬部分與大地短路，在防腐層破損點(diǎn)處便會(huì)有泄漏電流流

18、入土壤中，這樣在管道防腐層破損漏點(diǎn)和土壤之間就會(huì)形成電壓差，且在接近破損點(diǎn)的部位電壓差最大，用儀器在埋設(shè)管道的地面上方即可檢測(cè)到這種電位異常，據(jù)此即可發(fā)現(xiàn)管道防腐層破損點(diǎn)。,作“人體電容法”時(shí)兩位檢漏員分別與檢測(cè)儀的檢測(cè)線芯線兩端相連，兩人保持5-6m的距離，沿管線以步行速度前進(jìn)，當(dāng)走到漏點(diǎn)附近時(shí), 儀器顯示器信號(hào)發(fā)生變化，漏點(diǎn)中心信號(hào)最強(qiáng)，數(shù)值最大，據(jù)此即可找到漏蝕點(diǎn)(見圖3-3)。據(jù)此信號(hào)強(qiáng)度變化, 來判斷防腐層有無破損, 并可根據(jù)

19、信號(hào)異常分布特征來確定漏點(diǎn)位置, 推測(cè)漏點(diǎn)大小。該儀器探管、檢漏同步進(jìn)行，方便快捷,成功率高。,,,人體電容法(縱向)檢漏示意圖,,②適用性音頻信號(hào)檢漏法適用于一般地段的埋地管道防腐層檢漏，不適用于露空管道、覆蓋層導(dǎo)電性很差的管道、水下管道、套管內(nèi)的管道的防腐層地面檢漏；水田或沼澤地、高壓交流電力線附近的埋地管道，使用本法進(jìn)行防腐層檢漏比較困難。,,第三節(jié)　管道陰極保護(hù)基本知識(shí) 一、陰極保護(hù)的原理二、陰極保護(hù)的基本參數(shù)三、犧牲陽

20、極陰極保護(hù)四、外加電流陰極保護(hù)五、陰極保護(hù)投入運(yùn)行的調(diào)試,一、陰極保護(hù)的原理,每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位, 稱之為該金屬的腐蝕電位（自然電位），腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對(duì)難易。腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子, 我們稱失去電子的部位為陽極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽極區(qū)由于失去電子（如鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入土壤）受到腐蝕，而陰極區(qū)得到電子受到保護(hù)。,,陰極保護(hù)的原理：是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處

21、于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即犧牲陽極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。,1、犧牲陽極法將被保護(hù)金屬和一種電位更負(fù)的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護(hù)體陰極極化以降低腐蝕速率的方法。在被保護(hù)金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電位值，在保護(hù)電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)。,,犧牲

22、陽極材料有高純鎂，其電位為-1.75V；高鈍鋅，其電位為-1.1V；工業(yè)純鋁，其電位為-0.8V（相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極）。,,2、強(qiáng)制電流法（外加電流法）將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，輔助陽極接到電源正極，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：恒電位、恒電流等。如圖,,外部電源通過埋地的輔助陽極將保護(hù)電流引入地下，通過土壤提供給被保護(hù)金屬，被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會(huì)再發(fā)生金屬離子化的

23、氧化反應(yīng)，使腐蝕受到抑制。而輔助陽極表面則發(fā)生丟電子氧化反應(yīng)，因此，輔助陽極本身存在消耗。陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過一個(gè)陰極保護(hù)電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護(hù)的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護(hù)電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護(hù)電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負(fù)的金屬或合金，另一種則利用直流電源。,,強(qiáng)制電流陰極保護(hù)驅(qū)動(dòng)電壓高，輸出電流大，有效保護(hù)范圍廣，適用于被保護(hù)

24、面積大的長距離、大口徑管道。犧牲陽極陰極保護(hù)不需外部電源，維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)，簡單，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。,二、陰極保護(hù)的基本參數(shù),1、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。新建瀝青管道最小保護(hù)電流密度為30—50μA/m2，環(huán)氧粉末的管道一般為10--30μA/m2，新建儲(chǔ)罐罐底板最小保護(hù)電流密度為1--5mA/m2表示，老罐為5—10mA

25、/m2。,,2、最小保護(hù)電位為使腐蝕過程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的絕對(duì)值最小的負(fù)電位值，稱之為最小保護(hù)電位。最小保護(hù)電位也與金屬的種類、腐蝕介質(zhì)的組成、溫度、濃度等有關(guān)。最小保護(hù)電位值常常是用來判斷陰極保護(hù)是否充分的基準(zhǔn)。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護(hù)的重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定在土壤中的最小保護(hù)電位為－0.85V（相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）。,,3、最大保護(hù)電位在陰極保護(hù)中，所允許施加的陰極極化的絕對(duì)值最大的負(fù)電位值，在此電位下管道

26、的防腐層不受到破壞。此電位值就是最大保護(hù)電位。陰極保護(hù)電位越大，防腐程度越高，單站保護(hù)距離也越長，但是過大的電位將使被保護(hù)管道的防腐絕緣層與管道金屬表面的粘接力受到破壞，產(chǎn)生陰極剝離，嚴(yán)重時(shí)可以出現(xiàn)金屬“氫破裂”。同時(shí)太大的電位將消耗過多的保護(hù)電流，形成能量浪費(fèi)。,三、犧牲陽極陰極保護(hù),（一）常見的犧牲陽極材料1.鎂合金陽極根據(jù)形狀以及電極電位的不同，鎂合金陽極可用于電阻率在 20歐姆.米到 100歐姆.米的土壤或淡水環(huán)境。高電位

27、鎂合金陽極的電位為-1.75V (CSE)；低電位鎂陽極的電位為-1.55V(CSE)。,,2.鋅合金陽極鋅合金陽極多用于土壤電阻率小于15 歐姆.米的土壤環(huán)境或海水環(huán)境。電極電位為-1.1V(CSE)。溫度高于40?C時(shí)，鋅陽極的驅(qū)動(dòng)電位下降，并發(fā)生晶間腐蝕。高于60?C時(shí)，它與鋼鐵的極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)，變成陰極受到保護(hù)，而鋼鐵變成陽極受到腐蝕。所以，鋅陽極僅能用于溫度低于40?C的環(huán)境。,,3.回填料 當(dāng)使用填料時(shí)，陽極的電流輸出效率

28、提高。如果將陽極直接埋入土攘，由于土壤的成分不均勻，會(huì)造成陽極自身腐蝕，從而降低陽極效率。采用填料，一是保持水分，降低陽極的接地電阻，二是使陽極表面均勻腐蝕，提高陽極利用效率。,犧牲陽極填包料的配方,（二）犧牲陽極的埋設(shè)方式,1、犧牲陽極埋設(shè)有立式和臥式兩，埋設(shè)位置分軸向和徑向。2、犧牲陽極在管道的分布宜采用單支或集中成組兩種方式。3、陽極與管道的距離，一般情況下陽極埋設(shè)位置應(yīng)距管道3～5ｍ，最小不宜小于0.3ｍ，成組埋設(shè)時(shí)，陽極間

29、距以2～3ｍ為宜。,,在管道一側(cè),,,在管道兩側(cè),,四、外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的主要設(shè)施,外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由四部分組成：　直流電源、輔助陽極、被保護(hù)管道、附屬設(shè)施,,1、電源設(shè)備（恒電位儀）強(qiáng)制電流系統(tǒng)要求電源設(shè)備能夠不斷地向被保護(hù)金屬構(gòu)筑物提供陰極保護(hù)電流，要求電源設(shè)備安全可靠；電源電壓連續(xù)可調(diào)；能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐墓ぷ鳝h(huán)境（溫度、濕度、日照、風(fēng)沙）；功率與被保護(hù)構(gòu)筑物相匹配；操作維護(hù)簡單。目前常用的陰極保護(hù)電源設(shè)備有太陽能電

30、池、整流器、恒電位儀，國內(nèi)多用恒電位儀，都能國產(chǎn)化，恒電位儀不僅能夠恒電位輸出，還能恒電流輸出。用戶可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。,2、陽極地床輔助陽極是外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中，將保護(hù)電流從電源引入土壤中的導(dǎo)電體。通過輔助陽極把保護(hù)電流送入土壤，經(jīng)土壤流入被保護(hù)的管道，使管道表面進(jìn)行陰極極化 (防止電化學(xué)腐蝕)，電流再由管道流入電源負(fù)極形成一個(gè)回路，這一回路形成了一個(gè)電解池，管道在回路中為負(fù)極處于還原環(huán)境中，防止腐蝕，而輔助陽極進(jìn)行氧化反應(yīng)遭受腐

31、蝕。常用的陽極材料有：高硅鑄鐵、石墨、鋼鐵、柔性陽極。,陽極地床的設(shè)計(jì)遵循以下幾方面要求：（1）陽極種類的選擇①在一般土壤中可采用高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極；②在鹽漬土、海濱土或酸性和含硫酸根離子較高的環(huán)境中，宜采用含鉻高硅鑄鐵陽極。③高電阻率的地方宜使用鋼鐵陽極。④覆蓋層質(zhì)量較差的管道及位于復(fù)雜管網(wǎng)或多地下金屬構(gòu)筑物區(qū)域內(nèi)的管道可采用柔性陽極，但不宜在含油污水和鹽水中使用。,（2）輔助陽極埋設(shè)位置的選擇輔助陽極與管道

32、距離愈遠(yuǎn)電流分布愈均勻，但過遠(yuǎn)會(huì)增加引線上的電壓降和投資，因此輔助陽極的距離和埋設(shè)方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選定。選擇陽極安裝位置的原則是:①地下水位較高或潮濕低洼處；②土層厚,無塊石,便于施工；③土壤電阻率一般應(yīng)小于50歐姆米，特殊地區(qū)也應(yīng)小于100Ω.m；④對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物干擾小，陽極地床與被保護(hù)管道之間不得有其它金屬管道；⑤考慮陽極附近地域近期發(fā)展規(guī)劃及管道發(fā)展規(guī)劃以避免建后可能出現(xiàn)的搬遷；⑥陽極位置與管道的垂直距離不宜

33、小于50m。⑦地面金屬構(gòu)筑物較多，用地狹窄時(shí)，可采用深井陽極，以減小對(duì)其它金屬構(gòu)物的干擾又節(jié)約用地。,（3）輔助陽極的結(jié)構(gòu)①淺埋式地床結(jié)構(gòu)將電極埋入距地表1～5米的土層中, 這是管道陰極保護(hù)一般選用的陽極埋設(shè)形式。淺埋式陽極又可分為立式,水平式兩種,對(duì)于鋼鐵陽極可能兩種聯(lián)合稱為聯(lián)合式陽極。a.立式陽極：由一根或多根垂直埋入地中的陽極排列構(gòu)成。電極間用電纜聯(lián)接。其優(yōu)點(diǎn)有:全年接地電阻變化不大;當(dāng)陽極尺寸相同時(shí),立式地床的接地電阻較

34、水平式小。b.水平式陽極：將陽極以水平方向埋入一定深度的地層中,其優(yōu)點(diǎn)有:安裝土石方量較小,易于施工；容易檢查地床各部分的工作情況。c.聯(lián)合式陽極：指采用鋼鐵材料制成地床,它由上端聯(lián)接著水平干線的一排立式陽極所組成.,②深埋式陽極(深井式)當(dāng)陽極地床周圍存在干擾、屏蔽、地床位置受到限制,或者在地下管網(wǎng)密集區(qū)進(jìn)行區(qū)域性陰極保護(hù)時(shí),使用深埋式陽極,可獲得淺埋式陽極所不能得到的保護(hù)效果。深埋式地床根據(jù)埋設(shè)深度不同可分為淺深井(20～40

35、米)、中深井(50～100米)和深井(＞100米)三種。深埋式陽極地床的特點(diǎn)是接地電阻小,對(duì)周圍干擾小,消耗功率低,電流分布比較理想。它的缺點(diǎn)是施工復(fù)雜技術(shù)要求高,單井造價(jià)貴。尤其是深度超過100米的深陽極,施工需要大鉆機(jī)，這就限制了它的應(yīng)用。,淺埋陽極示意圖,,,3、陰極保護(hù)的附屬設(shè)施,①、埋地型參比電極為了對(duì)各種金屬的電極電位進(jìn)行比較，必須有一個(gè)公共的對(duì)比電極，其電極電位具有良好的穩(wěn)定性，構(gòu)造簡單，通常有飽和硫酸銅參比電極、鋅電

36、極等。其作用是與恒電位儀組成信號(hào)源。參比電極埋設(shè)的位置應(yīng)盡量靠近管道，以減少土壤介質(zhì)中的IR降影響。,,埋地型參比電極的類型：ａ、液體硫酸銅參比電極主要用于測(cè)量管地電位，用于埋地使用時(shí)，由于密封處理不好，經(jīng)常會(huì)造成滲漏過度，經(jīng)常添加硫酸銅溶液，且一到冬季又容易凍結(jié)，影響恒電位儀的正常工作，目前已很少埋地使用。,,ｂ、長效埋地型硫酸銅參比電極電極結(jié)構(gòu)：電極由素?zé)沾晒蕖⒐軤罨驈椈蔂钽~電極和硫酸銅晶體所構(gòu)成。使用前應(yīng)在水中浸泡24小

37、時(shí)，形成飽和硫酸銅溶液。電極地床結(jié)構(gòu)：在參比電極周圍填充5～10ｃｍ厚的填包料。填包料的主要成分為石膏粉、硫酸鈉、膨潤土，其體積比為75：5：20,,②、測(cè)試樁為了定期檢測(cè)管道陰極保護(hù)參數(shù)。③、電絕緣裝置作用：安裝絕緣法蘭或絕緣接頭可以將進(jìn)行陰極保護(hù)的管道和不進(jìn)行陰極保護(hù)的管道絕緣。④、檢查片檢查片是為了定量測(cè)量陰極保護(hù)效果，在管道沿線典型地段埋設(shè)與被保護(hù)管道相同的鋼制試片。,,⑤、均壓線為避免干擾腐蝕，用電纜將同溝敷設(shè)、

38、近距離平行或交叉的管道連接起來，以消除管道之間的電位差，此電纜稱為均壓線。⑥、導(dǎo)線陰極保護(hù)系統(tǒng)中導(dǎo)線有：陽極線、陰極線、零位接陰線、參比電極引線、測(cè)試樁引線,4、管道實(shí)施陰極保護(hù)的基本條件,①、管道必須處于有電解質(zhì)的環(huán)境中，以便能建立起連續(xù)的電路。如土壤、海水、河流等介質(zhì)中都可以進(jìn)行陰極保護(hù)。②、管道必須電絕緣。首先，管道必須要采用良好的防腐層盡可能將管道與電解質(zhì)絕緣，否則會(huì)需要較大的保護(hù)電流密度。其次，要將管道與非保護(hù)金屬構(gòu)筑物

39、電絕緣，否則電流將流失到其他金屬構(gòu)筑物上，造成其他金屬構(gòu)筑物的腐蝕以及管道陰極保護(hù)效果的降低。③、管道必須保持縱向電連續(xù)性。,五、陰極保護(hù)投入運(yùn)行的調(diào)試,1、陰極保護(hù)投入前對(duì)被保護(hù)管道的檢查管道對(duì)地絕緣的檢查：從陰極保護(hù)的原理介紹, 已得知沒有絕緣就沒有保護(hù)。為了確保陰極保護(hù)的正常運(yùn)行，在施加陰極保護(hù)電流前，必須確保管道的各項(xiàng)絕緣措施正確無誤。 應(yīng)檢查管道的絕緣接頭的絕緣性能是否正常；管道沿線的閥門應(yīng)與土壤有良好的絕緣；管道與固定墩

40、、跨越塔架、穿越套管處也應(yīng)有正確有效的絕緣處理措施，管道在地下不應(yīng)與其它金屬構(gòu)筑物有"短接"等故障；管道表面防腐層應(yīng)無漏敷點(diǎn)，所有施工時(shí)期引起的缺陷與損傷均應(yīng)在施工驗(yàn)收時(shí)使用埋地檢漏儀檢測(cè)，修補(bǔ)后回填。,2、對(duì)陰極保護(hù)施工質(zhì)量的驗(yàn)收（1）對(duì)陰極保護(hù)間內(nèi)所有電氣設(shè)備的安裝是否符合《電氣設(shè)備安裝規(guī)程》的要求，各種接地設(shè)施是否完成，并符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。（2）對(duì)陰極保護(hù)的站外設(shè)施的選材、施工是否與設(shè)計(jì)一致。對(duì)通電點(diǎn)、測(cè)試

41、樁、陽極地床、陽極引線的施工與連接應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)范要求，尤其是陽極引線接正極，管道匯流點(diǎn)接負(fù)極，嚴(yán)禁電極接反。（3）圖紙、設(shè)計(jì)資料齊全完備。,,3、陰極保護(hù)投入運(yùn)行的調(diào)試（1）組織人員測(cè)定全線管道自然電位、土壤電阻率、陽極地床接地電阻，同時(shí)對(duì)管道環(huán)境有一個(gè)比較詳盡的了解，這些資料均需分別記錄整理，存檔備用。,（2）陰極保護(hù)站投入運(yùn)行 按照恒電位儀的操作程序開啟，給定電位保持在-1.20伏左右，待管道陰極極化一段時(shí)間(4小時(shí)

42、以上)開始記錄直流電源輸出電流、電壓，測(cè)試通電點(diǎn)電位、管道沿線保護(hù)電位、保護(hù)距離等。然后根據(jù)所測(cè)保護(hù)電位，調(diào)整通電點(diǎn)電位至規(guī)定值，繼續(xù)給管道送電使其完全極化 (通常在24小時(shí)以上)。再重復(fù)第一次測(cè)試工作，并做好記錄。若最遠(yuǎn)端保護(hù)電位過低，則需再適當(dāng)調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位。,（3）保護(hù)電位的控制 各站通電點(diǎn)電位的控制數(shù)值, 應(yīng)能保證相鄰兩站間的管段保護(hù)電位達(dá)到-0.85伏以上，同時(shí)各站通電點(diǎn)最負(fù)電位不允許超過規(guī)定數(shù)值。調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位時(shí)