00.詳解管道陰極保護(hù)原理

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

2、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?；瘜W(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

3、，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(yáng)極金屬表面因不斷地失去電子，發(fā)生氧化反應(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(yáng)極遭到了腐蝕；而陰極金屬則相反，它不斷地從陽(yáng)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(yáng)極。 2)陰極和陽(yáng)極之間必須有電位差 3)陰極和陽(yáng)極之間必須有金屬的電流通道。 4)陰極和陽(yáng)極必須浸在同一電解質(zhì)中，該電解質(zhì)中有流

4、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、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

5、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、單層熔結(jié)環(huán)氧粉末 （1）性能 熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐涂層最早于1961年由美國(guó)開發(fā)成功并應(yīng)用于管道防腐工程，之后在許多國(guó)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-30100，成為國(guó)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?。?

6、.30.5），抗尖銳物沖擊力較差，易被沖擊損壞，不適合于石方段，適合于大部分土壤環(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(jiǎn)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40l00m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、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

7、液體環(huán)氧樹脂涂料進(jìn)行局部修補(bǔ)。 4、聚乙烯防腐層、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(jiǎn)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(zhǎng)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)

8、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4060。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/T 8923中規(guī)定的Sa2.5級(jí)的要求，錨紋深度達(dá)到50m75m。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

9、;采用縱向擠出工藝時(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

10、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、管道防腐層的維護(hù) 1、防腐層失效的原因、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)、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)

11、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) 防腐層檢測(cè)分地面檢測(cè)和地下檢測(cè)，

12、地面檢測(cè)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, 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 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,

13、通過相應(yīng)的儀器（如：SL6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(guó)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。 、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

14、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)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 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(yáng)極陰極保護(hù) 四、外加電流陰極保護(hù) 五、陰極保

15、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(yáng)極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽(yáng)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(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。 1、犧牲陽(yáng)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(yáng)極）相連，使被保護(hù)體陰極極化

16、以降低腐蝕速率的方法。 在被保護(hù)金屬與犧牲陽(yáng)極所形成的大地電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽(yáng)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(yáng)極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)。 犧牲陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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)

17、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)生金屬離子化的氧化反應(yīng)，使腐蝕受到抑制。而輔助陽(yáng)極表面則發(fā)生丟電子氧化反應(yīng)，因此，輔助陽(yáng)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)面積大的長(zhǎng)距離、大口徑管道。 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)不需外部電源，維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)

18、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、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3050A/m2，環(huán)氧粉末的管道一般為10-30A/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510mA/m2。 2、最小保護(hù)電位、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

19、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、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(zhǎng)，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(yáng)極陰極保護(hù) （一）常見的犧牲陽(yáng)極材料（一）常見的犧牲陽(yáng)極材料 1.鎂合金陽(yáng)極 根據(jù)形狀以及電極電位的不同，鎂合金陽(yáng)

20、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。高電位鎂合金陽(yáng)極的電位為-1.75V (CSE)；低電位鎂陽(yáng)極的電位為-1.55V(CSE)。 2.鋅合金陽(yáng)極 鋅合金陽(yáng)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40C時(shí)，鋅陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電位下降，并發(fā)生晶間腐蝕。高于60C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(yáng)極受到腐蝕。所以，鋅陽(yáng)極僅能用于溫度低于40C的環(huán)境。 3.回填料 當(dāng)使用填料時(shí)，陽(yáng)極的電流輸出效率提高。如果將陽(yáng)極直接埋入土攘，由于土壤的成分不均勻，會(huì)造成陽(yáng)極自身腐蝕，從而降低陽(yáng)極效率。采用填料，

21、一是保持水分，降低陽(yáng)極的接地電阻，二是使陽(yáng)極表面均勻腐蝕，提高陽(yáng)極利用效率。 犧牲陽(yáng)極填包料的配方陽(yáng)極類型填包料配方(%) 適用條件 石膏粉(CaSO4.2H2O) 工業(yè)硫酸 鈉 工業(yè)硫酸 鎂 膨潤(rùn)土 鎂陽(yáng)極5025751515 -515- -25-2035 5050205050 20.m20.m20.m20.m20.m 鋅陽(yáng)極 5075 55 - 4520 - （二）犧牲陽(yáng)極的埋設(shè)方式（二）犧牲陽(yáng)極的埋設(shè)方式 1、犧牲陽(yáng)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(yáng)極在管道的分布宜采用單支或集中成組兩種方式。 3、陽(yáng)極與管道的距離，一般情況下陽(yáng)極埋設(shè)位置應(yīng)距管道35，最小不宜小于0

22、.3，成組埋設(shè)時(shí)，陽(yáng)極間距以23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(yáng)極、被保護(hù)管道、附屬設(shè)施 1、電源設(shè)備（恒電位儀）、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(jiǎn)單。 目前常用的陰極保護(hù)電源設(shè)備有太陽(yáng)能電池、整流器、恒電位儀，國(guó)內(nèi)多用恒電位儀，都能國(guó)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(yáng)極地床、陽(yáng)極

23、地床 輔助陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng)遭受腐蝕。常用的陽(yáng)極材料有：高硅鑄鐵、石墨、鋼鐵、柔性陽(yáng)極。 陽(yáng)極地床的設(shè)計(jì)遵循以下幾方面要求： （1）陽(yáng)極種類的選擇 在一般土壤中可采用高硅鑄鐵陽(yáng)極、石墨陽(yáng)極、鋼鐵陽(yáng)極； 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(yáng)極。 高電阻率的地方宜使用鋼鐵陽(yáng)極。 覆蓋層質(zhì)量較

24、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(yáng)極，但不宜在含油污水和鹽水中使用。 （2）輔助陽(yáng)極埋設(shè)位置的選擇 輔助陽(yáng)極與管道距離愈遠(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(yáng)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(yáng)極安裝位置的原則是: 地下水位較高或潮濕低洼處； 土層厚,無塊石,便于施工； 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100.m； 對(duì)鄰近的地下金屬構(gòu)筑物干擾小，陽(yáng)極地床與被保護(hù)管道之間不得有其它金屬管道； 考慮陽(yáng)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； 陽(yáng)極位置與管道的垂直距離不宜小于50m。 地面金屬構(gòu)筑物較

25、多，用地狹窄時(shí)，可采用深井陽(yáng)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(yáng)極的結(jié)構(gòu) 淺埋式地床結(jié)構(gòu) 將電極埋入距地表15米的土層中, 這是管道陰極保護(hù)一般選用的陽(yáng)極埋設(shè)形式。淺埋式陽(yáng)極又可分為立式,水平式兩種,對(duì)于鋼鐵陽(yáng)極可能兩種聯(lián)合稱為聯(lián)合式陽(yáng)極。 a.立式陽(yáng)極：由一根或多根垂直埋入地中的陽(yáng)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(yáng)極尺寸相同時(shí),立式地床的接地電阻較水平式小。 b.水平式陽(yáng)極：將陽(yáng)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(yáng)極：指采用鋼鐵材料制成地床,它由上端聯(lián)接著水平干

26、線的一排立式陽(yáng)極所組成. 深埋式陽(yáng)極(深井式) 當(dāng)陽(yáng)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(yáng)極,可獲得淺埋式陽(yáng)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(2040米)、中深井(50100米)和深井(100米)三種。 深埋式陽(yáng)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(yáng)極,施工需要大鉆機(jī)，這就限制了它的應(yīng)用。 淺埋陽(yáng)極示意圖 3、陰極保護(hù)的附屬設(shè)施 、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

27、，其電極電位具有良好的穩(wěn)定性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，通常有飽和硫酸銅參比電極、鋅電極等。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： 、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。 、長(zhǎng)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510厚的填包料。填包料的主要成分為石膏

28、粉、硫酸鈉、膨潤(rùn)土，其體積比為75：5：20 、測(cè)試樁 為了定期檢測(cè)管道陰極保護(hù)參數(shù)。 、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。 、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。 、均壓線 為避免干擾腐蝕，用電纜將同溝敷設(shè)、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。 、導(dǎo)線 陰極保護(hù)系統(tǒng)中導(dǎo)線有：陽(yáng)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 、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)。 、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)筑物電絕緣，否則電流將流失到其他金屬構(gòu)筑物上，造成其他