埋地管道的陰極保護

1、jpumetcj p uysjjpumetcj p uysj第三章第三章 埋地管道的陰極保護埋地管道的陰極保護n主講：黃維秋主講：黃維秋n單位：江蘇工業(yè)學院單位：江蘇工業(yè)學院 油氣儲運工程教研室油氣儲運工程教研室n 腐蝕控制方法腐蝕控制方法u 油氣管道腐蝕控制的基本方法油氣管道腐蝕控制的基本方法防腐層、油漆防腐層、油漆搪瓷、復塑鋼管、搪瓷、復塑鋼管、F4襯里襯里陰極保護陰極保護陽極保護陽極保護強制外加電流陰極保護強制外加電流陰極保護犧牲陽極陰極保護（鍍鋅管）犧牲陽極陰極保護（鍍鋅管）內(nèi)內(nèi)外外涂層涂層襯里襯里電法保護電法保護緩蝕劑緩蝕劑 防止金屬腐蝕的方法有多種，陰極保護是其中之一。由防止金屬腐

2、蝕的方法有多種，陰極保護是其中之一。由于金屬在自然環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的腐蝕破壞大部分為電于金屬在自然環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的腐蝕破壞大部分為電化學腐蝕造成，因此，陰極保護在腐蝕控制工程中占有重要化學腐蝕造成，因此，陰極保護在腐蝕控制工程中占有重要地位。對金屬表面施加防腐絕緣層地位。對金屬表面施加防腐絕緣層( (又稱覆蓋層又稱覆蓋層) )，是一種物，是一種物理防護方法。它通過金屬表面的絕緣處理，使金屬與腐蝕介理防護方法。它通過金屬表面的絕緣處理，使金屬與腐蝕介質(zhì)隔離開。這種防腐方法是有效的，但在實際工程中不可能質(zhì)隔離開。這種防腐方法是有效的，但在實際工程中不可能做到絕對可靠。這是因為任何一種絕緣

3、的涂層材料都不時能做到絕對可靠。這是因為任何一種絕緣的涂層材料都不時能完全不透小分子，如水、氧氣等；同時，鋼與防腐絕緣層界完全不透小分子，如水、氧氣等；同時，鋼與防腐絕緣層界面之間的物質(zhì)傳遞也是不可避免的。再者，金屬表面的防腐面之間的物質(zhì)傳遞也是不可避免的。再者，金屬表面的防腐絕緣層在施工生產(chǎn)中和在運輸貯存中不可能不產(chǎn)生缺陷。但絕緣層在施工生產(chǎn)中和在運輸貯存中不可能不產(chǎn)生缺陷。但是，陰極保護法則可以彌補防腐層的缺陷，對腐蝕反應進行是，陰極保護法則可以彌補防腐層的缺陷，對腐蝕反應進行積極的干預，從而更徹底的抑制腐蝕反應的發(fā)生。積極的干預，從而更徹底的抑制腐蝕反應的發(fā)生。 金屬在電解質(zhì)溶液中，由于

4、金屬本身存在電化學不均勻性金屬在電解質(zhì)溶液中，由于金屬本身存在電化學不均勻性或外界環(huán)境的不均勻性，都會形成腐蝕原電池。在原電池的陽或外界環(huán)境的不均勻性，都會形成腐蝕原電池。在原電池的陽極區(qū)發(fā)生腐蝕，不斷輸出電子，同時金屬離子溶入電解液中。極區(qū)發(fā)生腐蝕，不斷輸出電子，同時金屬離子溶入電解液中。陰極區(qū)發(fā)生陰極反應，視電解液和環(huán)境條件的不同，在陰極表陰極區(qū)發(fā)生陰極反應，視電解液和環(huán)境條件的不同，在陰極表面上析出氫氣或接受正離子的沉積。如果給金屬通以陰極電流，面上析出氫氣或接受正離子的沉積。如果給金屬通以陰極電流，整個腐蝕原電池體系的電位將向負的方向偏移，使金屬陰極極整個腐蝕原電池體系的電位將向負的方

5、向偏移，使金屬陰極極化，這就可以抑制陽極區(qū)金屬的電子釋放，從根本上防止金屬化，這就可以抑制陽極區(qū)金屬的電子釋放，從根本上防止金屬腐蝕。腐蝕。 管道陰極保護就是利用外加的犧牲陽極或外加電流，消除管道陰極保護就是利用外加的犧牲陽極或外加電流，消除管道在土壤中腐蝕原電池的陽極區(qū)，使管道成為其中陰極區(qū)，管道在土壤中腐蝕原電池的陽極區(qū)，使管道成為其中陰極區(qū)，從而受到保護。陰極保護分為犧牲陽極法與強制電流法兩種。從而受到保護。陰極保護分為犧牲陽極法與強制電流法兩種。 n 外加電流法：將被保護的管道與直流電源的負極相連，把外加電流法：將被保護的管道與直流電源的負極相連，把輔助陽極與電源正極相連，使管道成為陰

6、極，如圖輔助陽極與電源正極相連，使管道成為陰極，如圖a a。n 犧牲陽極法：在待保護的管道上連接一種電位更負的金屬犧牲陽極法：在待保護的管道上連接一種電位更負的金屬或合金，形成一個新的腐蝕原電池。接上的金屬成為犧牲或合金，形成一個新的腐蝕原電池。接上的金屬成為犧牲陽極，整個管道成為陰極受到保護，如圖陽極，整個管道成為陰極受到保護，如圖b b。l 天然氣管道一般不采取專天然氣管道一般不采取專門陰極保護內(nèi)腐蝕，但化工門陰極保護內(nèi)腐蝕，但化工行業(yè)常采用行業(yè)常采用 為了使金屬構(gòu)筑物得到完全保護，即沒有腐蝕電流從其上為了使金屬構(gòu)筑物得到完全保護，即沒有腐蝕電流從其上流出，就需進一步將陰極極化到使總電位降

7、至等于陽極的初始流出，就需進一步將陰極極化到使總電位降至等于陽極的初始電位電位E EA AO O，此時外加的保護電流值為，此時外加的保護電流值為I IP P。此時的極化作用已使原。此時的極化作用已使原來腐蝕電池的微電池作用來腐蝕電池的微電池作用?？傊?，極化消除了被?？傊瑯O化消除了被保護金屬體表面的電化學不均勻性，抑制了微電池作用；又陰保護金屬體表面的電化學不均勻性，抑制了微電池作用；又陰極極化構(gòu)成了新的大地電池即保護電路，使被保護金屬體成為極極化構(gòu)成了新的大地電池即保護電路，使被保護金屬體成為新的大地電池的陰極，從而在其表面只發(fā)生得電子的還原反應，新的大地電池的陰極，從而在其表面只發(fā)生得電子

8、的還原反應，金屬不再發(fā)生氧化丟電子的反應，腐蝕也不再發(fā)生。這是陰極金屬不再發(fā)生氧化丟電子的反應，腐蝕也不再發(fā)生。這是陰極保護使金屬受到防護的原理。從圖上可以看出，要達到完全保保護使金屬受到防護的原理。從圖上可以看出，要達到完全保護，外加的保護電流要比原來的腐蝕電流大得多。這就是陰極護，外加的保護電流要比原來的腐蝕電流大得多。這就是陰極保護的原理。顯然，保護電流保護的原理。顯然，保護電流I IP P與最大腐蝕電流與最大腐蝕電流IC的差值決定的差值決定于腐蝕電池的控制因素。受陰極極化控制時，二者的差值要比于腐蝕電池的控制因素。受陰極極化控制時，二者的差值要比受陽極極化時小得多。因此，采用陰極保護的

9、經(jīng)濟效果較好。受陽極極化時小得多。因此，采用陰極保護的經(jīng)濟效果較好。 本章主要介紹埋地管道的陰極保護。本章主要介紹埋地管道的陰極保護。 實現(xiàn)陰極保護的方法通常有犧牲陽極法和強制電流法。由實現(xiàn)陰極保護的方法通常有犧牲陽極法和強制電流法。由于雜散電流排除過程中，在管道上保留有一定的負電位，使管于雜散電流排除過程中，在管道上保留有一定的負電位，使管道得到了陰極保護，道得到了陰極保護，所以排流保護也是一種限定條件下的陰極所以排流保護也是一種限定條件下的陰極保護方法。保護方法。u 犧牲陽極法犧牲陽極法 在腐蝕電池中，陽極腐蝕，陰極不腐蝕。根據(jù)這一原理，把在腐蝕電池中，陽極腐蝕，陰極不腐蝕。根據(jù)這一原理，

10、把某種電極電位比較負的金屬材料與電極電位比較正的被保護金某種電極電位比較負的金屬材料與電極電位比較正的被保護金屬構(gòu)筑物相連接，使被保護金屬構(gòu)筑物成為腐蝕電池中陰極而屬構(gòu)筑物相連接，使被保護金屬構(gòu)筑物成為腐蝕電池中陰極而實現(xiàn)保護的方法稱為犧牲陽極陰極保護。實現(xiàn)保護的方法稱為犧牲陽極陰極保護。 為了達到有效保護，犧牲陽極不僅在為了達到有效保護，犧牲陽極不僅在（犧牲陽極（犧牲陽極與被保護金屬之間的電路未接通）有足夠負的開路電位（即自與被保護金屬之間的電路未接通）有足夠負的開路電位（即自然腐蝕電位），而且在閉路狀態(tài)（電路接通后）有足夠的然腐蝕電位），而且在閉路狀態(tài)（電路接通后）有足夠的（即工作電位）。

11、這樣，在工作時可保持足夠的（即工作電位）。這樣，在工作時可保持足夠的。驅(qū)動電壓指犧牲陽極的閉路電位與金屬構(gòu)筑物陰極極化后的電驅(qū)動電壓指犧牲陽極的閉路電位與金屬構(gòu)筑物陰極極化后的電位兩者之差，亦稱為位兩者之差，亦稱為。 作為犧牲陽極材料，必須具有下列條件：作為犧牲陽極材料，必須具有下列條件： (1) (1) 電位：要有足夠負電位，在長期放電過程中很少極化。電位：要有足夠負電位，在長期放電過程中很少極化。 (2) (2) 腐蝕產(chǎn)物：腐蝕產(chǎn)物應不粘附于陽極表面，疏松易脫落、腐蝕產(chǎn)物：腐蝕產(chǎn)物應不粘附于陽極表面，疏松易脫落、不可形成高電阻的硬殼且無污染。不可形成高電阻的硬殼且無污染。 (3) (3)

12、電化當量：電化當量高，即單位重量的電容量大，且輸電化當量：電化當量高，即單位重量的電容量大，且輸出電流均勻。（電容量單位：小時出電流均勻。（電容量單位：小時. .安培安培/ /磅，例如：純鋅電容磅，例如：純鋅電容量為量為372372小時小時. .安培安培/ /磅，其物理意義為：犧牲一磅純鋅則可在磅，其物理意義為：犧牲一磅純鋅則可在372372小時內(nèi)連續(xù)向管道輸送小時內(nèi)連續(xù)向管道輸送1 1安培的電流）。安培的電流）。(4) (4) 電流效率：自腐蝕小，電流效率高。即實際電容量和電流效率：自腐蝕小，電流效率高。即實際電容量和理論電容量之比的百分數(shù)要大。理論電容量之比的百分數(shù)要大。(5)(5)機械性

13、能：有較好的機械性能，價格便宜、來源方便、機械性能：有較好的機械性能，價格便宜、來源方便、加工容易。加工容易。l工業(yè)生產(chǎn)的金屬，由于含有雜質(zhì)元素而不具備理想的電化工業(yè)生產(chǎn)的金屬，由于含有雜質(zhì)元素而不具備理想的電化學性能，從而才發(fā)展了專用的陽極材料。常用的犧牲陽極材料學性能，從而才發(fā)展了專用的陽極材料。常用的犧牲陽極材料有鎂合金及高純鎂、高純鋅及鋅合金、鋁合金。高純鎂對鋼的有鎂合金及高純鎂、高純鋅及鋅合金、鋁合金。高純鎂對鋼的電位差可達電位差可達850mv850mv，用鈍鎂作犧牲陽極的實驗表明，其效率低、，用鈍鎂作犧牲陽極的實驗表明，其效率低、消耗快，成本又高，現(xiàn)已逐漸淘汰。世界各國都采用合金化

14、來消耗快，成本又高，現(xiàn)已逐漸淘汰。世界各國都采用合金化來提高犧牲陽極的性能，克服純金屬本身固有的電化學缺陷。因提高犧牲陽極的性能，克服純金屬本身固有的電化學缺陷。因此，常用的犧性陽極材料大部分為合金類，即鎂合金，鋅合金此，常用的犧性陽極材料大部分為合金類，即鎂合金，鋅合金和鋁合金陽極。和鋁合金陽極。u 強制電流法強制電流法 根據(jù)陰極保護原理，用外部直流電源作陰極保護的極化電根據(jù)陰極保護原理，用外部直流電源作陰極保護的極化電源，將電源負極接管道（被保護構(gòu)筑物），將電源正極接至輔源，將電源負極接管道（被保護構(gòu)筑物），將電源正極接至輔助陽極，在電流作用下，管道發(fā)生陰極極化，實現(xiàn)陰極保護。助陽極，在電

15、流作用下，管道發(fā)生陰極極化，實現(xiàn)陰極保護。 外加電流在管道和輔助陽極間所建立的電位差，顯然可比外加電流在管道和輔助陽極間所建立的電位差，顯然可比犧牲陽極與管道間的電位差大的多，因此，它的優(yōu)點是可供給犧牲陽極與管道間的電位差大的多，因此，它的優(yōu)點是可供給較大的保護電流，保護距離長；便于調(diào)節(jié)電流和電壓，適用范較大的保護電流，保護距離長；便于調(diào)節(jié)電流和電壓，適用范圍廣；輔助陽極的材料只要求有良好的導電性和抗腐蝕性，不圍廣；輔助陽極的材料只要求有良好的導電性和抗腐蝕性，不消耗有色金屬。其缺點是需要外電源和經(jīng)常的維護管理，對鄰消耗有色金屬。其缺點是需要外電源和經(jīng)常的維護管理，對鄰近的金屬結(jié)構(gòu)有干擾。強制

16、電流法是目前長距離管道最主要的近的金屬結(jié)構(gòu)有干擾。強制電流法是目前長距離管道最主要的保護方法。保護方法。 強制電流法的電源常用的有整流器，還有太陽能電池、熱強制電流法的電源常用的有整流器，還有太陽能電池、熱電發(fā)生器、風力發(fā)電機等。輔助陽極的常用材料有高硅鑄鐵、電發(fā)生器、風力發(fā)電機等。輔助陽極的常用材料有高硅鑄鐵、石墨，磁性氧化鐵及廢鋼鐵等。石墨，磁性氧化鐵及廢鋼鐵等。 由于雜散電流排除過程中，在管道上保留有一定的負電位，由于雜散電流排除過程中，在管道上保留有一定的負電位，使管道得到了陰極保護，使管道得到了陰極保護， 當有雜散電流存在時，通過排流可以實現(xiàn)對管道的陰極極當有雜散電流存在時，通過排流

17、可以實現(xiàn)對管道的陰極極化，這時雜散電流就成了陰極保護的電流源。但排流保護是受化，這時雜散電流就成了陰極保護的電流源。但排流保護是受到雜散電流所限制的。通常的排流方式有直接排流、極性排流、到雜散電流所限制的。通常的排流方式有直接排流、極性排流、強制排流三種形式。各種形式都有一定的局限性，在第四章里強制排流三種形式。各種形式都有一定的局限性，在第四章里將作詳細的討論。將作詳細的討論。u選取陰極保護方式時需考慮的因素選取陰極保護方式時需考慮的因素 (1)(1)保護范圍大?。捍笳邚娭齐娏鲀?yōu)越，小者犧牲陽極經(jīng)濟；保護范圍大?。捍笳邚娭齐娏鲀?yōu)越，小者犧牲陽極經(jīng)濟；(2)(2)土壤電阻率限制：電阻率太高不宜

18、采用犧牲陽極；土壤電阻率限制：電阻率太高不宜采用犧牲陽極；(3)(3)周圍金屬構(gòu)筑物：有時因干擾而限制強制電流的應用；周圍金屬構(gòu)筑物：有時因干擾而限制強制電流的應用；(4)(4)覆蓋層質(zhì)量：覆蓋層太差或裸露的金屬表面，因其所需保覆蓋層質(zhì)量：覆蓋層太差或裸露的金屬表面，因其所需保護電流太大而使犧牲陽極不適用；護電流太大而使犧牲陽極不適用；(5)(5)可利用的電源因素；可利用的電源因素；(6)(6)經(jīng)濟性。經(jīng)濟性。 表表3-13-1是陰極保護與排流保護的比較。是陰極保護與排流保護的比較。在圖在圖3-13-1中，可以看到與陰極保護相關的幾個參數(shù)：自然中，可以看到與陰極保護相關的幾個參數(shù)：自然腐蝕電位

19、、保護電位、保護電流（可以換算成電流密度）。正腐蝕電位、保護電位、保護電流（可以換算成電流密度）。正確選擇和控制這些參數(shù)是決定保護效果的關鍵。為了直觀、定確選擇和控制這些參數(shù)是決定保護效果的關鍵。為了直觀、定量地比較陰極保護的效果，有時還要引用陰極保護保護度參數(shù)。量地比較陰極保護的效果，有時還要引用陰極保護保護度參數(shù)。而在實際保護中人們僅把保護電位作為控制參數(shù)，因為它受自而在實際保護中人們僅把保護電位作為控制參數(shù)，因為它受自然腐蝕電位和保護電流所控制，而且在實踐中容易操作。然腐蝕電位和保護電流所控制，而且在實踐中容易操作。u自然腐蝕電位自然腐蝕電位無論采用犧牲陽極法還是采用強制電流陰極保護，無

20、論采用犧牲陽極法還是采用強制電流陰極保護，被保護被保護構(gòu)筑物的自然腐蝕電位都是一個極為重要的參數(shù)構(gòu)筑物的自然腐蝕電位都是一個極為重要的參數(shù)。它體現(xiàn)了構(gòu)。它體現(xiàn)了構(gòu)筑物本身的活性，決定了陰極保護所需電流的大小，同時又是筑物本身的活性，決定了陰極保護所需電流的大小，同時又是陰極保護準則中重要的參考點陰極保護準則中重要的參考點。u保護電位保護電位按國標按國標GB/T 10123-88GB/T 10123-88的定義，保護電位為的定義，保護電位為“進入保護電位范圍進入保護電位范圍所必須達到的腐蝕電位的臨界值所必須達到的腐蝕電位的臨界值”。保護電位是陰極保護的關鍵參。保護電位是陰極保護的關鍵參數(shù)，它標志

21、了陰極極化的程度，是監(jiān)視和控制陰極保護效果的重要數(shù)，它標志了陰極極化的程度，是監(jiān)視和控制陰極保護效果的重要指標。指標。（1 1）：為使腐蝕過程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所：為使腐蝕過程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達到的電位稱為最小保護電位，也就是腐蝕原電池陽極的起始必須達到的電位稱為最小保護電位，也就是腐蝕原電池陽極的起始電位。最小保護電位常常是腐蝕原電池微陽極的起始電位或與之近電位。最小保護電位常常是腐蝕原電池微陽極的起始電位或與之近似。這是由于只有當陰極保護電源向受到腐蝕的陽極部位提供了足似。這是由于只有當陰極保護電源向受到腐蝕的陽極部位提供了足夠的相反電流即極化電流，使之恰好抵消了腐蝕電流后

22、，腐蝕才能夠的相反電流即極化電流，使之恰好抵消了腐蝕電流后，腐蝕才能停止。此時，陰極區(qū)的電位將被極化到陽極區(qū)的管地電位，金屬表停止。此時，陰極區(qū)的電位將被極化到陽極區(qū)的管地電位，金屬表面電位均一。金屬受到陰極保護。最小保護電位數(shù)值與金屬的種類、面電位均一。金屬受到陰極保護。最小保護電位數(shù)值與金屬的種類、腐蝕介質(zhì)的組成、濃度及溫度等有關。最小保護電位值常常是用來腐蝕介質(zhì)的組成、濃度及溫度等有關。最小保護電位值常常是用來判斷陰極保護是否充分的基淮。因此判斷陰極保護是否充分的基淮。因此是監(jiān)控陰極保護是監(jiān)控陰極保護的重要參數(shù)。的重要參數(shù)。對于不知最小保護電位的情況，也可采用比自然電位負對于不知最小保護

23、電位的情況，也可采用比自然電位負0.2-0.30.2-0.3伏伏( (對鋼鐵對鋼鐵) )和負和負0.150.15伏伏( (對鋁對鋁) )的辦法來確定。對于一的辦法來確定。對于一個具體的工程體系，最好通過試驗來確定最小保護電位值。個具體的工程體系，最好通過試驗來確定最小保護電位值。在工程實踐中測取最小保護電位值時必須注意測量誤差。在工程實踐中測取最小保護電位值時必須注意測量誤差。我國陰極保護的實踐已證明，測量到的電位值有不少已達到或我國陰極保護的實踐已證明，測量到的電位值有不少已達到或超過最小保護電位的金屬管道，仍然發(fā)生了腐蝕穿孔。這是因超過最小保護電位的金屬管道，仍然發(fā)生了腐蝕穿孔。這是因為無

24、法將參比電極放置在金屬管道與土壤接觸的界面上。實際為無法將參比電極放置在金屬管道與土壤接觸的界面上。實際測量時，往往將參比電極放置在管道的正上方地表面，或更遠測量時，往往將參比電極放置在管道的正上方地表面，或更遠的一些點上。測量電路包括了土壤的壓降即國際上常稱之為的的一些點上。測量電路包括了土壤的壓降即國際上常稱之為的“IR”IR”降。在實測到的金屬管道界面與硫酸銅參比電極間的土降。在實測到的金屬管道界面與硫酸銅參比電極間的土壤的電位差，要比金屬管道界面與土壤溶液直接接觸界面的電壤的電位差，要比金屬管道界面與土壤溶液直接接觸界面的電位值負。因此，地面測量達到保護電位的管道，其實際界面上位值負。

25、因此，地面測量達到保護電位的管道，其實際界面上并末達到保護電位值。因此，消除并末達到保護電位值。因此，消除“IR”IR”降的干擾，降低其引降的干擾，降低其引起的誤差是正確評價和監(jiān)控陰極保護的要考慮的因素。起的誤差是正確評價和監(jiān)控陰極保護的要考慮的因素。（2 2）：在陰極保護中，所允許施加的陰極極：在陰極保護中，所允許施加的陰極極化的絕對值最大值，在此電位下管道的防腐層不受到破壞。此化的絕對值最大值，在此電位下管道的防腐層不受到破壞。此電位值就是絕大保護電位。電位值就是絕大保護電位。過。過負的電位會產(chǎn)生不良作用，這就是陰極剝離。陰極剝離是由于負的電位會產(chǎn)生不良作用，這就是陰極剝離。陰極剝離是由于

26、陰極極化電流過大，造成金屬表面電位過負，當此電位值達到陰極極化電流過大，造成金屬表面電位過負，當此電位值達到析氫電位時，陰極表面的會在其表面上得電子，產(chǎn)生氫原子，析氫電位時，陰極表面的會在其表面上得電子，產(chǎn)生氫原子，從而產(chǎn)生析氫反應。例如在碳鋼表面，當陰極極化電位達到從而產(chǎn)生析氫反應。例如在碳鋼表面，當陰極極化電位達到1.20V1.20V時，就會產(chǎn)生析氫時，就會產(chǎn)生析氫, ,當電位達到當電位達到-1.50V-1.50V（CSECSE）時將有大）時將有大量氫析出。這種現(xiàn)象將會造成金屬表面的防腐層與管道的剝離，量氫析出。這種現(xiàn)象將會造成金屬表面的防腐層與管道的剝離，促使防腐層加速老化。因此，陰極保

27、護中有最大保護電位的限促使防腐層加速老化。因此，陰極保護中有最大保護電位的限制。而與之配合使用的防腐絕緣層材料則有抗陰極剝離性能的制。而與之配合使用的防腐絕緣層材料則有抗陰極剝離性能的要求。要求。過保護，還會產(chǎn)成過多的電能消耗。過保護，還會產(chǎn)成過多的電能消耗。 最大保護電位值的大小通常通過試驗確定。對于瀝青防最大保護電位值的大小通常通過試驗確定。對于瀝青防腐層取最大保護電位為腐層取最大保護電位為-1.20V-1.20V（CSECSE）。聚乙烯防腐層的最大）。聚乙烯防腐層的最大保護電位可取保護電位可取-1.50V-1.50V（CSECSE）。）。u保護電流密度保護電流密度在國標在國標GB/T 1

28、0123-88GB/T 10123-88中，保護電流密度的定義是：中，保護電流密度的定義是：“從從恒定在保護電位范圍內(nèi)某一電位的電極表面上流入或流出的電恒定在保護電位范圍內(nèi)某一電位的電極表面上流入或流出的電流密度流密度”。此定義適用于陰極保護和陽極保護，對于陰極保護。此定義適用于陰極保護和陽極保護，對于陰極保護來說只能是來說只能是“流入流入”。（1 1）最小保護電流密度最小保護電流密度：陰極保護時，使金屬腐蝕停止，或達到允許程度時所需的陰極保護時，使金屬腐蝕停止，或達到允許程度時所需的電流密度值稱為最小保護電流密度。電流密度值稱為最小保護電流密度。 最小保護電流密度是陰極保護設計的重要參數(shù)。如

29、選用不最小保護電流密度是陰極保護設計的重要參數(shù)。如選用不當，或者達不到完全保護，或者造成過保護，會使陰極保護的當，或者達不到完全保護，或者造成過保護，會使陰極保護的效果降低，或不經(jīng)濟，浪費多余的電能。直接從被保護金屬體效果降低，或不經(jīng)濟，浪費多余的電能。直接從被保護金屬體表面測到其所分布的最小保護電流密度是比較困難的。一般通表面測到其所分布的最小保護電流密度是比較困難的。一般通過被保護體的總保護電流與被保護體的總面積相除來獲得。過被保護體的總保護電流與被保護體的總面積相除來獲得。 最小保護電流密度的大小取決于被保護金屬的種類、表面最小保護電流密度的大小取決于被保護金屬的種類、表面狀況、腐蝕介質(zhì)

30、的性質(zhì)、組成、濃度、溫度和金屬表面絕緣層狀況、腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)、組成、濃度、溫度和金屬表面絕緣層質(zhì)量等。上述條件不同、最小保護電流密度的值也不同。碳鋼質(zhì)量等。上述條件不同、最小保護電流密度的值也不同。碳鋼在不同介質(zhì)中的最小保護電流密度可參見表在不同介質(zhì)中的最小保護電流密度可參見表3 33 3到表到表3 35 5。 對于無防腐層的裸鋼管，從實際工程中的經(jīng)驗值大約為對于無防腐層的裸鋼管，從實際工程中的經(jīng)驗值大約為5 550mA/m50mA/m2 2。遠大于有防腐層鋼管的值。因此，裸鋼管采用。遠大于有防腐層鋼管的值。因此，裸鋼管采用陰報保護技術上是可行的，但經(jīng)濟上是不合理的。陰報保護技術上是可行的，但

31、經(jīng)濟上是不合理的。 埋于土壤中的鋼筋或處在混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼管其最小保埋于土壤中的鋼筋或處在混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼管其最小保護電流密度經(jīng)驗值大約為護電流密度經(jīng)驗值大約為2mA/m2mA/m2 2。最小保護電流密度參數(shù)影響因素很多、數(shù)值變化很大，最小保護電流密度參數(shù)影響因素很多、數(shù)值變化很大，且在保護過程中也將隨介質(zhì)環(huán)境的變化而變化故只能作為參且在保護過程中也將隨介質(zhì)環(huán)境的變化而變化故只能作為參考值。設計時常常根據(jù)工程實際情況和經(jīng)驗取值。對于沿途考值。設計時常常根據(jù)工程實際情況和經(jīng)驗取值。對于沿途土壤電阻率和防腐層質(zhì)量變化較大的長距離管道，其陰極保土壤電阻率和防腐層質(zhì)量變化較大的長距離管道，其陰極保護，

32、常以最小保護電位和最大保護電位作為衡量標準。護，常以最小保護電位和最大保護電位作為衡量標準。u陰極保護保護度陰極保護保護度（1 1）保護度：）保護度：按國標按國標 GB/I 10123-88GB/I 10123-88中的定義，保護度是中的定義，保護度是“通過防蝕措通過防蝕措施使特定類型的腐蝕速率減小的百分數(shù)施使特定類型的腐蝕速率減小的百分數(shù)”。這一參數(shù)可以直觀。這一參數(shù)可以直觀地看出陰極保護的效果。它是通過試樣在陰極保護狀態(tài)下和非地看出陰極保護的效果。它是通過試樣在陰極保護狀態(tài)下和非保護試樣對比得來。在管道實踐中通常用檢查片來測定。保護試樣對比得來。在管道實踐中通常用檢查片來測定。設非保護狀態(tài)

33、下自然埋設的檢查片原始質(zhì)量為設非保護狀態(tài)下自然埋設的檢查片原始質(zhì)量為W WO O，試樣腐，試樣腐蝕后經(jīng)清除腐蝕產(chǎn)物后的質(zhì)量為蝕后經(jīng)清除腐蝕產(chǎn)物后的質(zhì)量為W1W1，試樣的表面積為，試樣的表面積為S SO O，埋設，埋設時間為時間為t t，檢查腐蝕前后的質(zhì)量損失，檢查腐蝕前后的質(zhì)量損失G GO O= W= WO O-W-W1 1俗稱失重。由失俗稱失重。由失重法計算檢查片的腐蝕速率為：重法計算檢查片的腐蝕速率為： 同理，在陰極保護狀態(tài)下試樣原始質(zhì)量為同理，在陰極保護狀態(tài)下試樣原始質(zhì)量為W WO O，試樣，試樣清除腐蝕產(chǎn)物后的質(zhì)量為清除腐蝕產(chǎn)物后的質(zhì)量為W W1 1，其表面積為，其表面積為S S1 1

34、，埋設時間，埋設時間為為t t，此時的質(zhì)量損失為：，此時的質(zhì)量損失為：G G1 1= W= WO O- W- W1 1則檢查片的腐蝕則檢查片的腐蝕速率為：速率為： 陰極保護保護度的計算公式如下：陰極保護保護度的計算公式如下：當用電流密度表示腐蝕速率時，保護度又可表示為：當用電流密度表示腐蝕速率時，保護度又可表示為： 式中：式中：i icorrcorr未加陰極保護時金屬的腐蝕電流密度；未加陰極保護時金屬的腐蝕電流密度； i ia a 陰極保護時金屬的腐蝕電流密度。陰極保護時金屬的腐蝕電流密度。 （2 2）保護效率：）保護效率： 通過防蝕措施相對于保護電流密度的特定類型的腐蝕電流通過防蝕措施相對于

35、保護電流密度的特定類型的腐蝕電流密度減小的百分數(shù)。保護效率可由下式表示密度減小的百分數(shù)。保護效率可由下式表示通過上述公式的比較，可以看出保護效率的概念區(qū)別于保通過上述公式的比較，可以看出保護效率的概念區(qū)別于保護度。保護效率是以施加的保護電流密度作為對比量的，而保護度。保護效率是以施加的保護電流密度作為對比量的，而保護度是以腐蝕電流密度為對比量的。護度是以腐蝕電流密度為對比量的。由表由表3-63-6可見，隨著陰極保護電流增大，腐蝕電流密度可見，隨著陰極保護電流增大，腐蝕電流密度i ia a（i ia a/i/icorrcorr）減小，陰極極化值（）減小，陰極極化值（EE）增大，保護度）增大，保護

36、度P P不斷提高，不斷提高，而保護效率而保護效率Z Z卻下降了。當保護度為卻下降了。當保護度為8080時，保護效率為時，保護效率為39.639.6；在達到完全保護時（；在達到完全保護時（i ia a=0=0），保護效率為），保護效率為0.270.27。據(jù)報道，。據(jù)報道，在靜止條件下，鋼在海水中完全阻止金屬的均勻腐蝕，陰極極在靜止條件下，鋼在海水中完全阻止金屬的均勻腐蝕，陰極極化電流要超過它在自腐蝕電位（化電流要超過它在自腐蝕電位（E Ecorrcorr）下的腐蝕電流的）下的腐蝕電流的380380倍，倍，可見達到完全保護時所需能耗之大。因此可見達到完全保護時所需能耗之大。因此。為此，應采取措施優(yōu)

37、化陰極保護參數(shù)，使能量。為此，應采取措施優(yōu)化陰極保護參數(shù)，使能量利用合理，并達到最佳保護效果。在實際應用中，在陰極保護利用合理，并達到最佳保護效果。在實際應用中，在陰極保護狀態(tài)下允許管體在不大的腐蝕速度下工作，管子壁厚在設計時狀態(tài)下允許管體在不大的腐蝕速度下工作，管子壁厚在設計時應能滿足在此腐蝕速度下預期壽命的要求。應能滿足在此腐蝕速度下預期壽命的要求。 美國腐蝕工程師協(xié)會美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)(NACE)在在埋地和水下金屬管道外防埋地和水下金屬管道外防腐推薦規(guī)范腐推薦規(guī)范RPRP010169(198369(1983年修訂年修訂) )的標準中，對陰極保護的標準中，對陰極保護準則做了如下

38、的規(guī)定，并已被世界各國采用準則做了如下的規(guī)定，并已被世界各國采用2020多年。多年。(1)(1)施加陰極保護時陰極的負電位至少為施加陰極保護時陰極的負電位至少為850mV850mV，這一電位是，這一電位是相對于接觸電解質(zhì)的飽和相對于接觸電解質(zhì)的飽和Cu/CuSOCu/CuSO4 4參比電極測量的。測量中必參比電極測量的。測量中必須排除須排除IRIR降影響。降影響。(2)(2)相對于飽和相對于飽和Cu/CuSOCu/CuSO4 4參比電極負極化電位至少為參比電極負極化電位至少為。(3)(3)在構(gòu)筑物表面與接觸電解質(zhì)的參比電極之間的陰極極化在構(gòu)筑物表面與接觸電解質(zhì)的參比電極之間的陰極極化值最小為值

39、最小為100mV100mV。這一數(shù)據(jù)的測定可以在極化的形成過程或是。這一數(shù)據(jù)的測定可以在極化的形成過程或是衰減過程中進行。衰減過程中進行。-850mV-850mV（CSECSE）適用于各種土壤環(huán)境中鋼鐵）適用于各種土壤環(huán)境中鋼鐵構(gòu)筑物的陰極保護，是世界公認的通用準則。對于有良好覆蓋構(gòu)筑物的陰極保護，是世界公認的通用準則。對于有良好覆蓋層的管道，這一準則很實際。但是覆蓋層的質(zhì)量太劣或是裸管，層的管道，這一準則很實際。但是覆蓋層的質(zhì)量太劣或是裸管，采用采用-850mV-850mV的準則就顯得過保護和浪費，所以國外學者主張在的準則就顯得過保護和浪費，所以國外學者主張在這種條件下采用這種條件下采用-1

40、00mV-100mV極化電位準則。極化電位準則。 采用采用-100mV-100mV極化電位準則，有個基準點的問題。雖然準則在陰極極化極化電位準則，有個基準點的問題。雖然準則在陰極極化建立或衰減過程中都可以采用，但在建立過程中由于有建立或衰減過程中都可以采用，但在建立過程中由于有IRIR降的影響，使得降的影響，使得100mV100mV的精度受到了限制，故衰減過程中采用該準則比較實際。的精度受到了限制，故衰減過程中采用該準則比較實際。德國腐蝕專家經(jīng)大量研究工作，在近一萬公里的管道上進行了每五公德國腐蝕專家經(jīng)大量研究工作，在近一萬公里的管道上進行了每五公尺一個測量數(shù)據(jù)的詳細調(diào)查，耗費尺一個測量數(shù)據(jù)的

41、詳細調(diào)查，耗費650650萬美元。在萬美元。在l985l985年的年的DIN 30676DIN 30676標準標準中，對鋼鐵陰極保護準則作了下列規(guī)定，見表中，對鋼鐵陰極保護準則作了下列規(guī)定，見表3 37 7。此準則打破了此準則打破了-0.85V-0.85V單一不變的指標，對不同環(huán)境下，給出了單一不變的指標，對不同環(huán)境下，給出了-0.95V-0.95V和和-0.75V-0.75V的指標。的指標。表表3-73-7鋼鐵材料陰極保護準則鋼鐵材料陰極保護準則管道實施陰極保護的管道實施陰極保護的基本條件基本條件：有可靠的直流電源，以保：有可靠的直流電源，以保證提供充足的保護電流；管道必須處于有電解質(zhì)的環(huán)境

42、中（如證提供充足的保護電流；管道必須處于有電解質(zhì)的環(huán)境中（如士壤、河流、海水等）；保持管道士壤、河流、海水等）；保持管道縱向電連續(xù)性縱向電連續(xù)性；為確保管道；為確保管道系統(tǒng)陰極保護的有效性和提高保護效率，必須做好管道的系統(tǒng)陰極保護的有效性和提高保護效率，必須做好管道的電絕電絕緣緣，如選用高質(zhì)量的管道覆蓋層以及合理布局絕緣連接體。，如選用高質(zhì)量的管道覆蓋層以及合理布局絕緣連接體。u管道的電絕緣管道的電絕緣管道電絕緣的目的，是將被保護管道和不應受保護的金屬管道電絕緣的目的，是將被保護管道和不應受保護的金屬體從導電性上分開。如果沒有此類裝置，保護電流將會沿著金體從導電性上分開。如果沒有此類裝置，保護

43、電流將會沿著金屬導體流到不應受保護的管道、金屬體或大地從而增大電源功屬導體流到不應受保護的管道、金屬體或大地從而增大電源功率的輸出，縮短保護長度。在雜散電流干擾區(qū)，絕緣裝置還可率的輸出，縮短保護長度。在雜散電流干擾區(qū)，絕緣裝置還可用來分割干擾區(qū)和非干擾區(qū)，減少雜散電流的干擾區(qū)域。用來分割干擾區(qū)和非干擾區(qū)，減少雜散電流的干擾區(qū)域。 （1 1）絕緣接頭）絕緣接頭 管道的絕緣接頭有法蘭型、整體型（埋地）、活接頭等各管道的絕緣接頭有法蘭型、整體型（埋地）、活接頭等各種型式。近幾年開發(fā)的整體埋地型絕緣接頭具有整體結(jié)構(gòu)、直種型式。近幾年開發(fā)的整體埋地型絕緣接頭具有整體結(jié)構(gòu)、直接埋地和高的絕緣性能，克服了絕

44、緣法蘭密封性能不好、裝配接埋地和高的絕緣性能，克服了絕緣法蘭密封性能不好、裝配影響絕緣質(zhì)量、不能埋地、外緣盤易集塵等不良影響，是管道影響絕緣質(zhì)量、不能埋地、外緣盤易集塵等不良影響，是管道理想的絕緣連接裝置。圖理想的絕緣連接裝置。圖3-23-2是整體型絕緣接頭的結(jié)構(gòu)圖。是整體型絕緣接頭的結(jié)構(gòu)圖。需要設置絕緣連接的場所有：管道與井、站、庫的連接處；管道需要設置絕緣連接的場所有：管道與井、站、庫的連接處；管道與設備所有權的分界處；支線管道與干線管道的連接處；不同材質(zhì)、與設備所有權的分界處；支線管道與干線管道的連接處；不同材質(zhì)、新舊管道及有防腐層與無防腐層管道間連接處；大型穿、跨越段的新舊管道及有防腐

45、層與無防腐層管道間連接處；大型穿、跨越段的兩端；雜散電流干擾段；使用不同陰極保護方法的交界處。兩端；雜散電流干擾段；使用不同陰極保護方法的交界處。（2）絕緣支墩（墊）絕緣支墩（墊）當管道采用套管形式穿墻或穿越公路、鐵路時，管道與套管必須當管道采用套管形式穿墻或穿越公路、鐵路時，管道與套管必須電絕緣。通常采用絕緣支墩或絕緣墊。管道及支撐架、管橋、穿管電絕緣。通常采用絕緣支墩或絕緣墊。管道及支撐架、管橋、穿管隧道、樁、混凝土中的鋼筋等必須電絕緣。若管段兩端已裝有絕緣隧道、樁、混凝土中的鋼筋等必須電絕緣。若管段兩端已裝有絕緣接頭，使架空管段與埋地管道相絕緣，則此時管道可以直接架設在接頭，使架空管段與

46、埋地管道相絕緣，則此時管道可以直接架設在支撐架上而無需電絕緣。支撐架上而無需電絕緣。（3）其他電絕緣）其他電絕緣管道穿越河流，采用加重塊、固定錨、混凝土、加重覆蓋層時，管道穿越河流，采用加重塊、固定錨、混凝土、加重覆蓋層時，管道必須與混凝土鋼筋電絕緣，安裝時不得損壞管道原防腐層。管道必須與混凝土鋼筋電絕緣，安裝時不得損壞管道原防腐層。管道與所有相遇的如電纜、管道等金屬構(gòu)筑物必須保持電絕緣。管道與所有相遇的如電纜、管道等金屬構(gòu)筑物必須保持電絕緣。u管道縱向電的連續(xù)性管道縱向電的連續(xù)性 對于非焊接的管道連接頭，應焊接跨接導線來保證管道縱對于非焊接的管道連接頭，應焊接跨接導線來保證管道縱向電的連續(xù)性

47、，確保電流的流動。向電的連續(xù)性，確保電流的流動。 對于預應力混凝土管道，施加陰極保護時，每節(jié)管道的縱對于預應力混凝土管道，施加陰極保護時，每節(jié)管道的縱向鋼筋必須首尾跨接，以保證陰極保護電流的縱向?qū)?。有時向鋼筋必須首尾跨接，以保證陰極保護電流的縱向?qū)āＳ袝r還可平行敷設一條電纜，每節(jié)預應力管道與之相連來實現(xiàn)電的還可平行敷設一條電纜，每節(jié)預應力管道與之相連來實現(xiàn)電的連續(xù)性。連續(xù)性。u陰極保護管道的附件陰極保護管道的附件(1)檢查片：檢查片材質(zhì)應與被保護的管道相同，用于定量檢查片：檢查片材質(zhì)應與被保護的管道相同，用于定量分析陰極保護的效果及土壤的腐蝕性。也有用于其他目的的檢分析陰極保護的效果及土壤

48、的腐蝕性。也有用于其他目的的檢查片，如在犧牲陽極保護段，用于代表管道，測量自然電位用。查片，如在犧牲陽極保護段，用于代表管道，測量自然電位用。檢查片一般成對埋沒，一片與管道相連施加電保護檢查片一般成對埋沒，一片與管道相連施加電保護)；另一；另一片不相連。經(jīng)一定時間后開挖、稱重、計算保護度。片不相連。經(jīng)一定時間后開挖、稱重、計算保護度。 檢查片的推薦尺寸為檢查片的推薦尺寸為100mm50mm5mm，采用，采用鋸、氣割方法制取。為不改變檢查片的冶金狀態(tài)，氣割邊鋸、氣割方法制取。為不改變檢查片的冶金狀態(tài)，氣割邊緣應去掉緣應去掉2030mm。檢查片應有安裝孔和編號，編號可。檢查片應有安裝孔和編號，編號

49、可用鋼字模打印。用鋼字模打印。 檢查片常規(guī)測試周期不得小于一年。推薦為檢查片常規(guī)測試周期不得小于一年。推薦為l l、2 2、5 5、1010、2020年。檢查片埋設參見圖年。檢查片埋設參見圖3-33-3。 檢查片之間相距檢查片之間相距300mm。一般檢查片應埋設在有代。一般檢查片應埋設在有代表意義的腐蝕性地段（環(huán)境中），如污染區(qū)、高鹽堿地帶、表意義的腐蝕性地段（環(huán)境中），如污染區(qū)、高鹽堿地帶、雜散電流嚴重地區(qū)以及管道陰極保護范圍末端。在雜散電雜散電流嚴重地區(qū)以及管道陰極保護范圍末端。在雜散電流干擾區(qū)，應把檢查片埋在直流雜散電流從管道流出的地流干擾區(qū)，應把檢查片埋在直流雜散電流從管道流出的地點。

50、點。（2）測試樁：從埋地管道上引出，用于測量管道陰極保護參數(shù)）測試樁：從埋地管道上引出，用于測量管道陰極保護參數(shù)的永久測試裝置。的永久測試裝置。，它沿管道安裝，每隔一定距，它沿管道安裝，每隔一定距離焊接一組測試導線，引到測試裝置上。測試導線可固定在水泥測離焊接一組測試導線，引到測試裝置上。測試導線可固定在水泥測試樁上，或置于保護鋼管內(nèi)。因此有試樁上，或置于保護鋼管內(nèi)。因此有和和之分。測試樁之分。測試樁有設置在地上的，有設置在地下的，長輸管線一般設置在地上，城有設置在地上的，有設置在地下的，長輸管線一般設置在地上，城市管線因占地的限制有些設在地表下，結(jié)構(gòu)都相同。市管線因占地的限制有些設在地表下，

51、結(jié)構(gòu)都相同。測試樁的典型結(jié)構(gòu)及導線連接見圖測試樁的典型結(jié)構(gòu)及導線連接見圖34。 測試樁設置原則為：測試樁設置原則為： 電位測試樁，一般每公里設一支，需要時可以加密或減少；電位測試樁，一般每公里設一支，需要時可以加密或減少； 電流測試樁，每電流測試樁，每 58 km處設一支；處設一支； 套管測試樁，套管穿越處一端或兩端設置；套管測試樁，套管穿越處一端或兩端設置； 絕緣接頭測試樁，每一絕緣接頭處設一支；絕緣接頭測試樁，每一絕緣接頭處設一支； 跨接測試樁，與其他管道、電纜等構(gòu)筑物相交處設一支；跨接測試樁，與其他管道、電纜等構(gòu)筑物相交處設一支； 站內(nèi)測試樁，視需要而設；站內(nèi)測試樁，視需要而設； 犧牲陽

52、極測試樁，一般設在兩組陽極的中間部位。犧牲陽極測試樁，一般設在兩組陽極的中間部位。測試樁可以測取管道的測試樁可以測取管道的保護電位、管道保護電流的保護電位、管道保護電流的大小和流向、電絕緣性能及大小和流向、電絕緣性能及干擾方面的參數(shù)。干擾方面的參數(shù)。 測試樁的功能主要區(qū)別測試樁的功能主要區(qū)別在接線上。最簡單的是電位在接線上。最簡單的是電位測試樁，只需引接兩根導線；測試樁，只需引接兩根導線；測管道電流要接四根導線；測管道電流要接四根導線；測兩者間的干擾或絕緣要在測兩者間的干擾或絕緣要在相鄰構(gòu)筑物上各引出兩根導相鄰構(gòu)筑物上各引出兩根導線。一般來說，測試樁的功線。一般來說，測試樁的功能可以結(jié)合在一起

53、使用，有能可以結(jié)合在一起使用，有時測試樁還可和里程樁相結(jié)時測試樁還可和里程樁相結(jié)合。合。u 管道實施強制電流陰極保護站構(gòu)成管道實施強制電流陰極保護站構(gòu)成 管道陰極保護范圍的制約因素是管道防腐層電阻和管徑，管道陰極保護范圍的制約因素是管道防腐層電阻和管徑，它以最大保護電位和最小保護電位的臨界點來劃分。因此保護它以最大保護電位和最小保護電位的臨界點來劃分。因此保護一條管道常常需要設一個或幾個陰極保護站。因此，首先要知一條管道常常需要設一個或幾個陰極保護站。因此，首先要知道一個站能保護多遠，這樣才能確定所需的站數(shù)。為了求得保道一個站能保護多遠，這樣才能確定所需的站數(shù)。為了求得保護長度，必須知道當管道

54、上通入陰極極化電流后所產(chǎn)生的極化護長度，必須知道當管道上通入陰極極化電流后所產(chǎn)生的極化電位的沿線分布，求取最大保護電位經(jīng)過多少公里降低到最小電位的沿線分布，求取最大保護電位經(jīng)過多少公里降低到最小保護電位保護電位。（一）管道沿線外加電位與電流的分布規(guī)律（一）管道沿線外加電位與電流的分布規(guī)律 如圖，外加電流的電源正極接輔助陽極，負極接在被保護管段的如圖，外加電流的電源正極接輔助陽極，負極接在被保護管段的中央，這一點稱為匯流點或通電點。電流自電源正極流出，經(jīng)陽極和中央，這一點稱為匯流點或通電點。電流自電源正極流出，經(jīng)陽極和大地流至匯流點兩側(cè)管道，在兩側(cè)金屬管壁中流動的電流是流向匯流大地流至匯流點兩側(cè)

55、管道，在兩側(cè)金屬管壁中流動的電流是流向匯流點的。因此，沿線電流密度和電位的分布是不均勻的。點的。因此，沿線電流密度和電位的分布是不均勻的。n 假設假設假定輔助陽極相對于整個大地是一個點電源，它通電后在假定輔助陽極相對于整個大地是一個點電源，它通電后在地下所形成的是一個半球面的電場。理論上在匯流點處的管道地下所形成的是一個半球面的電場。理論上在匯流點處的管道沿線電位分布的基本公式是根據(jù)下列假設條件推出的：沿線電位分布的基本公式是根據(jù)下列假設條件推出的：(1)管道防腐層均勻一致，并具有良好的電絕緣性能，與土管道防腐層均勻一致，并具有良好的電絕緣性能，與土壤接觸且土質(zhì)均勻一致，因此管道沿線各點的單位

56、面積過渡電壤接觸且土質(zhì)均勻一致，因此管道沿線各點的單位面積過渡電阻相等。阻相等。指電流從土壤沿徑向流入管道時的電阻，其指電流從土壤沿徑向流入管道時的電阻，其數(shù)值主要決定于防腐層電阻。數(shù)值主要決定于防腐層電阻。(2)因土壤橫截面積無窮大，土壤電阻可以忽略不計。因土壤橫截面積無窮大，土壤電阻可以忽略不計。n邊界條件：邊界條件：通常有三種情況通常有三種情況(1)無限長管段的計算：即全線只有一個陰極保護站，線路無限長管段的計算：即全線只有一個陰極保護站，線路上沒有用絕緣法蘭。上沒有用絕緣法蘭。(2)有限長管段的計算：即全線有多個陰極保護站，兩個相有限長管段的計算：即全線有多個陰極保護站，兩個相鄰站之間

57、的管道由兩個站共同保護。鄰站之間的管道由兩個站共同保護。(3)保護段終點有絕緣法蘭的計算：一般設有陰極保護的管保護段終點有絕緣法蘭的計算：一般設有陰極保護的管道在進入輸油站或油庫以前須裝設絕緣法蘭，以免保護電流向道在進入輸油站或油庫以前須裝設絕緣法蘭，以免保護電流向站內(nèi)或庫內(nèi)流失。站內(nèi)或庫內(nèi)流失。由式（由式（3-10）、（）、（3-11）可解出沿線各處電位與電流的關系：）可解出沿線各處電位與電流的關系： 在匯流點處，在匯流點處，x=0，故匯流點一側(cè)的電流為：，故匯流點一側(cè)的電流為：（二）保護范圍的計算（二）保護范圍的計算1. 無限長管道的計算無限長管道的計算匯流點處的總電流就是該保護裝置的輸出

58、電流，它等于管匯流點處的總電流就是該保護裝置的輸出電流，它等于管道一側(cè)流至匯流點電流的兩倍，即道一側(cè)流至匯流點電流的兩倍，即I=2I0。方程式（方程式（3-10）和（）和（3-11）物理意義：）物理意義：當全線只有一個當全線只有一個陰極保護站時，管道沿線的電位及電流值按對數(shù)曲線規(guī)律下降。陰極保護站時，管道沿線的電位及電流值按對數(shù)曲線規(guī)律下降。在匯流點附近的電位和電流值變化激烈，離匯流點愈遠變化在匯流點附近的電位和電流值變化激烈，離匯流點愈遠變化愈平緩。愈平緩。曲線的陡度決定于衰減因數(shù)曲線的陡度決定于衰減因數(shù) ，主要是防，主要是防腐層過渡電阻腐層過渡電阻RT的影響。的影響。 由于最大保護電位是有

59、限度的，故匯流點處的電位應小于由于最大保護電位是有限度的，故匯流點處的電位應小于或等于最大保護電位或等于最大保護電位Emax。當沿線的管。當沿線的管/地電位降至最小保護電地電位降至最小保護電位位Emin處，就是保護段的末端。故一個陰極保護站所可能保護處，就是保護段的末端。故一個陰極保護站所可能保護的一側(cè)的最長距離，可由式（的一側(cè)的最長距離，可由式（3-13）算出。）算出。TTRr /由式（由式（3-12）和式（）和式（3-13）可得結(jié)論：由于管材選定后，）可得結(jié)論：由于管材選定后，rT是一個常數(shù)而且很小，所以陰極保護管道所需保護電流是一個常數(shù)而且很小，所以陰極保護管道所需保護電流I0的大的大小

60、和可保護段落長度主要受防腐層電阻的影響。防腐層質(zhì)量好，小和可保護段落長度主要受防腐層電阻的影響。防腐層質(zhì)量好，則電能消耗少，保護距離也長。根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗，當瀝青防腐層則電能消耗少，保護距離也長。根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗，當瀝青防腐層施工質(zhì)量較好時，管道單位面積防腐層過渡電阻能達到施工質(zhì)量較好時，管道單位面積防腐層過渡電阻能達到10000m2以上，有的達以上，有的達2000030000m2。故目前按標準規(guī)。故目前按標準規(guī)范要求，在設計計算中常取防腐層的范要求，在設計計算中常取防腐層的RP=10000m2，對于合，對于合成樹脂類防腐層均會高出此值。成樹脂類防腐層均會高出此值。對于長度超出一個站保護范圍的長距離管