埋地管道的陰極保護(hù)-2

章埋地管道的陰極保護(hù)節(jié)概述年英國(guó)應(yīng)用了犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)，德國(guó)和日本分別是在年和年開(kāi)始研究電化學(xué)保護(hù)理論的，并開(kāi)始了煤氣管道的陰極保護(hù)。陰極保護(hù)技術(shù)在我國(guó)石油管道上的應(yīng)用研究始于年。到了年代初期,在新疆、大慶、四川等油氣管道上陸續(xù)推廣了陰極保護(hù)技術(shù)。年代,我國(guó)的長(zhǎng)輸管道已廣泛采用了陰極保護(hù)。目前,國(guó)外陰極保護(hù)技術(shù)已做到了法律化。標(biāo)準(zhǔn)化,比較重要的有《美國(guó)氣體管道聯(lián)邦最低安全標(biāo)準(zhǔn)》、德國(guó)的《長(zhǎng)輸管道運(yùn)輸危險(xiǎn)液體的規(guī)定》、的《埋地及水下金屬管道外腐蝕控制推薦作法》等。中國(guó)的第一部管道防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是鋼質(zhì)管道和儲(chǔ)罐防腐蝕工程設(shè)計(jì)規(guī)范》。第一部法規(guī)是國(guó)務(wù)院年頒布的《石油、天然氣管道管理?xiàng)l例》,條例首次將管道陰極保護(hù)的要求列入了管理的內(nèi)容。目前,國(guó)內(nèi)一萬(wàn)七千余公里的長(zhǎng)距離油氣管道已經(jīng)全部采用了陰極保護(hù),為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了保障。一、陰極保護(hù)原理用圖的極化圖解可以清楚地說(shuō)明陰極保護(hù)的工作原理。以外加電流的陰極保護(hù)為例,暫不考慮腐蝕電池的回路電阻,則在未通電流保護(hù)以前,腐蝕原電池的自然腐蝕電位為,相應(yīng)的最大腐蝕電流為。通上外加電流后,由電解質(zhì)流入陰極的電流量增加,由于陰極的進(jìn)一步極化,其電位將降低。如流入陰極電流為,則其電位降至′,此時(shí)由原來(lái)的陽(yáng)極流出的腐蝕電流將由降至′。與′的差值就是由輔助陽(yáng)極流出的外加電流量。為了使金屬構(gòu)筑物得到完全保護(hù),即沒(méi)有腐蝕電流從其上流出,就需進(jìn)一步將陰極極化到使總電位降至等于陽(yáng)極的初始電位,此時(shí)外加的保護(hù)電流值為。從圖上可以看出,要達(dá)到完全保護(hù),外加的保護(hù)電流要比原來(lái)的腐蝕電流大得多。顯然,保護(hù)電流與最大腐蝕電流的差值決定于腐蝕電池的控制因素。受陰極極化控制時(shí),二者的差值要比受陽(yáng)極極化時(shí)小得多。因此,采用陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)效果較好。二、陰極保護(hù)的方法實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)的方法通常有犧牲陽(yáng)極法和強(qiáng)制電流法。由于雜散電流排除過(guò)程中,在管道上保留有一定的負(fù)電位,使管道得到了陰極保護(hù),所以排流保護(hù)也是一種限定條件下的陰極保護(hù)方法。.犧牲陽(yáng)極法在腐蝕電池中,陽(yáng)極腐蝕,陰極不腐蝕。利用這一原理,以犧牲陽(yáng)極優(yōu)先溶解。使金屬構(gòu)筑物成為陰極而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的方法稱為犧牲陽(yáng)極法（圖）。為了達(dá)到有效保護(hù),犧牲陽(yáng)極不僅在開(kāi)路狀態(tài)（犧牲陽(yáng)極與被保護(hù)金屬之間的電路未接通）有足夠負(fù)的開(kāi)路電位（即自然腐蝕電位）,而且在閉路狀態(tài)（電路接通后）有足夠的閉路電位（即工作電位）。這樣,在工作時(shí)可保持足夠的驅(qū)動(dòng)電壓。驅(qū)動(dòng)電壓指犧牲陽(yáng)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,亦稱為有效電壓。作為犧牲陽(yáng)極材料，必須具有下列條件:()要有足夠的負(fù)電位，且很穩(wěn)定；()工作中陽(yáng)極極化要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落；()陽(yáng)極必須有高的電流效率，即實(shí)際電容量和理論電容量之比的百分?jǐn)?shù)要大；()電化當(dāng)量高，即單位重量的電容量要大；()腐蝕產(chǎn)物無(wú)毒，不污染環(huán)境；()材料來(lái)源廣，加攻容易，價(jià)格便宜。在土壤環(huán)境中常用的陽(yáng)極材料有鎂和鎂合金、鋅和鋅合金；在海洋環(huán)境中還有鋁合金。這三類犧牲陽(yáng)極已在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。.強(qiáng)制電流法根據(jù)陰極保護(hù)的原理,用外部的直流電源作陰極保護(hù)的極化電源,將電源的負(fù)極接管道（被保護(hù)構(gòu)筑物）,將電源的正極接至輔助陽(yáng)極,在電流的作用下,使管道發(fā)生陰極極化,實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)（圖）。強(qiáng)制電流法的電源常用的有整流器,還有太陽(yáng)能電池、熱電發(fā)生器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。輔助陽(yáng)極的常用材料有高硅鑄鐵、石墨,磁性氧化鐵及廢鋼鐵等。強(qiáng)制電流法是目前長(zhǎng)距離管道最主要的保護(hù)方法。.排流保護(hù)當(dāng)有雜散電流存在時(shí),通過(guò)排流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的陰極極化,這時(shí)雜散電流就成了陰極保護(hù)的電流源。但排流保護(hù)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、強(qiáng)制排流三種形式。各種形式都有一定的局限性。當(dāng)對(duì)被保護(hù)構(gòu)筑物選用陰極保護(hù)方式時(shí)主要考慮的因素有:（）保護(hù)范圍的大小:大者強(qiáng)制電流優(yōu)越，小者犧牲陽(yáng)極經(jīng)濟(jì)；（）土壤電阻率的限制:電阻率太高不宜采用犧牲陽(yáng)極；（）周圍鄰近的金屬構(gòu)筑物:有時(shí)因干擾而限制了強(qiáng)制電流的應(yīng)用；（）覆蓋層的質(zhì)量:對(duì)于覆蓋層太差或裸露的金屬表面，因其所需保護(hù)電流太大而使?fàn)奚?yáng)極不適用；（）可利用的電源因素；（）經(jīng)濟(jì)性。表是陰極保護(hù)與排流保護(hù)的比較。三、陰極保護(hù)參數(shù)在圖中，可以看到與陰極保護(hù)相關(guān)的幾個(gè)參數(shù):自然腐蝕電位、保護(hù)電位、保護(hù)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(hù)效果的關(guān)鍵。為了直觀。定量地比較陰極保護(hù)的效果，有時(shí)還要引用陰極保護(hù)保護(hù)度參數(shù)。而在實(shí)際保護(hù)中入們僅把保護(hù)電位作為控制參數(shù)，因?yàn)樗茏匀桓g電位和保護(hù)電流所控制，而且在實(shí)踐中容易操作。.自然腐蝕電位無(wú)論采用犧牲陽(yáng)極法還是采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù),被保護(hù)構(gòu)筑物的自然腐蝕電位都是一個(gè)極為重要的參數(shù)。它體現(xiàn)了構(gòu)筑物本身的活性,決定了陰極保護(hù)所需電流的大小,同時(shí)又是陰極保護(hù)準(zhǔn)則中重要的參考點(diǎn)。.保護(hù)電位按國(guó)標(biāo)的定義,保護(hù)電位為“進(jìn)入保護(hù)電位范圍所必須達(dá)到的腐蝕電位的臨界值”。保護(hù)電位是陰極保護(hù)的關(guān)鍵參數(shù),它標(biāo)志了陰極極化的程度,是監(jiān)視和控制陰極保護(hù)效果的重要指標(biāo)。為使腐蝕過(guò)程停止,金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的電位稱為最小保護(hù)電位,也就是腐蝕原電池陽(yáng)極的起始電位。其數(shù)值與金屬的種類、腐蝕介質(zhì)的組成。濃度及溫度等有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,碳鋼在土壤及海水中的最小保護(hù)電位為（）左右。管道通入陰極電流后,其負(fù)電位提高到一定程度時(shí),由于在陰極上的還原,管道表面會(huì)析出氫氣,減弱甚至破壞防腐層的粘結(jié)力,不同防腐層的析氫電位不同。瀝青防腐層在外加電位低于（）時(shí)開(kāi)始有氫氣析出,當(dāng)電位達(dá)到（）時(shí)將有大量氫析出。因此,對(duì)于瀝青防腐層取最大保護(hù)電位為（）。若采用其他防腐層,最大保護(hù)電位值也應(yīng)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。聚乙烯防腐層的最大保護(hù)電位可取（）。.保護(hù)電流密度在國(guó)標(biāo) 中，保護(hù)電流密度的定義是:“從恒定在保護(hù)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”。此定義適用于陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)，對(duì)于陰極保護(hù)來(lái)說(shuō)只能是“流入”。保護(hù)電流密度與金屬性質(zhì)、介質(zhì)成分、濃度。溫度、表面狀態(tài)（如管道防腐層狀況）、介質(zhì)的流動(dòng)、表面陰極沉積物等因素有關(guān)。對(duì)于土壤環(huán)境而言，有時(shí)還受季節(jié)因素的影響。因保護(hù)電流密度不是固定不變的數(shù)值,所以,一般不用它作為陰極保護(hù)的控制參數(shù)；只有無(wú)法測(cè)定電位時(shí),才把保護(hù)電流密度作為控制參數(shù)。例如在油井套管的保護(hù)中,電流密度是一個(gè)重要參數(shù),可以作為控制參數(shù)用。不同表面狀況的鋼管的最小保護(hù)電流密度見(jiàn)表。從表中可以看出:裸管比有防腐層的管道需要的保護(hù)電流密度大得多；土壤電阻率愈小，需要的保護(hù)電流密度愈大。由于在實(shí)際工作中很難測(cè)定腐蝕電池的陰、陽(yáng)極的具體位置和面積大小，故表中所列數(shù)據(jù)都是按與電解質(zhì)接觸的整個(gè)被保護(hù)金屬表面積計(jì)算的。類似的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于較小的金屬構(gòu)筑物，如油罐的罐底、平臺(tái)的樁等是適用的；對(duì)于沿途土壤電阻率和防腐層質(zhì)量變化較大的長(zhǎng)距離管道，則往往偏差較大。故對(duì)于管道的陰極保護(hù)，常以最小保護(hù)電位和最大保護(hù)電位作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。四、陰極保護(hù)準(zhǔn)則自從年美國(guó).柯恩通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（）電位能控制電化學(xué)腐蝕之后,這一標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn),成為公認(rèn)的最小保護(hù)電位。從電化學(xué)理論上分析,鐵在腐蝕時(shí),以二價(jià)離子形式出現(xiàn),用能斯特方程式表達(dá)為式中——鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位；——?dú)怏w常數(shù)；——絕對(duì)溫度；——法拉第常數(shù)；——靠近電極的電解液層中鐵離子的活度。和 作用生成難溶的當(dāng)＞時(shí),,此時(shí), 取決于的溶度積。℃時(shí),按 ,在值為～的電解液中,計(jì)算出保護(hù)電位在～()之間變化。換算成相對(duì)飽和電解的電位為～。鋼在土壤中(～)的保護(hù)電位為～(),平均為(),相對(duì)飽和電極的電位為。計(jì)算出鋼的保護(hù)電位與鋼在該電解液中的初始電位值之差，即可認(rèn)為是陰極極化值或負(fù)向偏移。例如，鋼在干燥土壤中的自然電位（），其陰極極化值計(jì)算得:根據(jù)電化學(xué)理論,陰極保護(hù)判據(jù)是多因素決定的,相當(dāng)復(fù)雜。但（）是既有理論基礎(chǔ),又有實(shí)踐依據(jù),已為世界各國(guó)所接受。對(duì)于鋼鐵的陰極保護(hù)準(zhǔn)則，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的表達(dá)方式也不相同，采用下述之一或幾個(gè)作為判據(jù):（）施加陰極保護(hù)時(shí)陰極的負(fù)電位至少為，這一電位是相對(duì)于接觸電解質(zhì)的飽和參比電極測(cè)量的。測(cè)量中必須排除降影響。（）相對(duì)于飽和參比電極的負(fù)極化電位至少為。（）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。這一數(shù)據(jù)的測(cè)定可以在極化的形成過(guò)程或是衰減過(guò)程中進(jìn)行。（）適用于各種土壤環(huán)境中鋼鐵構(gòu)筑物的陰極保護(hù),是世界公認(rèn)的通用準(zhǔn)則。對(duì)于有良好覆蓋層的管道,這一準(zhǔn)則很實(shí)際。但是當(dāng)覆蓋層的質(zhì)量太劣或是裸管,采用的準(zhǔn)則就顯得過(guò)保護(hù)和浪費(fèi),所以國(guó)外學(xué)者主張?jiān)谶@種條件下采用極化電位準(zhǔn)則。其理由是腐蝕體系（）（）,式中為腐蝕電流,要使很小,必須使陰極電位和陽(yáng)極電位很接近,即或Δ。很小。在裸管上就是Δ,故極化值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)Δ,足以達(dá)到保護(hù)要求。采用極化電位準(zhǔn)則,有個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的問(wèn)題。雖然準(zhǔn)則在陰極極化建立或衰減過(guò)程中都可以采用,但在建立過(guò)程中由于有降的影響,使得的精度受到了限制,故衰減過(guò)程中采用該準(zhǔn)則比較實(shí)際。表是在一條直徑的裸管道上測(cè)得的電位,表是一條直徑為的舊防腐層管道上測(cè)得的電位,前者的保護(hù)電流密度是,后者為。在考慮通氣程度時(shí)，英國(guó) 標(biāo)準(zhǔn)中，通氣環(huán)境為，不通氣環(huán)境為。德國(guó)的 標(biāo)準(zhǔn)則給出溫度和砂土兩個(gè)條件:溫度高于℃為；在砂土中，＞Ω·時(shí)，為。以上電位測(cè)量均相對(duì)電極。五、管道實(shí)施陰極保護(hù)的基本條件管道實(shí)施陰極保護(hù)的基本條件為:有可靠的直流電源，以保證提供充足的保護(hù)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）；保持管道縱向電連續(xù)性；為確保管道系統(tǒng)陰極保護(hù)的有效性和提高保護(hù)效率，必須做好管道的電絕緣，如選用高質(zhì)量的管道覆蓋層以及合理布局絕緣連接體。以下主要討論管道絕緣連接及管道縱向電連續(xù)性的問(wèn)題。.管道的電絕緣）絕緣接頭管道的絕緣接頭有法蘭型、整體型（埋地）、活接頭等各種型式。近幾年開(kāi)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,是管道理想的絕緣連接裝置。圖是整體型絕緣接頭的結(jié)構(gòu)圖。需要設(shè)置絕緣連接的場(chǎng)所有:管道與井、站、庫(kù)的連接處；管道與設(shè)備所有權(quán)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(wú)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(hù)方法的交界處。）絕緣支墩（墊）當(dāng)管道采用套管形式穿墻或穿越公路、鐵路時(shí),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(shí)管道可以直接架設(shè)在支撐架上而無(wú)需電絕緣。）其他電絕緣當(dāng)管道穿越河流,采用加重塊、固定錨、混凝土、加重覆蓋層時(shí),管道必須與混凝土鋼筋電絕緣,安裝時(shí)不得損壞管道原有防腐層。管道與所有相遇的金屬構(gòu)筑物（如電纜、管道）必須保持電絕緣。.管道縱向電的連續(xù)性對(duì)于非焊接的管道連接頭，應(yīng)焊接跨接導(dǎo)線來(lái)保證管道縱向電的連續(xù)性，確保電流的流動(dòng)。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土管道，施加陰極保護(hù)時(shí)，每節(jié)管道的縱向鋼筋必須首尾跨接，以保證陰極保護(hù)電流的縱向?qū)?。有時(shí)還可平行敷設(shè)一條電纜，每節(jié)預(yù)應(yīng)力管道與之相連來(lái)實(shí)現(xiàn)電的連續(xù)性。.陰極保護(hù)管道的附件）檢查片檢查片材質(zhì)應(yīng)與被保護(hù)的管道相同,用于定量分析陰極保護(hù)的效果及土壤的腐蝕性。也有用于其他目的的檢查片,如在犧牲陽(yáng)極保護(hù)段,用于代表管道,測(cè)量自然電位用。檢查片的推薦尺寸為××,采用鋸、氣割方法制取。為不改變檢查片的冶金狀態(tài),氣割邊緣應(yīng)去掉～。檢查片應(yīng)有安裝孔和編號(hào),編號(hào)可用鋼字模打印。一般檢查片應(yīng)埋設(shè)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。雜散電流嚴(yán)重地區(qū)以及管道陰極保護(hù)范圍末端。）測(cè)試樁為了測(cè)量陰極保護(hù)管道的電參數(shù)，必須在管道沿線設(shè)計(jì)不同功能的測(cè)試樁。在國(guó)外的文獻(xiàn)中稱之為防腐測(cè)試站（ ）。測(cè)試樁設(shè)置原則為:——電位測(cè)試樁,一般每公里處設(shè)一支,需要時(shí)可以加密或減少；——電流測(cè)試樁,每～處設(shè)一支；——套管測(cè)試樁,套管穿越處一端或兩端設(shè)置；——絕緣接頭測(cè)試樁,每一絕緣接頭處設(shè)一支；——跨接測(cè)試樁,與其他管道、電纜等構(gòu)筑物相交處設(shè)一支；——站內(nèi)測(cè)試樁,視需要而設(shè)；——犧牲陽(yáng)極測(cè)試樁,一般設(shè)在兩組陽(yáng)極的中間部位。以上設(shè)置的測(cè)試樁,可以測(cè)取管道的保護(hù)電位、管道保護(hù)電流的大小和流向、電絕緣性能及干擾方面的參數(shù)。測(cè)試樁的功能主要區(qū)別在接線上。最簡(jiǎn)單的是電位測(cè)試樁,只需引接兩根導(dǎo)線；測(cè)管道電流要接四根導(dǎo)線；測(cè)兩者間的干擾或絕緣要在相鄰構(gòu)筑物上各引出兩根導(dǎo)線。一般來(lái)說(shuō),測(cè)試樁的功能可以結(jié)合在一起使用,有時(shí)測(cè)試樁還可和里程樁相結(jié)合。第二節(jié)

強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)一、強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的工藝計(jì)算管道陰極保護(hù)范圍的制約因素是管道防腐層電阻和管徑,它以最大保護(hù)電位和最小保護(hù)電位的臨界點(diǎn)來(lái)劃分。因此保護(hù)一條管道常常需要設(shè)一個(gè)或幾個(gè)陰極保護(hù)站。為了求得保護(hù)長(zhǎng)度,必須知道當(dāng)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(hù)電位經(jīng)過(guò)多少公里降低到最小保護(hù)電位。.管道沿線外加電位與電流的分布規(guī)律如圖所示,外加電流的電源正極接輔助陽(yáng)極,負(fù)極接在被保護(hù)管段的中央,這一點(diǎn)稱為匯流點(diǎn)或通電點(diǎn)。電流自電源正極流出,經(jīng)陽(yáng)極和大地流至匯流點(diǎn)兩側(cè)管道,在兩側(cè)金屬管壁中流動(dòng)的電流是流向匯流點(diǎn)的。因此,沿線電流密度和電位的分布是不均勻的。理論上在匯流點(diǎn)處的管道沿線電位分布的基本公式是根據(jù)下列假()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(diǎn)的單位面積過(guò)渡電阻相等。過(guò)渡電阻指電流從土壤沿徑向流入管道時(shí)的電阻,其數(shù)值主要決定于防腐層電阻。()因土壤截面積很大,土壤電阻可以忽略不計(jì)。如圖所示,在離匯流點(diǎn)。公里處取一微元段,由于通入外電流以后的陰極極化作用,小段處的管地電位往負(fù)的方向上偏移,設(shè)其偏移值為,等于通電后的保護(hù)電位與自然電位之差。設(shè)單位長(zhǎng)度金屬管道的電阻力,單位面積的防腐層過(guò)渡電阻為,單位長(zhǎng)度上電流從土壤流入金屬管道的過(guò)渡電阻為,如管外徑為,則(π)。在小段上電流的增量打就是在該小段上從土壤流入管道的保護(hù)電流,由于忽略土壤電壓降,故負(fù)號(hào)表示電流的流動(dòng)方向與的增量方向相反。當(dāng)電流軸向流過(guò)管道時(shí),由于管道金屬本身的電阻所產(chǎn)生的壓降為式()和式()為二階常系數(shù)齊次線性微分方程,其通解為式中系數(shù) 、、、可根據(jù)邊界條件求出。邊界條件通常有三種情況:()無(wú)限長(zhǎng)管段的計(jì)算:即全線只有一個(gè)陰極保護(hù)站，線路上沒(méi)有用絕緣法蘭。()有限長(zhǎng)管段的計(jì)算:即全線有多個(gè)陰極保護(hù)站，兩個(gè)相鄰站之間的管道由兩個(gè)站共同保護(hù)。()保護(hù)段終點(diǎn)有絕緣法蘭的計(jì)算:一般設(shè)有陰極保護(hù)的管道在進(jìn)入輸油站或油庫(kù)以前須裝設(shè)絕緣法蘭，以免保護(hù)電流向站內(nèi)或庫(kù)內(nèi)流失。.保護(hù)范圍的計(jì)算)無(wú)限長(zhǎng)管道的計(jì)算在匯流點(diǎn)處,,。為管道一側(cè)的電流,距匯流點(diǎn)無(wú)限遠(yuǎn)處→∞,,。將此邊界條件代入通解式()和式()得,；, 。故無(wú)限長(zhǎng)管道的外加電位及電流的分布方程式為由式（）。式（）可解出沿線各處電位與電流的相互關(guān)系為在匯流點(diǎn)處,,故匯流點(diǎn)一側(cè)的電流為匯流點(diǎn)處的總電流就是該保護(hù)裝置的輸出電流,它等于管道一側(cè)流至匯流點(diǎn)電流的兩倍,即。方程式（）和（）說(shuō)明當(dāng)全線只有一個(gè)陰極保護(hù)站時(shí),管道沿線的電位及電流值按對(duì)數(shù)曲線規(guī)律下降。在匯流點(diǎn)附近的電位和電流值變化激烈,離匯流點(diǎn)愈遠(yuǎn)變化愈平緩。曲線的陡度決定于衰減因數(shù),主要是防腐層過(guò)渡電阻的影響。如前所述,由于最大保護(hù)電位是有限度的,故匯流點(diǎn)處的電位應(yīng)小于或等于最大保護(hù)電位當(dāng)沿線的管地電位降至最小保護(hù)電位處,就是保護(hù)段的末端。故一個(gè)陰極保護(hù)站所可能保護(hù)的一側(cè)的最長(zhǎng)距離,可由式（）算出。取,,代入,可得由式（）和式（）可見(jiàn),陰極保護(hù)管道所需保護(hù)電流的大小和可保護(hù)段落長(zhǎng)度受防腐層電阻的影響很大。防腐層質(zhì)量好,則電能消耗少,保護(hù)距離也長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn),當(dāng)瀝青防腐層的施工質(zhì)量較好時(shí),管道單位面積防腐層過(guò)渡電阻能達(dá)到Ω·以上,有的達(dá)～Ω·。故目前按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,在設(shè)計(jì)計(jì)算中常取防腐層的Ω·,對(duì)于合成樹(shù)脂類防腐層均會(huì)高出此值。計(jì)算中需要注意的是,式（）中的和均為陰極極化值,相對(duì)自然電位的偏移值,而前面所述最大和最小保護(hù)電位系相對(duì)于硫酸銅電極測(cè)得的極化電位。在大多數(shù)土壤中,用硫酸銅電極測(cè)得的鋼管的自然電位約在～之間。若實(shí)測(cè)平均值為,則當(dāng)取最大保護(hù)電位為,最小保護(hù)電位為時(shí),其陰極極化值為對(duì)于長(zhǎng)度超出一個(gè)站保護(hù)范圍的長(zhǎng)距離管道,常需在沿線設(shè)若干個(gè)陰極保護(hù)站,其保護(hù)段長(zhǎng)度應(yīng)按有限長(zhǎng)管道計(jì)算。)有限長(zhǎng)管道的計(jì)算有限長(zhǎng)管道的保護(hù)段即指兩個(gè)相鄰的陰極保護(hù)站之間的管段,或兩端設(shè)有絕緣接頭的管段近似按有限長(zhǎng)考慮。其極化電位和電流的變化受兩個(gè)站的共同作用。由于兩個(gè)站的相互影響,將使極化電位變化曲線抬高,如圖—所示。因此,有限長(zhǎng)管道比無(wú)限長(zhǎng)管道的保護(hù)距離長(zhǎng),如圖＞。設(shè)兩個(gè)站間距離為,在中點(diǎn)處（）正好達(dá)到保護(hù)所需要的最小保護(hù)電位,。電位變化曲線在中點(diǎn)處發(fā)生轉(zhuǎn)折,即 。由于保護(hù)電流來(lái)自兩個(gè)站,其電流流動(dòng)方向相反,故在中點(diǎn)處電流為零,邊界條件為代入通解式（）和式（）,可得式中（）和（）分別為雙曲函數(shù)的余弦和正弦。由方程式（）、式（）得在匯流點(diǎn)處,,代入上式得匯流點(diǎn)一側(cè)電流為由公式（）可求出得有限長(zhǎng)管道一側(cè)的保護(hù)長(zhǎng)度考慮到雙曲余弦函數(shù)這項(xiàng)很小,可近似忽略,將上式簡(jiǎn)化為將有限長(zhǎng)管道與無(wú)限長(zhǎng)管道的公式進(jìn)行比較可見(jiàn):（）無(wú)限長(zhǎng)管道的電位是按指數(shù)函數(shù)的規(guī)律變化，而有限長(zhǎng)管道是按雙曲函數(shù)的規(guī)律變化，故有限長(zhǎng)管道電位和電流分布的變化較緩慢，其保護(hù)距離比無(wú)限長(zhǎng)管道長(zhǎng)。（）有限長(zhǎng)管道消耗的電能比無(wú)限長(zhǎng)管道少。管道末端有絕緣法蘭的計(jì)算與有限長(zhǎng)管道的計(jì)算結(jié)果相近，故實(shí)際工作中都按有限長(zhǎng)計(jì)算。根據(jù)上述公式，可以估算被保護(hù)管道全線所需的陰極保護(hù)站的數(shù)量及其位置（通常盡可能設(shè)在泵站或壓縮機(jī)站上）。但必須強(qiáng)調(diào)指出的是:在上述推導(dǎo)過(guò)程中忽略了土壤中的降，并認(rèn)為沿線防腐層過(guò)渡電阻均勻一致；實(shí)際上在幾十公里長(zhǎng)的管道沿線，不僅土壤電阻率變化較大，防腐層質(zhì)量也難能一致，故在設(shè)計(jì)中要留有一定的余地。)圖解法估算埋地管道陰極保護(hù)的范圍主要與平均電流密度有關(guān),與管道縱向電阻所允許的電壓降的大小有關(guān)。設(shè)管道的保護(hù)電流密度為,管道的電壓降為——單位長(zhǎng)度管道縱向電阻,Ω；——鋼管電阻率,Ω·；δ——管壁厚度，。在圖中繪出了保護(hù)范圍和保護(hù)電流密度的關(guān)系曲線。對(duì)應(yīng)方程（），的計(jì)算如下:的選擇及其埋置場(chǎng)所的處理,對(duì)節(jié)省電能消耗至關(guān)重要。值得注意的是,在選擇電源設(shè)備和運(yùn)行期間,應(yīng)考慮陰極保護(hù)系統(tǒng)輔助陽(yáng)極的接地電阻值與電源額定負(fù)載（額）相匹配。式中 額——額定輸出電壓,；額——額定輸出電流,。陽(yáng)極地床的接地電阻必須比額定負(fù)載小,才能保證所設(shè)計(jì)的保護(hù)電流的輸出。同時(shí),也要從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度分析,使該保護(hù)系統(tǒng)陽(yáng)極地床的設(shè)計(jì)與電源設(shè)備的選擇是經(jīng)濟(jì)合理的。.陽(yáng)極接地裝置的計(jì)算)接地電阻的計(jì)算輔助陽(yáng)極的接地電阻，因地床結(jié)構(gòu)不同而有所區(qū)別。各種結(jié)構(gòu)的接地電阻的計(jì)算公式可參見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。這里給出三種常用埋設(shè)方式的陽(yáng)極接地電阻計(jì)算公式。()單支立式陽(yáng)極接地電阻的計(jì)算:()深埋式陽(yáng)極接地電阻的計(jì)算:()單水平武陽(yáng)極接地電阻的計(jì)算:上三式中——單支立式陽(yáng)極接地電阻,Ω；——深埋式陽(yáng)極接地電阻,Ω；——單支水平式陽(yáng)極接地電阻,Ω；——陽(yáng)極長(zhǎng)度（含填料），；——陽(yáng)極直徑（含填料），；——埋深，；——土壤電阻率，Ω·。()組合陽(yáng)極接地電阻的計(jì)算:式中 ——陽(yáng)極組接地電阻，Ω；——陽(yáng)極支數(shù)；——修正系數(shù)（查圖）；——單支陽(yáng)極接地電阻，Ω。)輔助陽(yáng)極壽命的計(jì)算輔助陽(yáng)極的工作壽命是指陽(yáng)極工作到因陽(yáng)極消耗的時(shí)間致陽(yáng)極電阻上升使電源設(shè)備輸出不匹配,而不能正常工作。當(dāng)然,這里的壽命計(jì)算不包括地床設(shè)計(jì)不合理造成的“氣阻”,施工質(zhì)量不可靠造成的陽(yáng)極電纜斷線等因素引起的陽(yáng)極報(bào)廢。通常陽(yáng)極的工作壽命由式（）計(jì)算:式中 ——陽(yáng)極工作壽命,；——陽(yáng)極利用系數(shù),常取～；——陽(yáng)極重量,；——陽(yáng)極消耗率,(·),查表?！?yáng)極工作電流,。)所需輔助陽(yáng)極支數(shù)的計(jì)算所需輔助陽(yáng)極的支數(shù)由陽(yáng)極的設(shè)計(jì)壽命及消耗率所決定?？砂词剑ǎQ算得到陽(yáng)極的總重量,再?gòu)慕拥仉娮韬鸵?guī)格型號(hào)選取陽(yáng)極的支數(shù)。一般陽(yáng)極的設(shè)計(jì)壽命為或。例如，當(dāng)計(jì)算陽(yáng)極的總重量為時(shí)，可選擇支的支，或 支的支。前者接地電阻大，所耗電費(fèi)比后者要多而不經(jīng)濟(jì)；但前者的壽命要比后者長(zhǎng)，當(dāng)耗電量大時(shí)，這一經(jīng)濟(jì)因素更為重要。例如:年代在華北地區(qū)某輸水管道，管徑，防腐層質(zhì)量極差，所以單站耗電量達(dá)～。假定回路總電阻為Ω，陽(yáng)極接地電阻為Ω，則儀器輸出電壓為有效功率為:×取整流效率為,則實(shí)耗功率為:÷每年耗電為:× ·按當(dāng)時(shí)電價(jià)元( ·)計(jì),每年電費(fèi)為:×元陽(yáng)極壽命按年計(jì),則年電費(fèi)總計(jì)為:×元如果從設(shè)計(jì)考慮,將陽(yáng)極接地電阻從Ω降至Ω,則這筆費(fèi)用就變成了元,年電費(fèi)為元,節(jié)約了元。而降低接地電阻所需的一次投資僅為元左右（當(dāng)時(shí)價(jià)格），遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于節(jié)約下來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于陽(yáng)極數(shù)量的最經(jīng)濟(jì)選擇，可由式（）計(jì)算:將式（）微分求解得式中 ——陽(yáng)極系統(tǒng)總年均費(fèi)用；——陽(yáng)極支數(shù)；——不依賴刀的一個(gè)常數(shù)；——單支陽(yáng)極資金年回收混合利息系數(shù)；——單支陽(yáng)極年運(yùn)行電費(fèi)。例:對(duì)于在Ω·土壤中用焦炭回填的立式陽(yáng)極地床φ×，排流量為，求其最佳陽(yáng)極數(shù)量。已知:()單支陽(yáng)極接地電阻力Ω；()單支陽(yáng)極費(fèi)用元；()整流器效率為；()電費(fèi)元(·)；()折舊系數(shù)；()利用系數(shù)??；()陽(yáng)極設(shè)計(jì)壽命；() (壽命折舊下綜合投資回收的計(jì)算及年均費(fèi)用的系數(shù))取。解:二、強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).設(shè)計(jì)程序強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合陰極保護(hù)準(zhǔn)則的要求,實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù),避免對(duì)鄰近構(gòu)筑物的干擾,并給系統(tǒng)提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)計(jì)壽命。必須收集和勘測(cè)的設(shè)計(jì)資料和參數(shù)通常有:（）要收集的資料，包括管道平面線路圖，管道參數(shù)（管徑、壁厚、管材），連接方式（焊接、螺紋或機(jī)械），覆蓋層的類型及性能，套管的位置及結(jié)構(gòu)，電絕緣的位置及結(jié)構(gòu)，架空管及水下穿越的位置及結(jié)構(gòu)；（）通過(guò)勘測(cè)得到的資料，包括現(xiàn)存和規(guī)劃中的陰極保護(hù)系統(tǒng)，可能的地上、地下干擾源，特殊的環(huán)境條件，鄰近的金屬構(gòu)筑物，可供利用的電源，沿線土壤電阻率。對(duì)于已建管道作饋電試驗(yàn)，測(cè)取所需電流。另外還要收集必要的氣象資料。對(duì)于已建的管道，往往需做一些實(shí)際參數(shù)的測(cè)量，如土壤電阻率、干擾的測(cè)試。饋電試驗(yàn)、覆蓋層電阻的測(cè)試、縱向?qū)щ娺B續(xù)性的測(cè)試及電絕緣性能的測(cè)試，根據(jù)測(cè)得的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。而新建管道，有些參數(shù)是實(shí)測(cè)不了的，只能根據(jù)假設(shè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在《埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出的常規(guī)參數(shù)有:自然電位:（相對(duì)，下同）保護(hù)電位:匯流點(diǎn)電位:覆蓋層電阻:Ω·鋼管電阻率:低碳鋼，Ω·；鋼，Ω·；高強(qiáng)度鋼，Ω·電源效率:％電流密度:～μ。有了這些參數(shù)，就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，選定陰極保護(hù)站，繪制必要的設(shè)計(jì)圖紙，提出所選設(shè)備、材料的技術(shù)說(shuō)明。通常陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)圖紙有:全線陰極保護(hù)系統(tǒng)平面布置圖；電源安裝圖；地床結(jié)構(gòu)及安裝圖；電纜連接及敷設(shè)圖；陰極保護(hù)站平面圖；配電系統(tǒng)圖；測(cè)試系統(tǒng)的組成及分布圖；若有干擾，需要有排流保護(hù)設(shè)計(jì)圖；防強(qiáng)電沖擊的保護(hù)設(shè)計(jì)圖。.電源設(shè)備對(duì)有交流市電并能滿足長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定供電的地方及長(zhǎng)輸管道各中間站有可靠交流電源的地方，優(yōu)先考慮使用交流電通過(guò)整流來(lái)提供極化電源。對(duì)于單獨(dú)建站，無(wú)市電地區(qū)可選用其他第二電源。不管采用什么型式的電源，其基本要求是:可靠性高；維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便；壽命長(zhǎng)；對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；輸出電流。電壓可調(diào)；應(yīng)具有過(guò)載、防雷、故障保護(hù)。一般交流供電情況下應(yīng)選用整流器或恒電位儀。在管地電位或回路電阻有經(jīng)常性較大變化時(shí),必須使用恒電位儀。）整流器陰極保護(hù)用整流器宜采用橋式全波整流電路。其紋波系數(shù)應(yīng)滿足單相不大于 ％,三相不大于％的要求,最大溫升不得超過(guò)℃。在交流輸入端和直流輸出端應(yīng)裝有過(guò)流。防沖擊等保護(hù)環(huán)節(jié)。戶外型整流器應(yīng)能適應(yīng)當(dāng)?shù)厮幍臍夂颦h(huán)境,可裝在房頂、墻上或電桿上。通常采用油冷式整流器。）恒電位儀恒電位儀通常應(yīng)在室內(nèi)工作。其技術(shù)要求有:給定電位連續(xù)可調(diào):～電位控制精度:＜±輸入阻抗:≥Ω抗交流干擾能力:≥（）耐電壓:≥（）負(fù)載波紋系數(shù):單相，≤％；三相，≤％恒電位儀印刷電路板一般采取防潮。防鹽霧、防細(xì)菌的三防措施。）太陽(yáng)能陰極保護(hù)裝置太陽(yáng)能電池是利用半導(dǎo)體材料的光生伏打效應(yīng),將光能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種半導(dǎo)體器件。普通的太陽(yáng)能電池是由兩種不同導(dǎo)電類型,即電子型（）和空穴型（）的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的。由于光照產(chǎn)生一個(gè)與結(jié)廠內(nèi)電場(chǎng)相反的光生電場(chǎng),有了光生電動(dòng)勢(shì),接入外電路便可產(chǎn)生電流。太陽(yáng)能電池開(kāi)始是作為人造衛(wèi)星的特殊電源發(fā)展起來(lái)的。由于它不要燃料、無(wú)污染、自動(dòng)供電、無(wú)入管理、安全可靠、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),隨著它的價(jià)格下降而迅速進(jìn)入地面應(yīng)用。目前世界已建成的太陽(yáng)能陰極保護(hù)站有上千座,是油氣管道的一種廉價(jià)的電源。國(guó)內(nèi)已建設(shè)了六座太陽(yáng)能陰極保護(hù)站。就太陽(yáng)能資源而言,除了四川、西南地區(qū)之外,全國(guó)都有豐富的太陽(yáng)能可供利用。尤其是新疆西北地區(qū),年日照平均在左右,是世界上少有的一類太陽(yáng)能資源地區(qū)。）電源系統(tǒng)是英文 的縮寫,直譯為密閉循環(huán)蒸汽透平發(fā)電機(jī)。是一種工質(zhì)進(jìn)行朗肯循環(huán),具有一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)部件的密封式小型渦輪發(fā)電裝置,輸出功率范圍在～之間。主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闊o(wú)電邊遠(yuǎn)地區(qū)的電信和陰極保護(hù)電源。它將以往用于飛機(jī)設(shè)計(jì)的熱力學(xué)理論和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的先進(jìn)技術(shù),應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域,使之達(dá)到前所未有的可靠程度。的主要特點(diǎn)是:高可靠性，無(wú)需定期維修，可連續(xù)工作；便于無(wú)人值守，可通過(guò)遙控指揮裝置工作，一年內(nèi)只需幾次清除燃燒系統(tǒng)煙灰積炭和冷凝系統(tǒng)的積塵；適用多種燃料，常規(guī)的液體、氣體燃料均可應(yīng)用；安裝方便。）熱電發(fā)生器熱電發(fā)生器（）是由三部分組成的:熱源、熱電偶陣和冷卻片。工作原理如圖所示。目前加拿大環(huán)球熱電發(fā)生器已在世界各個(gè)國(guó)家，各種不同氣候條件下，推廣應(yīng)用了多臺(tái)，主要用于管道的陰極保護(hù)和通訊。熱電發(fā)生器可以用丙烷、丁烷、天然氣或柴油作燃料。它的特點(diǎn)是:高可靠性；維護(hù)要求低；噪音低，污染?。粔勖L(zhǎng)，年度保養(yǎng)費(fèi)用低；燃料來(lái)源廣泛。）風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能是自然能源的一種形式，是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的。據(jù)估計(jì)全球的風(fēng)能儲(chǔ)量約為 。假定其中的一千萬(wàn)分之一可為人類所利用，即有為可利用風(fēng)力。這個(gè)數(shù)量也就相當(dāng)于當(dāng)今世界能源的總需求量。風(fēng)能和太陽(yáng)能一樣，取之不盡，用之不竭；不污染環(huán)境，不破壞生態(tài)；周而復(fù)始，可以再生。但在利用上有兩大弊端:能量密度低；能量不穩(wěn)定。我國(guó)風(fēng)力資源十分豐富,在石油開(kāi)發(fā)的邊遠(yuǎn)地帶,充分利用風(fēng)力發(fā)電,也是國(guó)家的新能源政策之一。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)擁有量估計(jì)在萬(wàn)臺(tái)左右,居世界之首。利用廉價(jià)的風(fēng)力為管道陰極保護(hù)服務(wù)是我們的目標(biāo)之一。風(fēng)力發(fā)電的不足之處是可靠性差,風(fēng)力大時(shí)易造成機(jī)械損壞。但它的價(jià)格低,可把它作為其他能源的補(bǔ)充方式來(lái)降低整個(gè)電源系統(tǒng)的造價(jià)。）蓄電池能直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置稱為化學(xué)電源。它有蓄電池（可以重復(fù)使用）和原電池（不能重復(fù)使用）之分。以酸性溶液（常用硫酸溶液）作為電解質(zhì)的蓄電池,稱為酸性蓄電池；以堿性溶液作為電解質(zhì)的,稱為堿性蓄電池。它是不連續(xù)供電的第二電源的重要儲(chǔ)能裝置。在太陽(yáng)能電池、風(fēng)力發(fā)電中都離不開(kāi)蓄電池。）第二電源的綜合選擇在科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的今天,可供選擇的第二電源很多。選擇時(shí)主要考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性、長(zhǎng)壽命、易管理。表列出了各種電源的性能比較。在許多條件下,有時(shí)幾種能源綜合利用可以達(dá)到可靠性。經(jīng)濟(jì)性的最佳效果。如風(fēng)電一光電混合發(fā)電系統(tǒng),光電混合系統(tǒng)等。在新疆輪庫(kù)輸油管道上,曾就兩個(gè)中間站分別采用光電和風(fēng)一光互補(bǔ)混合供電作了比較,采用風(fēng)一光互補(bǔ)形式供電比只用光電節(jié)約投資三分之一,是無(wú)電地區(qū)陰極保護(hù)電源的發(fā)展方向.輔助陽(yáng)極）陽(yáng)極地床的結(jié)構(gòu)由于輔助陽(yáng)極工作性質(zhì)決定了陽(yáng)極是處于電解狀態(tài),這就要求在設(shè)計(jì)輔助陽(yáng)極地床時(shí),應(yīng)考慮兩個(gè)問(wèn)題,一是陽(yáng)極材料的消耗,二是陽(yáng)極氣體產(chǎn)物的逸放。前者是材料本身的性能,后者則取決于地床結(jié)構(gòu)。一般陽(yáng)極應(yīng)在焦炭回填料地床中工作。這種結(jié)構(gòu)的作用是:等效地增大了陽(yáng)極體積，降低陽(yáng)極接地電阻；把陽(yáng)極土壤的工作界面轉(zhuǎn)移到填料土壤界面上，減小陽(yáng)極消耗，延長(zhǎng)陽(yáng)極壽命；利于陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體（，，等）逸出，防止“氣阻”。圖所示為焦炭作用的實(shí)例。為利于氣體的逸出,在焦炭地床的上部還要填放一些粗砂或礫石,有些地方還要用多孔塑料管插至陽(yáng)極地床中心,一是用于排氣,二是必要時(shí)可以往里注水。典型的立式和水平式陽(yáng)極地床結(jié)構(gòu)如圖所示。）陽(yáng)極材料①高硅鑄鐵。早在年就研制成功了耐蝕的高硅鑄鐵,直到年才把它引入強(qiáng)制電流陰極保護(hù)中。年,含％的高硅鑄鐵問(wèn)世,極大地提高了材料抗氯離子腐蝕的能力,擴(kuò)大了高硅鑄鐵陽(yáng)極的應(yīng)用范圍。高硅鑄鐵是在鐵中加入了大量的硅,才提高了其耐蝕性能。圖所示為硅的含量對(duì)腐蝕率的影響。從圖中可以看出,含量不小于％,又不大于％時(shí),能保持較低的腐蝕率。增加含量對(duì)耐蝕性改善不大,反倒導(dǎo)致機(jī)械性能變壞,強(qiáng)度下降,硬度升高,工藝性能差。表列出了型高硅鑄鐵陽(yáng)極的規(guī)格尺寸。目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的雙端接頭陽(yáng)極是兩端都有導(dǎo)線,使用時(shí)分別引接在兩根匯流母線上,這樣既降低了端部效應(yīng),又提高了陽(yáng)極接頭的可靠性。在年代又發(fā)展了一種新型的管狀硅鐵陽(yáng)極,其特點(diǎn)是電纜接頭放在陽(yáng)極中間部位,可提高陽(yáng)極利用率％。②石墨陽(yáng)極。石墨陽(yáng)極是用石油焦和瀝青兩種材料按一定比例加工焙燒而成,并經(jīng)過(guò)℃的石墨化工藝把焦炭和瀝青轉(zhuǎn)變成石墨。為了提高石墨陽(yáng)極的耐蝕性能,陽(yáng)極棒體要進(jìn)行浸漬工藝,即用石蠟或亞麻子油浸漬。浸漬可以降低氣孔,抑制可能引起陽(yáng)極脹裂或過(guò)早失效的表面氣體的析出或碳的氧化。表－、表－所列是常用石墨陽(yáng)極性能及規(guī)格。③磁性氧化鐵陽(yáng)極。磁性氧化鐵陽(yáng)極是用磁性氧化鐵粉末鑄造成中空有底的圓筒形，厚度約為～。主要成分:，％～％（約占％，約占％～％）；，％～％；而、、分別是％～％。磁性氧化鐵電阻率是～Ω·，是石墨電阻率的倍，壁厚比石墨薄，所以，要在圓筒內(nèi)鍍銅來(lái)提高導(dǎo)電性。由于鑄件中含有氣孔，當(dāng)水浸入時(shí)，電纜接頭易斷裂，所以必須進(jìn)行水壓試驗(yàn)，排除次品。此外，磁性氧化鐵陽(yáng)極有硬和脆的缺點(diǎn)。磁性氧化鐵陽(yáng)極制造工藝較為困難,使得目前世界只有為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家可以生產(chǎn)。④鋼鐵陽(yáng)極。廢鋼鐵是我國(guó)早期管道陰極保護(hù)輔助陽(yáng)極的主體材料。其特點(diǎn)是:材料來(lái)源廣，施工方便，價(jià)格低，沒(méi)有氣阻現(xiàn)象。因其管狀體積大，增大了和土壤的接觸面積，特別適用高電阻率環(huán)境中。這一點(diǎn)對(duì)于西部石油開(kāi)發(fā)有著實(shí)際意義，因那里有時(shí)方圓幾百公里就找不到Ω·以下的土壤環(huán)境。鋼鐵陽(yáng)極消耗率在～(·)間，屬可溶性陽(yáng)極，需要定期更換。⑤柔性陽(yáng)極。美國(guó)公司研制出一種新產(chǎn)品——導(dǎo)電聚合物陽(yáng)極。它是將導(dǎo)電性聚合物擠塑在銅芯上,作為輔助陽(yáng)極用,外形和塑料電纜差不多,柔性很好,施工起來(lái)也類似于電纜敷設(shè),所以是一種很受歡迎的輔助們極材料。它特別適用于高電阻率環(huán)境、管道覆蓋層質(zhì)量劣化的場(chǎng)合；它可以平行管道敷設(shè),改善了沿線的電流分布。故對(duì)于站內(nèi)管網(wǎng)、幾何形狀不規(guī)則的管道特別有益。目前國(guó)內(nèi)已研制出這類產(chǎn)品。表－列出柔性陽(yáng)極的性能。⑥碳類回填料。通常使用的填料有三種,即煤焦油焦炭、搬燒的石油焦和天然及人造的石墨渣。冶金焦炭渣也是常選填料之一?；靥钣玫慕固吭鼘?duì)組分要求是；灰分低于％,含碳量高于％,顆粒度在～。⑦其他。在工程實(shí)踐中,國(guó)外還有一種鈦基金屬氧化物線性陽(yáng)極。在深井中使用,有施工方便、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；在罐底布置成網(wǎng)格狀的線形金屬氧化物陽(yáng)極,有電流分布均勻的特點(diǎn)。）陽(yáng)極地床位置的選擇輔助陽(yáng)極地床位置（簡(jiǎn)稱陽(yáng)極區(qū)）的選擇要考慮以下因素:①陽(yáng)極區(qū)距管道的垂直距離。距離愈大，電位分布愈均勻。但無(wú)限拉大距離將會(huì)增加陽(yáng)極引線的電阻，并增加建設(shè)投資。按－推薦，這一距離以為宜。②土壤電阻率。陽(yáng)極區(qū)盡量選在土壤電阻率低的地方，因?yàn)榈碗娮杪士墒龟?yáng)極接地電阻變小，減少電能的消耗。③土壤濕度。土壤濕度大有利于陽(yáng)極工作,防止氣阻現(xiàn)象,故在實(shí)際中常把陽(yáng)極區(qū)選在河邊、溝底等低洼地帶。④土地的利用。不占或少占耕地。⑤干擾影響。陽(yáng)極區(qū)周圍盡量避開(kāi)金屬構(gòu)筑物。⑥地域規(guī)劃。不得在近期規(guī)劃區(qū)內(nèi)建立陽(yáng)極地床。⑦安裝的難易。根據(jù)施工機(jī)具和地上、地下環(huán)境情況確定,以求安裝費(fèi)用最低。⑧生態(tài)環(huán)境。這是近些年來(lái)提出的新問(wèn)題,以不破壞生態(tài)環(huán)境為好。在西部石油工程建設(shè)中；遇到一個(gè)新的問(wèn)題,即在近百公里范圍內(nèi),土壤電阻率都在Ω·以上,地下深層又都是巖層,電阻率也很高。此時(shí)常規(guī)設(shè)計(jì)的方法不能滿足要求,柔性陽(yáng)極敷設(shè)是可選用的方法之一。陽(yáng)極地床通常有兩種形式,即淺埋地床和深埋地床。在淺埋地床中又可分為立式和水平式（圖－）兩種。當(dāng)周圍設(shè)施多或地表層土壤電阻率太高,不宜埋設(shè)地床時(shí),就應(yīng)考慮深井地床。深井地床一般埋深在地下～,施工費(fèi)用較高。典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖－。第三節(jié)犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)一、犧牲陽(yáng)極材料犧牲陽(yáng)極材料的選擇主要是看合金的性能及其化學(xué)成分,特別是合金元素的含量和雜質(zhì)的含量。合金的金相組織對(duì)陽(yáng)極性能也有著重要的影響。.鎂及鎂合金鎂是周期表中第二族化學(xué)元素。原子序數(shù)為，熔點(diǎn)℃，密度為。鎂及鎂合金是理想的犧牲陽(yáng)極材料。它的優(yōu)點(diǎn)是密度小，電位負(fù)，極化率低，單位質(zhì)量發(fā)生電量大；不足之處是電流效率低（約％）。作為犧牲陽(yáng)極應(yīng)用的鎂及鎂合金有三大系列:高純、－、－－－。它們的性能列在表－中。）高純鎂作為犧牲陽(yáng)極用的鎂材料應(yīng)是高純鎂（含鎂大于％）。它具有電位負(fù)、機(jī)械加工性好的優(yōu)點(diǎn)。因其負(fù)電位大,故有時(shí)又稱為高電位鎂陽(yáng)極。它適合于加工成帶狀陽(yáng)極,在電阻率較高的土壤和水中使用。高純鎂中的雜質(zhì)含量對(duì)其陽(yáng)極性能影響很大。主要的雜質(zhì)有、、、，特別是的含量較高。由于這些金屬在電位序中有較正的電位，引起自腐蝕而使鎂陽(yáng)極效率降低。錳的加入可以抑制鐵的影響，因?yàn)殄i可以使鐵在熔鑄過(guò)程中沉淀出來(lái)。留在合金中的鐵元素，則被錳包圍起來(lái)，使鐵不能產(chǎn)生陰極性雜質(zhì)的有害作用、影響較小的有、、、、、、. 、等。）－合金加入錳時(shí),鎂合金的耐蝕性提高,這是因?yàn)殄i易于發(fā)生偏析,而與沉積在浴鍋底的鐵生成化合物的緣故。鎂錳合金的強(qiáng)度極限隨著溫度的升高而顯著降低,而延伸率則大大增加。當(dāng)－合金作為犧牲陽(yáng)極用時(shí),其電流效率的高低取決于原料純度,越純電流效率越高,電位也越負(fù)。鎂錳也是高電位陽(yáng)極,它適合于鑄造和擠壓兩種加工方式,主要用于高電阻率環(huán)境中。）－－－合金這類合金有－－－、－－－、－－－幾種。其中性能較好,廣泛使用的犧牲陽(yáng)極是－－－合金。－－－合金陽(yáng)極的開(kāi)路電位為（）,在試驗(yàn)室試驗(yàn)的電流效率為％左右,表面溶解均勻,是土壤中應(yīng)用最廣泛的陽(yáng)極材料。影響這類陽(yáng)極電流效率的是含鐵量,標(biāo)準(zhǔn)－中要求含量小于％。若用普通的電解鎂錠作原料是不合適的,必須要用高純的蒸餾鎂,因此制造的成本較高。近年來(lái)全國(guó)各地陸續(xù)誕生了一些小鎂廠,采用硅熱法生產(chǎn)鎂,此法又叫皮江法（－）。用硅鐵在真空和高溫的條件下還原般燒白云石,直接制取金屬鎂,此法生產(chǎn)的鎂是鎂蒸餾后結(jié)晶得來(lái),所以所含雜質(zhì)很少,非常適合用來(lái)制造鎂合金陽(yáng)極。對(duì)于上述三種鎂陽(yáng)極,習(xí)慣上稱前兩種叫高電位鎂陽(yáng)極,后一種為標(biāo)準(zhǔn)鎂陽(yáng)極。按陽(yáng)極形狀又可分為塊狀（棒形）鎂陽(yáng)極和帶狀鎂陽(yáng)極。因帶狀鎂陽(yáng)極局限在高電阻率環(huán)境中應(yīng)用,所以一般只能用高電位材料來(lái)制造,目前多以高純鎂制造。.鋅及鋅合金鋅是一種很普通的金屬,原子量,相對(duì)密度,化合價(jià)為,熔點(diǎn)℃。鋅陽(yáng)極的種類主要有高純鋅、－、－－。鋅的電極電位比鐵負(fù),表面不易極化,是理想的犧牲陽(yáng)極材料。鋅不僅可以用于低電阻率土壤中,還可廣泛用于海洋中。鋅陽(yáng)極的性能列于表－中。）高純鋅鋅的標(biāo)準(zhǔn)電位為（）,在海水中高純鋅的穩(wěn)定電位是向負(fù)向偏移,為（）。在值約為～范圍內(nèi),鋅的自溶性不大；在值為～的海水中,熱力學(xué)上唯一可能的過(guò)程是鋅溶解形成不溶性的()。()不溶于海水中,而積聚在鋅的表面上,阻正了它的自溶。鋅表面上形成碳酸鹽,也使鋅在海水中易鈍化。雜質(zhì)對(duì)陽(yáng)極行為和自溶性有很大影響。當(dāng)雜質(zhì)存在時(shí)，微電池的作用使金屬表面上堅(jiān)固的氫氧化物和氫氧化物一碳酸鹽沉淀物的形成速度上升。這些沉淀物阻止鋅的進(jìn)一步溶解。世界各國(guó)對(duì)鋅陽(yáng)極的開(kāi)發(fā)通過(guò)兩個(gè)途徑:一是采用未合金化的鋅，但限制雜質(zhì)含量，如 －中Ⅱ型陽(yáng)極，其含量＜％；二是采用低合金化的合金，同時(shí)減少其雜質(zhì)，如－、合金。）三元鋅合金溶解性能好，電流效率高，制造容易，價(jià)格低廉，所以得到廣泛應(yīng)用。添加元素和的作用有:使晶粒細(xì)化；消除雜質(zhì)的不利影響。添加％的，可與％的形成固溶體。這種固溶體的電位比純鐵負(fù)，減弱了鋅合金的自腐蝕作用。添加％的，形成的腐蝕產(chǎn)物變得疏松并容易脫落。在鋅內(nèi)添加％的和％的,可使鋅內(nèi)和的允許含量分別為 ％和％,使得陽(yáng)極生產(chǎn)變得容易些。當(dāng)?shù)暮看笥冢r(shí),會(huì)使陽(yáng)極表面的均勻溶解受到影響,而且陽(yáng)極的工作電位正向偏移,陽(yáng)極效率也明顯下降。）－二元鋅合金和其他鋅合金一樣,對(duì)于－合金的研究也是從合金元素的作用及雜質(zhì)的含量對(duì)陽(yáng)極的電化學(xué)性能的影響兩個(gè)方面進(jìn)行。研究結(jié)果表明,含有％～％和％～％時(shí),合金具有良好的電化學(xué)性能。合金在共晶溫度時(shí),鋁在鋅中最大溶解度是％； 隨著溫度的降低,溶解度下降,在室溫時(shí)為％～％。合金的電位隨著含量從到％～％,電位從變化到；進(jìn)一步增加含量,合金的負(fù)電位就下降,含為％時(shí),電位值為。合金的電流效率隨著含量從到％～％變化,其值從％增加到％；當(dāng)含山量大于％時(shí),電流效率急劇下降,在％時(shí),電流效率為％。鐵雜質(zhì)對(duì)－合金的電流效率影響非常明顯。當(dāng)鐵含量從％提高到％時(shí),含有％的－合金的電流效率從％降到％。目前，這三種鋅陽(yáng)極在國(guó)內(nèi)均已商品化，且廣泛應(yīng)用在海水和土壤中。由于鋅陽(yáng)極的驅(qū)動(dòng)電壓只有－，所以產(chǎn)生的電流只有鎂陽(yáng)極的三分之一。國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)均對(duì)鋅陽(yáng)極在土壤中的應(yīng)用加以限制:國(guó)標(biāo) 限制為Ω·以下， 指出在多水的環(huán)境下可提高到Ω·以下使用，還有不少文獻(xiàn)把鋅陽(yáng)極限制在Ω·以下。這主要考慮的是經(jīng)濟(jì)性。.鋁合金鋁在電動(dòng)序中位于鎂和鋅之間,原子量,化合價(jià)為,相對(duì)密度,熔點(diǎn)℃；理論電容量·,是鋅的倍,鎂的倍。原料來(lái)源容易,制造工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉。但無(wú)論是金屬鋁還是鋁合金,表面都極易鈍化,只能通過(guò)合金化來(lái)限制和阻止表面形成連續(xù)性氧化膜,促進(jìn)表面活化,使合金具有較負(fù)的電位和較高的電流效率。常用的鋁合金陽(yáng)極的電化學(xué)性能列在表中。鋁陽(yáng)極材料來(lái)源豐富,且在海水中有良好的電化學(xué)性能,所以在船舶、港口碼頭。鉆井平臺(tái)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。但在土壤中到目前為止還未有成功的報(bào)道,主要是陽(yáng)極的腐蝕產(chǎn)物氫氧化鋁膠體在土壤中無(wú)法疏散,使陽(yáng)極鈍化而失效。即使在海泥中,其性能也不如鋅陽(yáng)極。在年代,美國(guó)化學(xué)公司研制的Ⅲ型合金,把鋁陽(yáng)極的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到海泥、熱鹽水及電阻率較高的淡鹽水里,保護(hù)海灣和河口的鋼構(gòu)筑物。這種陽(yáng)極的性能列在表中。從國(guó)內(nèi)的實(shí)踐看,當(dāng)在土壤電阻率小于Ω·。時(shí),氯離于含量高的海邊灘地,鋁陽(yáng)極還有一定的應(yīng)用價(jià)值。值對(duì)鋁的腐蝕速度和電位影響很大:值在～的范圍時(shí)，鋁的溶解在其表面形成含水氧化物（·），從而形成高電阻膜引起鋁的鈍化，電位較高，溶解速度很慢；當(dāng)＞時(shí)，鋁的溶解部分形成鋁酸鹽，含水氧化物開(kāi)始溶解，這時(shí)鋁的溶解速度增加，電位急劇地向負(fù)向移動(dòng)。在實(shí)用中,無(wú)論海水、淡水,還是土壤中值都很少大于,因此鋁具有相當(dāng)?shù)拟g化性。以上介紹的各種犧牲陽(yáng)極的規(guī)格、成分及性能,詳見(jiàn) 及 。二、犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì).陽(yáng)極種類的選擇犧牲陽(yáng)極種類的選擇主要根據(jù)土壤電阻率、土壤含鹽類型及被保護(hù)管道覆蓋層狀態(tài)來(lái)進(jìn)行。表列出了不同電阻率的水和土壤中陽(yáng)極種類的選擇。一般來(lái)說(shuō),鎂陽(yáng)極適用于各種土壤環(huán)境中；鋅陽(yáng)極適用于電阻率低的潮濕環(huán)境；而鋁陽(yáng)極還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),國(guó)內(nèi)已有不少實(shí)踐推薦用于低電阻率、潮濕和氯化物的環(huán)境中。.工藝計(jì)算）犧牲陽(yáng)極接地電阻的計(jì)算單去立式圓柱形犧牲陽(yáng)極無(wú)填料時(shí)，接地電阻按式（）計(jì)算，有填料時(shí)，則按式（）計(jì)算:單支水平式圓柱形犧牲陽(yáng)極有填料時(shí)，接地電阻按式（）計(jì)算:上述三式的適用條件為 >>,>>上三式中——立式陽(yáng)極接地電阻,Ω；——水平式陽(yáng)極接地電阻,Ω；——土壤電阻率,Ω·；——填包料電阻率,ρ·；——陽(yáng)極長(zhǎng)度,；——陽(yáng)極填料層長(zhǎng)度,；——陽(yáng)極等效直徑,；——填料層直徑,；——陽(yáng)極中心至地面的距離,。多支陽(yáng)極并聯(lián)總接地電阻比理論值要大,這是因?yàn)殛?yáng)極之間屏蔽作用的結(jié)果?？筛鶕?jù)陽(yáng)極之間的間距加以修正,修正系數(shù)由圖查出。Ω；式中 總——陽(yáng)極組總接地電阻,——單支陽(yáng)極接地電阻,Ω；——并聯(lián)陽(yáng)極支數(shù)；η——修正系數(shù),查圖。）陽(yáng)極輸出電流的計(jì)算陽(yáng)極輸出電流是由陰、陽(yáng)極極化電位差除以回路電阻來(lái)計(jì)算,見(jiàn)式（）。式中 ——陽(yáng)極輸出電流,；——陽(yáng)極開(kāi)路電位,；——陰極開(kāi)路電位,；——陽(yáng)極化電位,；——陰極極化電位,；——陽(yáng)極接地電阻,Ω；——陰極接地電阻,Ω；——回路導(dǎo)線電阻,Ω；△——陽(yáng)極有效電位差,。當(dāng)忽略、時(shí),就成了右邊的簡(jiǎn)式。）陽(yáng)極支數(shù)的計(jì)算根據(jù)保護(hù)電流密度和被保護(hù)的表面積可算出所需保護(hù)總電流,再根據(jù)單支陽(yáng)極輸出電流,即可計(jì)算出所需陽(yáng)極支數(shù)。一般要取～倍的裕量。式中——所需陽(yáng)極支數(shù)；——所需保護(hù)總電流,；——單支陽(yáng)極輸出電流,。）陽(yáng)極壽命的計(jì)算根據(jù)法拉第電解原理,犧牲陽(yáng)極的使用壽命可按式（）計(jì)算,陽(yáng)極利用率取。式中 ——陽(yáng)極工作壽命,；——陽(yáng)極質(zhì)量,；——陽(yáng)極輸出電流,；ω——陽(yáng)極實(shí)際消耗率,(·)在實(shí)際工程中,犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)壽命可選為～。.犧牲陽(yáng)極地床）地床的構(gòu)造為保證犧牲陽(yáng)極在土壤中性能穩(wěn)定，陽(yáng)極四周要填充適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)填包料。其作用有:使陽(yáng)極與填料相鄰，改善了陽(yáng)極工作環(huán)境；降低陽(yáng)極接地電阻，增大陽(yáng)極輸出電流；填料的化學(xué)成分有利于陽(yáng)極產(chǎn)物的溶解，不結(jié)癡，減少不必要的陽(yáng)極極化；維持陽(yáng)極地床長(zhǎng)期濕潤(rùn)；對(duì)化學(xué)填包料的基本要求是:電阻率低；滲透性好；不易流失；保濕性好。犧牲陽(yáng)極填包料用袋裝和現(xiàn)場(chǎng)鉆孔中填裝兩種方法。注意袋裝用的袋子必須是天然纖維織品，嚴(yán)禁使用化纖織物。現(xiàn)場(chǎng)鉆孔填裝效果雖好，但填料用量大，稍不注意容易把土粒帶入填料中:影響填包質(zhì)量。填料的厚度應(yīng)在各個(gè)方向均保持 ～為好。表為目前常用犧牲陽(yáng)極填包料的化學(xué)配方。）陽(yáng)極形狀針對(duì)不同的保護(hù)對(duì)象和應(yīng)用環(huán)境,犧牲陽(yáng)極的幾何形狀也各不相同。主要有棒形、塊（板）形、帶狀、斕式等幾種。在土壤環(huán)境中多用棒形犧牲陽(yáng)極,陽(yáng)極多作成梯形截面或形截隊(duì) 根據(jù)陽(yáng)極接地電阻的計(jì)算而知,接地電阻值主要決定于陽(yáng)極長(zhǎng)度,也就決定了陽(yáng)極輸出功率,其截面的大小才決定陽(yáng)極的壽命。帶狀陽(yáng)極主要應(yīng)用在高電阻率土壤環(huán)境中,有時(shí)也用于某些特殊場(chǎng)合,如臨時(shí)性保護(hù)、套管內(nèi)管道的保護(hù)、高壓干擾的均壓柵（環(huán)）等。騰形陽(yáng)極只適用于水下或海底管道的保護(hù)。塊（板）狀陽(yáng)極多用于船殼、水下構(gòu)筑物、容器內(nèi)保護(hù)等。）陽(yáng)極地床的布置犧牲陽(yáng)極的分布可采用單支或集中成組兩種方式；陽(yáng)極埋設(shè)分為立式、水平式兩種；埋設(shè)方向有軸向和徑向。陽(yáng)極埋設(shè)位置一般距管道外壁～,宜小于。埋設(shè)深度以陽(yáng)極頂部距地面不小于為宜。對(duì)于北方地區(qū),必須在凍土層以下。成組埋設(shè)時(shí),陽(yáng)極間距以～為宜。在地下水位低于的干燥地帶,犧牲陽(yáng)極應(yīng)當(dāng)加深埋設(shè)；對(duì)河流、湖泊地帶,犧牲陽(yáng)極應(yīng)盡量埋設(shè)在河床（湖底）的安全部位,以防洪水沖刷和挖泥清淤時(shí)損壞。在城市和管網(wǎng)區(qū)使用犧牲陽(yáng)極時(shí),要注意陽(yáng)極和被保護(hù)構(gòu)筑物之間不應(yīng)有其他金屬構(gòu)筑物,如電纜、水、氣管道等。陽(yáng)極組的間距,對(duì)于長(zhǎng)輸管道為一組／,對(duì)于城市管道及站內(nèi)管網(wǎng)以～一組為宜。圖是犧牲陽(yáng)極埋設(shè)示意圖。三、犧牲陽(yáng)極的施工犧牲陽(yáng)極的施工除了上面地床結(jié)構(gòu)中提到的陽(yáng)極埋深。陽(yáng)極與管道的相對(duì)位置、陽(yáng)極間距及陽(yáng)極地床處的地下水位之外，還要注意的有如下幾個(gè)方面:.陽(yáng)極表面準(zhǔn)備陽(yáng)極表面應(yīng)無(wú)氧化皮、無(wú)油污、無(wú)塵土，施工前應(yīng)用鋼絲刷或砂紙打磨。.電纜焊接陽(yáng)極電纜和鋼芯可采用銅焊或錫焊連接。焊接后未剝皮的電纜端應(yīng)與鋼芯用尼龍繩捆扎結(jié)實(shí),陽(yáng)極焊接端和底端兩個(gè)面應(yīng)采用環(huán)氧樹(shù)脂絕緣,以減輕陽(yáng)極的端部效應(yīng)。.填包料的施工一般填包料可在室內(nèi)準(zhǔn)備,按重量調(diào)配好之后,根據(jù)用量干調(diào)、濕調(diào)均可。濕調(diào)的陽(yáng)極裝袋后應(yīng)在當(dāng)天埋入地下。不管干調(diào)還是濕調(diào)均要保證填包料的用量足夠,并保證回填密實(shí)。陽(yáng)極就位后,先回填部分細(xì)土,然后往陽(yáng)極坑中澆一定量的水,然后再大回填土。.電纜的施工陽(yáng)極電纜可以直接和管道連接,也可通過(guò)測(cè)試樁中接線盒連接。電纜和管道采用鋁熱焊接方式連接。連接處應(yīng)采用和管道防腐層相融的材料防腐絕緣。電纜要留有一定的裕量,以適應(yīng)回填松土的下沉。四、犧牲陽(yáng)極的測(cè)試與管理.輸出電流的測(cè)量由于陽(yáng)極的輸出電流很小,多為級(jí),所以對(duì)其測(cè)量方法一般要求較嚴(yán)。其儀器內(nèi)阻愈小愈好,通常采用“零阻電流表”（國(guó)產(chǎn)的電偶腐蝕計(jì)具有此項(xiàng)功能）來(lái)測(cè)量。若沒(méi)有零阻電流表,可用標(biāo)準(zhǔn)電阻法來(lái)測(cè)量。要注意標(biāo)準(zhǔn)電阻的精確度,其阻值不宜選得太大（一般Ω較合適）,以免造成回路電阻失真。對(duì)于要求不嚴(yán)的管理測(cè)量中,用數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)測(cè)其電流,監(jiān)視陽(yáng)極運(yùn)行狀況即可。注意應(yīng)選用萬(wàn)用表中電流檔中內(nèi)阻最小的一擋。.陽(yáng)極有效電位差的測(cè)量這是犧牲陽(yáng)極的專用參數(shù)。應(yīng)把參比電極放置在盡量靠近管道和陽(yáng)極的兩個(gè)位置,測(cè)得閉路電位之差就視為陽(yáng)極有效電位差。在實(shí)際中,往往因?yàn)閰⒈入姌O無(wú)法靠近測(cè)試對(duì)象,所以測(cè)得的數(shù)值意義不大。.管道電位的測(cè)量注意參比電極應(yīng)盡量靠近管道。當(dāng)評(píng)價(jià)保護(hù)效果時(shí),參比電極應(yīng)置于兩組陽(yáng)極的中間部位管道上方。由于犧牲陽(yáng)極連接后無(wú)法測(cè)量管道的自然電位,應(yīng)在測(cè)試樁處埋設(shè)一片與管道相同材質(zhì)的輔助試片,供作測(cè)量自然電位用。.套管內(nèi)管道保護(hù)電位的測(cè)量若在套管內(nèi)裝有帶狀陽(yáng)極,要測(cè)量套管內(nèi)管道的保護(hù)電位,參比電極應(yīng)放置在套管內(nèi),并和電解質(zhì)接觸。此項(xiàng)測(cè)試在實(shí)際中較困難,一般只限于分析問(wèn)題時(shí)用。.犧牲陽(yáng)極的管理一般說(shuō)來(lái),犧牲陽(yáng)極的管理很簡(jiǎn)單,只要一年或半年測(cè)量一次保護(hù)電位便可。若可能,可在回路中串入一個(gè)可調(diào)電阻,以控制陽(yáng)極初期較大的輸出電流。這樣不但可以充分利用陽(yáng)極電流,還可以延長(zhǎng)陽(yáng)極的使用壽命。這樣的調(diào)試,一年只需進(jìn)行一次。五、犧牲陽(yáng)極的特殊應(yīng)用.作接地極用由于犧牲陽(yáng)極的工作可以起到接地、防蝕兩個(gè)功能，所以在實(shí)踐中可以用犧牲陽(yáng)極來(lái)代替過(guò)去慣用的銅或鋼接地極。這樣作有兩個(gè)好處:不影響構(gòu)筑物的本身陰極保護(hù)；若無(wú)陰極保護(hù)，不會(huì)因?yàn)榻拥囟饦?gòu)筑物的電偶腐蝕。以接地為主要功能的陽(yáng)極從材料上和形狀上都不同于防蝕用的犧牲陽(yáng)極。.作參比電極用對(duì)于一些無(wú)法接近的構(gòu)筑物的某些部位（如儲(chǔ)罐底板外壁中心）的監(jiān)測(cè)及恒電位儀的基準(zhǔn)訊號(hào)。無(wú)入遙測(cè)裝置,都要求有一個(gè)能長(zhǎng)期埋地的穩(wěn)定電位的參比電極。由于帶有填包料的鋅和鎂犧牲陽(yáng)極,它們極化小、電位穩(wěn)定、壽命長(zhǎng),正好滿足了要求。土壤中常用的鋅參比電極的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示。相對(duì)電極電位的鋅參比電極電位值為。.防干擾的接地電池在交流干擾影響范圍內(nèi)及雷電多發(fā)區(qū),為了防止強(qiáng)電沖擊引起的破壞,需要在絕緣接頭兩側(cè)或電力接地體與管道之間裝設(shè)由犧牲陽(yáng)極構(gòu)成的接地電池。它由兩支或四支犧牲陽(yáng)極（多用鋅陽(yáng)極）用塑料墊塊隔開(kāi)并成雙地綁在一起,共同裝在填滿導(dǎo)電性填包料的袋子里,如同犧牲陽(yáng)極各引出一根導(dǎo)線接至相鄰的兩側(cè)。一旦有強(qiáng)電沖擊,強(qiáng)大的電涌將通過(guò)填料的低電阻,傳到另一側(cè)而不損壞被保護(hù)構(gòu)筑物。典型的接地電池見(jiàn)圖。.防交流干擾這是接地功能之一。應(yīng)用領(lǐng)域不同,所起作用也就不一樣。當(dāng)強(qiáng)電線路與輸油、氣管道平行接近時(shí),管道上必然感應(yīng)產(chǎn)生危及管道和人身安全的次生電壓。為消除或減輕這一干擾危險(xiǎn),通常可采用接地排流。當(dāng)采用犧牲陽(yáng)極接地排流時(shí),可起到排流和保護(hù)雙重功能。例如一條與寶成電氣鐵路平行的成品油管道（φ× ,長(zhǎng)）,兩者平行間距～,最高感應(yīng)電壓達(dá)。當(dāng)采用犧牲陽(yáng)極接地后，降至（因陽(yáng)極支數(shù)少，當(dāng)?shù)仉娮杪视执?，使得接地電阻偏大，加上?yáng)極組間隔大，因而排流效果不太理想）。國(guó)外有一實(shí)例:在與高壓線平行的管道，感應(yīng)電壓高達(dá)；按間隔埋設(shè)鎂陽(yáng)極排流，排流后感應(yīng)電壓降至，管道本身還處于陰極保護(hù)之中。對(duì)于操作入員可能觸及到的管道附件（如閥門等），可在地面下安裝鎂帶環(huán)或鋅帶環(huán)，用等電位原理來(lái)確保入身安全。圖所示為接地環(huán)的示意圖。第四節(jié)

陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量一、強(qiáng)制電流參數(shù).管地電位)地表參比法將參比電極放置在垂直管道（或管頂）的地表面上，通過(guò)電壓表測(cè)量管道與參比電極間的電位。如圖。注意事項(xiàng):①電壓表的內(nèi)阻應(yīng)大于Ω，一般數(shù)字萬(wàn)用表均可滿足這一要求；②參比電極應(yīng)采用電極,其材質(zhì)應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求；③參比電極和土壤應(yīng)保持良好電接觸。）近參比法將參比電極盡量靠近管道表面,其測(cè)試要求同上。如圖。）閉路（移動(dòng)參比）法此法和前二種類似,只是將參比電極在地面上沿管道的正上方逐點(diǎn)移動(dòng),以測(cè)出各點(diǎn)的管地電位。如圖。）電位測(cè)量中的降所謂降系指保護(hù)電流在介質(zhì)中流動(dòng)所形成的電阻壓降。在管入池電位測(cè)量中,降引起測(cè)量誤差,應(yīng)予以消除。降是由參數(shù)和共同作用的,通常多在幾十毫伏到幾百毫伏之間。消除降的測(cè)量技術(shù)對(duì)提高電位測(cè)量的準(zhǔn)確性有很大的意義。以下村常用的測(cè)量方法作簡(jiǎn)要介紹。() 瞬間斷電法這是最為普通的方法,斷電意味著,因而。斷電之后,管地電位立即降落下來(lái),然后再慢慢衰減。前面這一電位瞬間急落便是降成分。有關(guān)“瞬間”概念的數(shù)量級(jí),取決于濃差極化的程度和可能產(chǎn)生擴(kuò)散的速率。一般在沙質(zhì)透氣性土壤中為級(jí)或更小。從圖中可以形象的看出陰極保護(hù)準(zhǔn)則概念中的幾個(gè)基數(shù),為通電保護(hù)電位,含有降；為斷電瞬間極化電位,不含降,這是準(zhǔn)則所確認(rèn)的的位置。以為起始點(diǎn),測(cè)量極化電位的衰減,測(cè)得的去極化電位差,便是保護(hù)電位準(zhǔn)則的實(shí)質(zhì)。瞬間斷電法要求管道上所有相連的接地保護(hù),犧牲陽(yáng)極均須斷開(kāi),管道上多個(gè)陰極保護(hù)裝置也要同時(shí)斷開(kāi),在測(cè)試點(diǎn)處不應(yīng)有雜散電流的干擾,測(cè)量中應(yīng)使用響應(yīng)速度極快的自動(dòng)記錄儀,如型萬(wàn)用示波表。有時(shí),由于管道覆蓋層缺陷大小不同,導(dǎo)致極化程度的不一致。斷電后,這種極化程度的不一致又會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生局部宏觀腐蝕電池,使得斷電后電位中仍含有降成分。()試片斷電法管道斷電法固然能消除降影響,但由于條件所限和不同環(huán)境因素的存在,使得對(duì)該法的使用受到限制,為此推出試片斷電法。在測(cè)試點(diǎn)處埋設(shè)一裸試片,其材質(zhì)、埋設(shè)狀態(tài)要和管道相同,試片和管道電纜連接,這樣就模擬了一個(gè)覆蓋層的缺陷,由管道提供保護(hù)電流進(jìn)行極化（如圖所示）。測(cè)量時(shí),只需斷開(kāi)試片和管道的連接導(dǎo)線,就可測(cè)得試片斷電電位,從而避免了切斷管道主保護(hù)電流及其他電連接的麻煩；雜散電流的影響極小可忽略不計(jì),而且不存在斷電后的極化差異的宏電池作用；本方法對(duì)工程應(yīng)用較為實(shí)際,使用中應(yīng)對(duì)測(cè)試樁的功能加以補(bǔ)充,并設(shè)置埋設(shè)試片及長(zhǎng)壽命參比電極,以供測(cè)試。應(yīng)注意試片的極化時(shí)間要足夠長(zhǎng)。()極化探頭法此法類似試片斷電法,是把輔助試片和參比電極預(yù)先組裝在一起,構(gòu)成探頭（如圖所示）。探頭由鋼盤、參比電極和電解質(zhì)組成,外部用絕緣體隔離,只留一個(gè)多孔塞子作為測(cè)量通路。這樣的結(jié)構(gòu)可避免外界電流的干擾,使參比電極和鋼盤間的壓降最小。鋼盤用和管道相同的材質(zhì)作成,并用導(dǎo)線與管道相連。極化探頭法最適用于雜散電流區(qū)域的電位測(cè)量。用探頭測(cè)得的電位平滑可靠,不含干擾成分。表是東北某管道排流工程中使用探頭與地表參比電極測(cè)試的數(shù)據(jù)比較。()原位參比法該法為近參比法,只是將參比電極固定埋設(shè)在管道的最近處,最大限度地降低了被測(cè)表面與參比電極間的電阻（）,使得降誤差減小到最小。應(yīng)用于長(zhǎng)距離管道,克服了地表參比法由于位置差異可能造成的誤差,提高了數(shù)據(jù)的可比性。不過(guò),對(duì)于高電阻、大電流狀態(tài)、且參比電極位置又沒(méi)對(duì)準(zhǔn)覆蓋層缺陷時(shí),降誤差仍然存在。這是因?yàn)榻抵饕a(chǎn)生在靠近被測(cè)表面的幾個(gè)位置上。()土壤電