管道的腐蚀与防护.ppt

管道的腐蚀与防护,第一节 腐蚀的定义和类型 第二节 管道的腐蚀控制 第三节 管道阴极保护的基本知识 第四节 阴极保护系统的管理与维护,第一节 腐蚀的定义和类型,一 腐蚀的定义 二 腐蚀的分类 三 腐蚀的基本原理,第一节 腐蚀的定义和类型,一、腐蚀的定义 从广义上讲，腐蚀是材料和环境相互作用而导致的失效。这个定义包含了所有的天然和人造材料，例如塑料、陶瓷和金属。我们通常所研究的腐蚀是金属的腐蚀，金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学作用所引起的金属损失的现象和过程。 金属为什么会发生腐蚀？从热力学的知识来解释：金属从矿石中提炼出来时，需要提供很大的能量，使其处于一个高能级状态。这些矿石是典型的金属氧化物，如用来炼钢的赤铁矿（Fe2O3）。热力学的一个规律是材料总是趋向最低能量状态存在，换句话说，大多数金属处于热力学不稳定状态，具有寻求低能量状态的倾向，如氧化物或其他化合物。所以，金属转化成低能量氧化物的过程称为腐蚀。,腐蚀问题遍及国民经济和国防建设的各个部门，大量的管道、设备和构件等因腐蚀而损坏报废，由此增加的维修更新费用不仅加大了企业的生产成本，对安全生产也造成了极大的隐患，给国民经济带来巨大的损失。据统计，1975年美国由于腐蚀造成的经济损失约为700亿美元，占当年国民经济总值（GDP）的4.2，1986年高达1260亿美元，1995年上升到3000亿美元。我国石油行业1987年统计因腐蚀泄漏的容器为0.14台/年，管道因腐蚀泄漏达2万次/年，石化系统1989年统计的腐蚀损失约20亿元。2003年10月发表的中国腐蚀调查报告指出：我国腐蚀损失为5000亿元/年，占GDP的5，其中20的腐蚀可以避免，可节省1000亿元。因此，减缓和控制腐蚀对企业、国家都有着极其重要的意义。,成品油管道是埋地的钢铁构件，腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素。管道穿越各种不同类型的土壤和河流湖泊，土壤冬季、夏季的冻结和融化，地下水位变化，以及杂散电流等复杂的埋设条件是造成外腐蚀的主要原因。它不仅造成因穿孔而引起的油、气、水泄露损失，以及由于维修所带来的材料和人力上的浪费，停工停产所造成的损失，而且还可能因腐蚀引起火灾。由于管道埋于地下，很难直观地对其进行腐蚀状态的检查，所以给管道防腐蚀带来一定的难度。为此，有计划地开展管道防腐层的修复工作，加强防腐蚀工程的综合治理是管道安全运营的重要保障。,二、腐蚀的分类,腐蚀按材料的类型可分为金属腐蚀和非金属腐蚀，就腐蚀破坏的形态分类，可分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是一种常见的腐蚀形态，包括均匀的全面和不均匀全面腐蚀。局部腐蚀又分为点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等。按腐蚀的机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。金属管道常见的腐蚀按其作用原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。,1.化学腐蚀,化学腐蚀指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀是在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂间直接进行，因而没有电流产生。,电化学腐蚀指与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并与流过金属内部的电子流和介质中定向迁移的离子联系在一起。阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程。阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原过程。,2.电化学腐蚀,三、腐蚀的基本原理,腐蚀的基本原理是腐蚀原电池理论。由于不同金属本身 的电偶序（即电位）存在着差别，当两种金属处于同一电解质 中，并由导体连接这两种金属时，腐蚀电池就形成了。电流通 过导体和电解质形成电流回路，此时两种金属之间的电位差越 大，则电路产生的电压越大。腐蚀电池一旦形成，阳极金属表 面因不断地失去电子，发生氧化反应，使金属原子转化为正离 子,形成以氢氧化物为主的化合物,也就是说阳极遭到了腐蚀;而 阴极金属则相反，它不断地从阳极处得到电子，其表面因富集 了电子，金属表面发生还原反应，没有腐蚀现象发生。腐蚀过 程可表示如下: 氧化反应：Fe-Fe2+2e 还原反应：O2+2H2O+4e-4OH- 2H2O+2e-H2+2OH-,图1-1 腐蚀电池示意图,以下是腐蚀电池形成的充分必要条件： 1)必须有阴极和阳极。 2)阴极和阳极之间必须有电位差（这种电位差因金属内晶间、应力、疲劳程度、电偶等的差异的存在以及金属表面缝隙、氧浓差等现象的存在，极容易在同一金属结构体内形成）；亦可在两个不同电位金属间形成。 3)阴极和阳极之间必须有金属的电流通道。 4)阴极和阳极必须浸在同一电解质中，该电解质中有流动的自由离子。 一旦具备以上条件，腐蚀电池即形成并开始工作。换言之，金属开始发生电化学腐蚀。然而，上述4项条件中，我们只要阻止其中一项，即可阻止金属的电化学腐蚀。 不同金属结构之间（包括同元素金属）的腐蚀电池主要由不同金属结构的不同电位所存在的电位差形成的。金属的电位序列见下表。,表1-1 金属的电位序列,以上序列表中是常见金属结构所采用的材料，选择其中任意两种的话，处于上方的为阳极，处于下方的为阴极。两种金属在电连接的情况下，如果满足上述腐蚀电池形成的条件，阳极将加速腐蚀，而阴极则停止或减缓腐蚀。 同一种金属结构内的腐蚀电池也是普遍存在的，它同样导致了金属的电化学腐蚀。同种金属内部不同部位的电位差是因为金属内部不可避免地存在着晶间、应力、疲劳、电偶、缝隙等诸多因素而产生的，这些诸多的因素又是金属结构在冶炼、加工、安装、焊接等过程中造成的。这就导致在同一金属结构内部存在着众多小范围的阳极区和大片的阴极区。结构一旦处于电解质的环境中，腐蚀电池即开始工作。由于阳极区是分散的、小范围的，故此时结构表现出来的是孔蚀，也称为点蚀。,以管道为例：由于上述的多种原因，管道某一处与另一处的电位可能存在着差异，因而在管道内部形成了阴极区和阳极区。阴极区和阳极区之间的电位差即是形成腐蚀电池的基本条件。同一种材料的金属，由于新旧程度的不同，其内部的晶体结构是有明显的差异的，一般新结构的电位较负，为阳极；旧结构的电位较正，为阴极，新旧结构连接后，新结构的腐蚀速度加快。结构外界的环境差异也是形成腐蚀电池的原因，如由于结构周围土壤密度的不同而形成的氧浓差电池。氧浓差电池最明显的例子为钢筋混凝土结构，处于混凝土中的钢筋，其周围物体的致密度极大，表现为阴极区；处于混凝土以外的钢筋周围物体的致密度相对地小，表现为阳极，其腐蚀速度加快。,思考题,1、什么是腐蚀？ 2、什么是金属腐蚀？ 3、什么是电化学腐蚀？ 4、简述腐蚀原电池的原理。 5、腐蚀原电池形成的充分必要条件是 什么？,第二节 管道的腐蚀控制,一 管道腐蚀控制的基本方法 二 管道的外防腐层 三 管道防腐层的维护,第二节 管道的腐蚀控制,一、管道腐蚀控制的基本方法 管道腐蚀的控制方法应根据腐蚀机理的不同和所处环境条件的不同，采用相应的腐蚀控制方法，其基本原则有以下几方面： 1、选用在该管道具体运行条件下的适用钢材和焊接工艺； 2、选用管道防腐层及阴极保护的外防护措施； 3、控制管输流体的成分，如净化处理除去水及酸性组分； 4、使用缓蚀剂控制内腐蚀； 5、选用内防腐涂层； 6、建立腐蚀监控和管理系统。 长距离的输油管道一般采用防腐绝缘层与阴极保护相结合的防腐系统，在实践应用中有较好的防腐效果。,1、管道防腐绝缘层 防腐绝缘层是埋地输油管道防腐技术措施的重要组成部分，它将钢管与外部土壤环境介质隔离开来，使腐蚀电池的回路电阻增大，以阻碍腐蚀作用，从而减缓金属的腐蚀速度。防腐绝缘层常用的防腐材料及涂层主要有石油沥青、煤焦油瓷漆、聚乙烯胶带、聚乙烯塑料、环氧粉末树脂、硬质聚氨酯泡沫塑料等，以及近年来发展的双层和多层复合PE结构，如三层PE防腐结构。,2、管道的阴极保护 管道的阴极保护是利用外加的牺牲阳极或外加电流，消除管道在土壤中腐蚀原电池的阳极区，使管道成为其中的阴极区，从而受到保护。阴极保护分为牺牲阳极法与强制电流法两种。 （1）牺牲阳极法：在管道上连接一种电位更负的金属和合金，如镁、铝等，连接上的金属成为牺牲阳极，使管道成为阴极受到保护 （2）外加电流法：将被保护的管道与直流电源的负极相连，把辅助阳极与电源正极连接，使管道成为阴极受到保护。,3、排流保护 杂散电流是指在土壤介质中存在的一种大小、方向都不固定的电流，管道受到的杂散电流腐蚀是由于外界的杂散电流使处于电解质溶液中的金属发生电解而造成的腐蚀。其腐蚀来源有两种，一种是直流杂散电流腐蚀来源：直流电气化铁路、地下电缆漏电、电解电镀车间、直流电焊机等。另一种是交流杂散电流腐蚀来源：高压交流输电线路、交流电气化铁路供电线路等。,杂散电流虽然会引起管道的腐蚀，但利用杂散电流也可以对管道实施阴极保护，即排流保护。通常的排流保护有以下三种： （1）直接排流保护：当杂散电流的极性稳定时（直流干扰），管道接干扰源的负极，在排流的同时管道得到保护。 （2）极性排流保护：当杂散电流的极性正负交变时（交流干扰），通过串入二极管将杂散电流正向排回干扰源，保留负向电流作阴极保护。 （3）强制排流：在没有杂散电流时通过电源、整流器供给管道保护电流，当有杂散电流存在时，利用排流进行保护。,二、管道的外防腐层 1、管道的外防腐层的基本要求 （1）与金属有良好的粘结性； （2）电绝缘性能好； （3）防水及化学稳定性好； （4）有足够的机械强度和韧性，耐热和抗低温脆性； （5）耐阴极剥离性能好； （6）抗微生物腐蚀； （7）破损后易修复，并要求价格低廉和便于施工。 2、埋地管道防腐层的主要种类 埋地管道的防腐层种类主要有石油沥青、环氧粉末涂层、3层PE以及聚乙烯胶粘带等，其防腐层结构及使用条件如下表：,表2-1 常见管道防腐层结构及特点,在选择防腐层时，应根据每一种防腐层的适用范围，选择能满足管道沿线环境防腐要求防腐层，在此基础上考虑施工方便、经济合理等因素，通过技术经济综合分析与评价确定最佳方案。,3、单层熔结环氧粉末 （1）性能 熔结环氧粉末防腐涂层最早于1961年由美国开发成功并应用于管道防腐工程，之后在许多国家得到进一步的开发和应用。由于熔结环氧粉末防腐涂层与钢管表面粘结力强、耐化学介质侵蚀性能、耐温性能等都比较好，抗腐蚀性、耐阴极剥离性、耐老化性、耐土壤应力等性能也很好，使用温度范围宽(普通熔结环氧粉末为-30100，成为国内外管道内外防腐涂层技术的主要体系之一。但由于涂层较薄，抗尖锐物冲击力较差，易被冲击损坏，不适合于石方段，适合于大部分土壤环境和定向钻穿越粘质土壤。,(2)结构 熔结环氧粉末涂层简称FBE，FBE外涂层为一次成膜的结构，环氧粉末外涂层的厚度如下表3-5的规定。 表2-2埋地钢质管道单层环氧粉末外涂层厚度,(3)涂敷 涂敷时钢管外表面喷(抛)射除锈等级应达到GB/T 8923中规定的Sa2.5级，钢管表面的锚纹深度应在40l00m范围内，并应监测环氧粉末涂敷之前瞬间的钢管外表面的温度，并把温度控制在粉末生产商的推荐范围内，但最高不得超过275。 FBE涂层用电火花检漏仪做漏点检测时，检测电压以5V/m计，测量电压按最小厚度计算。 (4)修补 在FBE管道上发现缺陷时，应先清除掉缺陷部位的所有锈斑、鳞屑、裂纹、污垢和其他杂质及松脱的涂层；将缺陷部位打磨成粗糙面， 用干燥的布或刷子将灰尘清除干净，用双组分液体环氧树脂涂料进行局部修补。,(5)应用 从国内实际工程看，FBE防腐涂层的损伤缺陷较多，有的管道工程尽管是在平原水网地段采用FBE防腐管，但由于储存、吊装、运输、安装过程保护不当，甚至是人为破坏造成的损伤缺陷非常普遍，有的防腐管多达数十处。造成FBE防腐管损伤缺陷较多的原因主要在于其抗冲击性能和耐划伤性能不足。应该根据国内的实际环境条件和应用要求，确立合适的冲击等性能要求，促使粉末涂料和涂敷工艺控制的质量提高。更重要的是应该加强吊装、运输和安装等过程中对防腐层的保护措施。,4、双层熔结环氧粉末 双层环氧粉末外涂层为复合涂层结构；由防腐型环氧粉末底层和抗机械损伤型环氧粉末面层一次喷涂成膜完成。 双层环氧粉末防腐涂层由于在普通FBE上复合了一层增塑型环氧粉末涂料，在保持单层FBE涂层优良特性的基础上，增强了防腐涂层的抗冲击、耐划伤能力以及抗渗透性。这种防腐涂层的涂敷工艺与单层熔结环氧粉末涂层相似，只是需要增加1套环氧粉末喷涂系统，2套静电喷涂系统紧挨着连续涂敷，中间有一个交叉过渡区间，确保两层环氧粉末完全融合为一体。 普通级涂层厚度要求：涂层总厚度大于或等于620m，适用于一般敷设环境条件，其中涂层的底层最小厚度为250m，面层最小厚度为370m 。 加强级涂层厚度要求：涂层总厚度大于或等于800m，适用于特殊敷设环境条件，其中涂层的底层最小厚度为300m，面层最小厚度为500m 。,双层熔结环氧粉末具有和三层PE相近的综合性能，机械性能高，涂层表层光滑。另外可避免阴极屏蔽问题，与阴极保护系统的匹配比三层PE好，最适于定向钻穿越段使用。 双层熔结环氧粉末是针对管道单层熔结环氧粉末防腐涂层(FBE)在工程应用中存在抗冲击强度不足和耐划伤性能比较差的问题，美国于1992年推出管道双层熔结环氧粉末防腐涂层系统。近年来，国内也有多家单位研究开发了双层环氧粉末材料及其工程应用技术，并在管道工程中进行了实际应用，如:宁波南京、上海进口原油管道工程长江穿越段、仪征长岭原油管道工程的定向钻穿越段等都采用了双层环氧粉末防腐层。另外，镇-杭、浙苏等成品油管道也都采用环氧粉末防腐。,5、聚乙烯防腐层 （1）防腐层结构 三层结构聚乙烯防腐层简称3PE，其底层为环氧粉末涂料，中层为胶粘剂，外层为聚乙烯，防腐层厚度见表3-8，焊缝部位的防腐层厚度不应小于表中规定值的70%：,表2-3 三层聚乙烯防腐层厚度,注：要求防腐层机械强度高的地区，规定使用加强级；一般情况采用普通级。,（2）性能 3PE第一层为环氧涂料，第二层为胶粘剂，第三层为挤出聚乙烯，各层之间相互紧密粘接，形成一种复合结构，取长补短。它利用环氧粉末与钢管表面很强的粘结力而提高粘结性；利用挤出聚乙烯优良的机械强度、化学稳定性、绝缘性、抗植物根茎穿透性、抗水浸透性等来提高其整体性能，使得三层PE防腐涂层的整体性能表现更为突出，更为全面，适用于对覆盖层机械性能、耐土壤应力及阻水性能要求较高的苛刻环境，如碎石土壤、石方段、土壤含水量高、植物根系发达地区。,（3）涂敷 在防腐层涂敷前，先清除钢管表面的油脂和污垢等附着物，并对钢管预热后进行表面预处理，钢管预热温度为4060。表面预处理质量应达到涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB/T 8923中规定的Sa2.5级的要求，锚纹深度达到50m75m。钢管表面的焊渣、毛刺等应清除干净。 应用无污染的热源将钢管加热至合适的涂敷温度，环氧粉末涂料均匀地涂敷到钢管表面；胶粘剂的涂敷必须在环氧粉末胶化过程中进行；聚乙烯层的涂敷可采用纵向挤出工艺或侧向缠绕工艺。公称直径大于5OOmm的钢管，宜采用侧向缠绕工艺。采用侧向缠绕工艺时，应确保搭接部分的聚乙烯及焊缝两侧的聚乙烯完全辊压密实，并防止压伤聚乙烯层表面;采用纵向挤出工艺时，焊缝两侧不应出现空洞。聚乙烯层涂敷后，确保熔结环氧涂层固化完全，然后用水冷却至钢管温度不高于60。 防腐层的漏点工厂内采用在线电火花检漏仪检查时，检漏电压为25kV，在施工现场检漏时，检漏电压为15kV。,（4）修补 在3PE管道上发现缺陷时，对小于或等于30mm的损伤，宜采用辐射交联聚乙烯补伤片修补。修补时，先除去损伤部位的污物，并将该处的聚乙烯层打毛。然后将损伤部位的聚乙烯层修切成圆形，边缘应倒成钝角。在孔内填满与补伤片配套的胶粘剂，然后贴上补伤片，补伤片的大小应保证其边缘距聚乙烯层的孔洞边缘不小于100mm 。贴补时，应边加热边用辊子滚压或戴耐热手套用手挤压，排出空气，直至补伤片四周胶粘剂均匀溢出。 对大于30mm的损伤，先除去损伤部位的污物，将该处的聚乙烯层打毛，并将损伤处的聚乙烯层修切成圆形，边缘应倒成钝角。在孔洞部位填满与补伤片配套的胶粘剂，贴上补伤片。最后，在修补处包覆一条热收缩带，包覆宽度应比补伤片的两边至少各大50mm。 补伤时也可以先清理表面，然后用双组分液态环氧涂料防腐，干膜厚度与主体管道相同，然后贴上补伤片或再加热收缩带。 补伤质量应检验外观、漏点及粘结力等三项内容，用电火花检漏仪进行漏点检查时，检漏电压为l5kV。,（5）应用 管道聚乙烯防腐涂层技术是指通过挤压包覆或缠绕聚乙烯获得管道外防腐涂层的技术。目前，这种防腐层技术包括2PE、3PE以及3PP，是目前国内管道外防腐的主要技术体系之一，尤其是3PE防腐层技术得到十分广泛的应用。最早的管道聚乙烯防腐层技术是1950年由美国公司研制成功，之后逐渐在世界上许多国家得到发展和成功应用。我国从1995年开始引进3PE防腐层涂敷技术，已在陕京管线、库鄯管线、涩宁兰管线、兰成渝管线、忠武管线、西气东输和陕京二线等一系列的重大管道建设项目中得到应用，并取得了很好的应用效果。 3PP防腐层的结构原理和涂敷工艺与3PE是一致的，两者的主要差别在防腐层的使用温度:聚乙烯防腐层只能适用于80以下的管道外防腐；而聚丙烯防腐层可以适用于12O以下的管道外防腐。比如，中国石油在苏丹承建的输油管道就采用了3PP防腐层，来抵御当地的高温环境条件。,3PE防腐层在国内应用只有10来年，在国外应用了20多年。目前国内外对该防腐层应用效果的评价普遍较好，对其使用中产生缺陷的报道很少，报导的主要缺陷有漏点、剥离、阴极剥离、阴极保护屏蔽、剥离防腐层膜下腐蚀等，而且大部分有关缺陷的报导还是停留在理论推测阶段。例如:阴极保护屏蔽的问题，到目前还没有关于3PE防腐层实际运行中出现的阴极保护屏蔽的实例。在对经几年运行的三层聚乙烯防腐管进行现场检查时，切开与钢管剥离但没有缺陷的防腐层并没有发现钢管产生腐蚀，钢管表面仍然成表面处理后的金属本色。通过对欧洲聚乙烯防腐层30年的应用史的回顾，虽然理论上剥离防腐层下会发生腐蚀或应力腐蚀开裂，实际上还没有发现剥离防腐层下出现膜下腐蚀或应力腐蚀开裂的案例。阴极剥离产生的条件是在阴极保护的条件下，防腐层有漏点，且钢管表面有水等腐蚀介质存在。当防腐层完好，没有缺陷，介质不能到达金属表面时，不会引起阴极剥离。国内外的调查结果显示:3PE防腐层的主要缺陷为施工、运行中的机械损伤导致的防腐层破损。,6、冷缠带 冷缠带防腐层由底漆、防腐胶粘带构成。胶带基膜可以是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯，基膜上有一层丁基胶或EVA等胶粘剂，根据管道防腐的需要，通过缠绕不同层数的胶粘带可以组成不同等级的胶带防腐层。冷缠带具有绝缘性能好、吸水率和湿气渗透率低、无污染等优点，采用冷缠施工，简单易行。钢管外表面除锈达到Sa2或St3级，先刷底漆，再缠冷缠带，可采用机械缠绕或半机械化缠绕，缠绕时应具有一定的拉力，各圈间应平行，不得扭曲皱折，始、末端应压贴使其不翘起，保证胶带层紧密连接。表观：沿管线目视检查，表面应平整，搭接均匀，无皱折，无凸起，无破损。管道使用电火花检漏仪检查管道防腐层，检漏电压约为9kV14kV。,表2-4 冷缠带性能,国内外的应用表明聚乙烯胶带防腐层的主要缺陷为耐土壤应力差、易起皱变形，而且起皱变形的速率与管径和土壤条件有关。其缺点在于老一代胶带的粘结性能较差，尤其是对聚乙烯背材的剥离强度低，搭接部位容易进水，同时由于聚乙烯胶带防腐层的阴极保护屏蔽效果，导致防腐层下的腐蚀甚至是应力腐蚀开裂。,近几年，国内外的聚乙烯胶带有了较大的改进和提高，主要有: （1） 通过改善聚乙烯内带的机械强度，多数厂家推荐的聚乙烯胶带防腐层不再加保护外带，通过增加聚乙烯胶带的搭接层数来调整防腐层等级，简化了现场的施工管理和质量控制。 （2.）改进和提高了胶粘剂层的质量，特别是与聚乙烯背材粘结力低的问题得到了大幅度的改善，采用的厚胶层具有较好的自愈性，可以弥补局部损伤的漏点，克服了胶带防腐层容易进水的缺点。 （3） 研制采用了带有增强纤维的聚丙烯防腐胶带，可用于要求抗冲击强度较大的场合，扩大了胶带防腐层的应用范围。,7、现场补口及质量检验 管道防腐层的补口工艺主要有：环氧涂料现场静电喷涂、无溶剂双组分液态环氧现场冷涂、热收缩套(带)、聚乙烯防腐胶带等。 (1)环氧涂料现场静电喷涂工艺与管道原有环氧涂层相容性好，但操作工艺相对复杂，工艺控制比较严格，控制不好时涂膜的防腐蚀性能大幅度下降，同时对环境和气候比较敏感，所以施工质量不易掌握； (2)无溶剂双组分液态环氧现场冷涂，施工方便，抗土壤应力和机械性能好，不易产生阴极屏蔽； (3)热收缩套(带)施工简便，先刷环氧底漆，后热收缩套(带)包裹，但管体表面须严格预热且加热温度与材料的收缩不同步，易引起涂层的附着力下降。聚乙烯防腐胶带和热收缩套易产生剥离，涂层开裂时易产生阴极保护屏蔽； 目前国内管道补口多采用环氧树脂/辐射交联聚乙烯热收缩套(带)三层结构。管道对接焊好后，接口处的焊渣、焊接飞溅物等用电动工具、钢丝刷等彻底清除干净，再喷砂除锈至钢管表面呈现出均匀的近白色光泽，达到GB/T 8923 Sa2.5级，然后刷配套环氧底漆，用火焰加热器对补口部位进行预热，按产品说明书的要求控制预热温度并进行补口施工，补口后热收缩带表面应平整，无皱折、无气泡、无烧焦炭化等现象；热收缩带周向及固定片四周应有胶粘剂均匀溢出。,补口质量应检验外观、漏点及粘结力等三项内容： 补口的外观应逐个检查，热收缩套 (带)表面应平整，无皱 折、无气泡、无烧焦炭化等现象;热收缩套 (带)周向及固定片 四周应有胶粘剂均匀溢出。 每一个补口均应用电火花检漏仪进行漏点检查。检漏电压为 15kV。若有针孔，应重新补口并检漏，直至合格。 对补口后热收缩套 (带)的粘结力进行检验，在管体温度为 25土5时的剥离强度应不小于5ON/cm。每100个补口至少 抽测一个口，如不合格，应加倍抽测；若加倍抽测全不合格， 则该段管线的补口应全部返修。 热收缩套(带)分2类，一类用在普通管段，包括：防腐环 氧底漆层、收缩带热熔胶、补口热收缩带；另一类适用于定向 钻穿越管段，热收缩带系统包括：防腐环氧底漆层、收缩带热 熔胶、补口热收缩带、收缩带前端的耐磨牺牲带，耐磨牺牲带 宽度为150200mm。,其产品符合下表的规定： 表2-5 热收缩套（带）的产品规格要求,三、管道防腐层的维护,1、防腐层失效的原因 （1）防腐层类型选择不当 （2）防腐补口的质量不好 （3）外力破坏造成防腐层损伤 （4）防腐层自然老化 （5）阴极保护的参数不适当 （6）管理不善,2、防腐层的维护 管道的腐蚀几乎都发生在防腐层严重缺陷或破损的地方，由于管道埋在地下，不便于直接观测和检查，加上土壤环境条件复杂多变，给防腐层的管理维护带来困难。防腐层的维护主要采取以下措施： （1）经常监测防腐层状况。通常采用定期进行防腐层缺陷检漏、防腐层绝缘电阻测量等方法，分析阴极保护参数的变化情况及原因，判定防腐层质量及损伤程度。 （2）防腐层分级管理。对不同管段、不同状况的防腐层，按其技术状况分级，分别采用不同的维修对策。目前对防腐层是根据其绝缘电阻值从大到小分为五个级别：优、良、中、差、劣。最差的一级需要及时维修更换原有的防腐层。 （3）制定实施维修计划。对检测确定的不同级别的防腐层，分别采取定期检测、修补或更换的措施。,3、防腐层检测 防腐层检测分地面检测和地下检测，地面检测有外观、厚度、粘结力及电火花检漏等；地下检测有管道定位、埋深、音频检漏、防腐层绝缘电阻率检测等。 为了能达到预期的防腐效果, 防腐管道在埋地前必须保证其防腐层质量完好, 这就需要对防腐层质量进行检测, 检测防腐层涂敷是否均匀，厚度是否达到要求。还要检测涂层在工厂制作或运输中是否造成针孔缺陷、裂纹等。管道焊接后的防腐处理是否符合质量要求。管道在埋地后仍应定期或不定期进行防腐层检测, 检测其在埋地后的防腐层质量变化情况: 有否破损? 破损点位置、大小；有否盗油卡子? 防腐层绝缘电阻变化速率等, 对埋地管道防腐层状况作出确切的评估，并提出处理建议。需进行检测的防腐管段, 如果未知其在地表投影的准确位置, 则应首先进行目标管线的位置、走向、埋深探查, 以后再进行防腐检测。,（1）电火花检漏 高压电火花检测法是国内外广泛用于在防腐层表面检测涂层质量的常用方法。这一方法操作简便、直观、效率高，且对涂层本身没有破坏，属无损检测，一般用于在线检测和管道施工过程中检测。 目前用于高压电火花检测法的仪器称电火花检漏仪, 亦称涂层针孔检测仪。高压输出连续可调；目前国内生产此类仪器的厂家较多, 应用较为广泛的为国产SL系列电火花检漏仪。它由主机、高压枪、探极等部分组成。 （2）音频信号检漏法 音频信号检漏法也称“人体电容法”，就是用人体作检漏仪的感应元件, 通过相应的仪器进行埋地管道防腐层破损检测。它是目前国内输油、输气管道维护和检测的通用方法，用这种方法检测防腐层破损点灵活方便, 速度快效率高(两人一天可检测5km左右)。,基本原理及方法 当发射机向被检测的管道上施加交流信号时, 若该管道防腐层有破损, 管道金属部分与大地短路，在防腐层破损点处便会有泄漏电流流入土壤中，这样在管道防腐层破损漏点和土壤之间就会形成电压差，且在接近破损点的部位电压差最大(见图3-1)，用仪器在埋设管道的地面上方即可检测到这种电位异常(见图3-2)，据此即可发现管道防腐层破损点。作“人体电容法”时两位检漏员分别与检测仪的检测线芯线两端相连，两人保持5-6m的距离，沿管线以步行速度前进，当走到漏点附近时, 仪器显示器信号发生变化，漏点中心信号最强，数值最大，据此即可找到漏蚀点(见图3-3)。据此信号强度变化, 来判断防腐层有无破损, 并可根据信号异常分布特征来确定漏点位置, 推测漏点大小。该仪器探管、检漏同步进行，方便快捷,成功率高。,图2-1 泄漏点在地底下等电位示意图,图2-2 泄漏点在地平面等电位示意图,图2-3 人体电容法(纵向)检漏示意图,适用性 音频信号检漏法适用于一般地段的埋地管道防腐层检漏，不适用于露空管道、覆盖层导电性很差的管道、水下管道、套管内的管道的防腐层地面检漏；水田或沼泽地、高压交流电力线附近的埋地管道，使用本法进行防腐层检漏比较困难。 设备 音频检漏仪主要由发射机、寻管仪 (探管仪)、接收系统及其配套的电源系统组成。 二台接收机中一台探管仪是用来探查管道位置、走向、深度；另一台检漏仪用于接收管道防腐层破损点信号。,测量步骤 a) 发射机的蓄电池应事先充满电，寻管仪、接收机装好电池，并在合适的地方将发射机的信号输出端用仪器的短线与管道连接，长线与接地极连接。 b) 按仪器的使用说明书调节发射机的输出电流。 c) 按仪器的使用说明书设定寻管仪的寻管方式和接收机的灵敏度。 d) 两位检测人员按使用说明书戴好腕表，接好电缆，在距发射机接入点30m以后，沿管顶一前一后行走，前面人员携带寻管仪，后面人员携带接收机，保证两名检测人员一直沿着管顶前进。 e) 当接收机的声、电信号越来越强时，预示着前进方向出现破损点，当手持寻管仪者走到破损点正上方时，声、电信号最强；两人继续前进，声、电信号逐步减弱，当破损点位于两人的几何中心点时，信号最弱；两人继续前进，声、电信号又逐步增强，当后面持接收机者位于破损点正上万时，声、电信号第二次达到最强。 f) 测量中两次声、电信号最强，一次声、电信号相比最弱的位置，即为防腐层破损点的正上方。确定破损点准确位置后，作好地面标志和记录坐标位置。 局限性 采用音频检漏法测量技术，在破损点处其声、电信号强度受多种因素的影响，不是经验非常丰富的人员，难以根据信号的强度判定破损点的大小。,（3）交流电流衰减法 基本原理 在具有防腐层的管道上施加一交变电流信号时, 该信号自发射点开始将沿着管道向两侧传输, 该管中电流可看作线电流, 其在管中传输时的衰减持性符合下式。 I=I0 e-X 式中：I 在管道上方读取的任意一点的电流强度值； I0发射机向管道供入的电流值； X测量点到发射点的距离； a 衰减系数（与管道防腐层绝缘电阻率，管道直径、厚 度，材质等有关）。 电流信号强度裒減与传输距离、管道电导率、信号频率等参数按持定的函数关系进行。当管道防腐层完好时管中电流对数值与距离(X)成线性关系, 其电流衰减率取决于防腐层的绝缘电阻,因此可根据电流衰减率的大小来反算防腐层的绝缘电阻,评估防腐层的质量,并可对破损点进行定位。,适用性 交流电流衰减法(PCM)适用于任何交变磁场能穿透的覆盖层下的管道外防腐层质量检测。不适用于高压交流输电线地区、处于钢套管、钢丝网加强的混凝土配重层(套管)的管道。对埋地管道的埋深、位置、分支、外部金属构筑物、大的防腐层破损，能给出准确的信息；根据电流衰减的斜率，可以定性确定各段管道防腐层质量的差异，为更准确的防腐层破损点详查提供基础。 设备 目前一般采用进口的PCM管内电流测量仪。该仪器包括发射机和接收机两大单元，以及配套的电源设备、连接线、接地电极等。接收机用于对沿管道传送的特殊信号电流进行探测，并显示信号电流的强度和方向，可以直接读出该处管道电流、埋深等数据。,测量步骤 a) 在和管道的连接点，按仪器的使用说明书连接好发射机的输出和电源接线，并保证接地良好。 b) 根据需要选定合适的检测频率和输出电流。 c) 检查接收机电池，必要时更换新电池。 d) 调整接收机的接收频率，使其与发射机的检测频率一致。 e) 按照使用说明书，设定接收机的定位方式为峰值法或峰谷法，并对管道定位。 f) 沿目标管道正上方，使用接收机跳跃式测量并记录发射机施加在管道上的信号电流值，并对测量点位置 (里程或坐标)予以记录，测量点的间隔根据实际需要确定是加密还是放宽，当两点间的电流量变化较大时，应在这两点之间加密测量点，尽可能找到电流突变点;并在电流衰减异常(斜率增大)的管段位置使用信号旗或其它合适的标志插在地面上作标记。,数据处理 当管道防腐层有破损时，防腐层破损点就会有电流漏失，由于电流漏失使管中电流减小，管道周围产生的磁场强度会减弱，接收机测出的管道电流强度数值就会出现异常。根据各测量点的电流值和距离数据，利用计算机专用软件绘制出电流衰减曲线图。电流衰减曲线的陡缓程度表征管道防腐层质量的优劣状况，曲线越陡，电流衰减率越大，防腐层质量越差；某一点电流突然衰减，则该处防腐层发生破损或有支管、搭接等。 据此做出“管道外防腐层评估图”从而评价管道防腐层的综合情况，提出防腐层的维护方案。,（4）交流地电位梯度法 适用性 交流地电位梯度法(ACVG)采用埋地管道电流测绘系统(PCM)与交流地电位差测量仪(A字架)配合便用，通过测量土壤中交流地电位梯度的变化，用于埋地管道防腐层破损点的查找和准确定位。对处于套管内破损点未被电解质淹没的管道本方法不适用，另外下列情况会便本方法应用困难或测量结果的准确性受到影响： a) A字架距离发射机较近； b) 测试不可到达的区域，如河流穿越； c) 覆盖层导电性很差的管段，如铺砌路面、冻土、沥青路面、含有大量岩石回填物。 设备 交流地电位梯度法测试设各包括发射机、接收机、交流地电位差测量仪(A字架)，以及配套的电源设备、连接线、接地电极等。,测量步骤 a) 按交流电流衰减法的测量步骤将发射机接线连接好，并用接收机对管道定位。 b) 按仪器的使用说明书将接收机固定在A字架上，并与A字架接线连接好后，再将A字架的两个电极插入地面靠近发射机的接地极附近，这时会以三位数显示“dB“(分贝)读数，交流地电位差测量仪箭头应显示远离接地点方向。 c) 在目标管道正上方检测。沿着疑有防腐层破损点的管段的路由和测量仪箭头指示的方向，以一定间隔将A字架触地测量，箭头指示无反转表明无破损点，接近破损点时dB值增大，当走过破损点时，箭头会反向指向破损点，出现这情况要反向移动，用更小的间隔重复测量，直至将A字架向前向后稍加移动至箭头变回反向时为止。当A字架正好位于破损点正上方时，显示的箭头为两个方向，同时显示的dB值读数最小，在A字架中心划一条垂直线，之后将A字架旋转90，并沿这垂直线再进一步准确定位，使A型架向前向后稍加移动至箭头变回反向为止。这样两条线的交又点就是管道防腐层破损点位置。,（5）直流电位梯度法 适用性 直流电位梯度法 (DCVG)测量技术适用于确定埋地管道外防腐层破损点位置；对破损点腐蚀状态进行识别；结合密间隔管地电位测量 (CIPS)技术可对外防腐层破损点的大小及严重程度进行定性分类。对套管内破损点未被电解质淹没的管道不适用，另外下列情况会使本方法测量结果的准确性受到影响或应用困难： a) 剥离防腐层下或绝缘物造成电屏蔽的位置，如破损点处外包覆或衬垫绝缘物的管道; b) 测试不可到达的区域，如河流穿越； c) 覆盖层导电性很差的管段，如铺砌路面、冻土、沥青路面、含有大量岩石回填物。,图2-4 PCM埋地管道检测仪,方法介绍 采用周期性同步通/断的阴极保护直流电流施加在管道上后，利用两根硫酸铜参比电极探杖，以密间隔测量管道上方土壤中的直流地电位梯度，在接近破损点附近电位梯度会增大，破损面积越大，电位梯度也越大，根据测量的电位梯度变化，可确定防腐层破损点位置；通过检测破损点处土壤中电流的方向，可识别破损点的腐蚀活性；依据破损点IR%定性判断破损点的大小及严重程度。 设备 a) CIPS/DCVG(管地电位及直流地电位梯度)测量主机一套； b) GPS卫星同步断流器两台或更多； c) 探管仪； d) 两根硫酸铜参比电极探杖； e) 配套测量线轴及连接导线。,测量步骤 a) 在测试之前，应确认阴极保护正常运行，管道己充分极化； b) 检查测量主机电池电量，并对两硫酸铜电极进行校正； c) 将两根探杖与CIPS/DCVG测量主机相连，按密间隔管地电位测量法对管道定位、设备安装及通/断周期设置完毕后，测量人员沿管道行走，一根探杖(主机上标有PIPE端)一直保持在管道正上方，另一根探杖放在管道正上方或垂直于管道并与其保持固定间距(2m3m)，以2m间隔进行测量。当两根探杖都与地面接触良好时读数，记录电流断续器接通和断开时直流地电位梯度读数的变化，以及柱状条显示方向或数字的正负。 d) 当接近破损点时，可以看到电位梯度数值会逐渐增大;当跨过这个破损点后，地电位梯度数值则会随着远离破损点而逐渐减小，变化幅度最大的区域即为破损点近似位置。 e) 在破损点近似位置，返回复测，以精确确定破损点位置。在管道正上方找出电位梯度读数显示为零的位置;再在与管道走向垂直的万向重复测量一次，两条探杖连线的交点位置就是防腐层破损点的正上方。,f) 在确定一个破损点后，继续向前测量时，宜先以每0.5m的间隔测量一次，在离开这个梯度场后，若没有出现地电位梯度读数及极性的改变，可按常规间距继续进行测量；否则，说明附近有新的破损点。 g) 在确定的破损点位置处，通过测试观察测量主机上电流方向柱状条的显示方向，来辨别管道在通电和断电状态下，土壤中电流流动的方向；并对破损点部位管道发生的腐蚀状态类型予以记录。 h) 在确定的破损点位置处，测量并记录储存该点的通电电位(Von)、断电电位(Voff)从电位梯度(VG,on和VG,off)、GPS坐标及里程；应对附近的永久性标志、参照物及它们的位置等信息进行记录， 并应在破损点位置处作好标志与记录，尤其是通/断状态下电流均从破损点流出到土壤的点。,数据处理 根据破损点位置处测量的数据，计算表征破损点的大小及严重程度的IR%值，并根据使用经验和对典型破损点的验证开挖结果，分类记录。 IR%=(VG,on-VG,off)/( Von -Voff) 式中： IR%破损点位置处百分比IR降； VG,on通电状态时测得的直流地电位梯度值，mV； VG,off 断电状态时测得的直流地电位梯度值，mV； Von 破损点位置处的通电电位，mV； Voff 破损点位置处的断电电位，mV。,思考题 1、管道腐蚀控制有哪些方法？ 2、管道防腐层的基本要求是什么？ 3、熔结环氧粉末防腐层的材料是什么？适应范围 是什么？如何进行修补？ 4、3PE防腐层的材料是什么？适应范围是什么？ 如何进行修补？ 5、掌握现场热收缩带的补口操作，如何进行质量 检查？ 6、掌握管道埋设测量方法和防腐层检漏方法。,第三节 管道阴极保护的基本知识,一 阴极保护的基本原理 二 阴极保护的基本参数 三 牺牲阳极阴极保护 四 外加电流阴极保护 五 管道实施阴极保护的基本条件 六 杂散电流干扰 七 阴极保护投入运行的调试 八 阴极保护中的几个屏蔽问题,一 阴极保护的基本原理,一、阴极保护的原理 自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。 每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 称之为该金属的腐蚀电位（自然电位），腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。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。 阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位。有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。,1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种电位更负的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体阴极极化以降低腐蚀速率的方法。 在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护。 牺牲阳极材料有高纯镁，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（相对于饱和硫酸铜参比电极）。 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，辅助阳极接到电源正极，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有：恒电位、恒电流等。如图3-1示。,2.1、恒电位仪 2.1.1、位置：在输油站场阴保间 2.1.2、作用：向输油管道提供直流电流，防止输油管道的腐蚀。（给管道补充大量的电子，使被保护管道整体处于电子过剩的状态，使管道表面各点达到同一负电位）。 2.1.3、恒电位仪接线：见图,图3-1 恒电位示意图,图3-2 恒电位接线示意图,阳极地床,管道,恒电位仪,图3-3 阴极保护原理示意图,外部电源通过埋地的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的氧化反应，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。 阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，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的长距离、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、分散的管道。,图3-4 金嘉湖管道阴极保护布置图,图3-5 阴极保护系统接线布置图,图3-6 阴极保护深井阳极安装图,图3-7 阴极保护锌接地电池安装图,图3-8 阴极保护带状锌阳极安装图,图3-9 阴极保护测试桩安装图,二 阴极保护的基本参数,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的电流密度值称为最小保护电流密度。 最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。防腐绝缘层种类不同，所需要的保护电流密度也不同。防腐绝缘层的电阻值越高，所需的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的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。 最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此该电位值是监控阴极保护的重要参数。 实验测定在土壤中的最小保护电位为0.85V（相对饱和硫酸铜参比电极）。,3、最大保护电位 在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大的负电位值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此电位值就是最大保护电位。 阴极保护电位越大，防腐程度越高，单站保护距离也越长，但是过大的电位将使被保护管道的防腐绝缘层与管道金属表面的粘接力受到破坏，产生阴极剥离，严重时可以出现金属“氢破裂”。同时太大的电位将消耗过多的保护电流，形成能量浪费。 4、最小保护电流密度 使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度,称作最小保护电流密度。新建沥青管道最小保护电流密度为3050A/m2，环氧粉末的管道一般为1030A/m2，新建储罐罐底板最小保护电流密度为15mA/m2表示，老罐为510mA/m2。,5、IR降与断电电位 IR降指电流在介质中流动所形成的电阻压降，在电位测量中应去除。 瞬间断电法是测IR降最普通的方法，断电意味着I=0，因而IR=0。断电之后，管道电位立即降落下来。然后再慢慢衰减。前面这一电位瞬间急落便是IR降成分。 瞬间断电法要求管道上所有相连的接地保护、牺牲阳极均须断开，管道上多元保护装置也要同时断开，在测试点处不应有杂散电流的干扰，测量中应使用响应速度极快自动记录。,三 牺牲阳极阴极保护,（一）常见的牺牲阳极材料 1.镁合金阳极 根据形状以及电极电位的不同，镁合金阳极可用于电阻率在 20欧姆.米到 100欧姆.米的土壤或淡水环境。高电位镁合金阳极的电位为-1.75V (CSE)；低电位镁阳极的电位为-1.55V(CSE)。,表3-1镁合金阳极化学成分,表3-2镁合金阳极的电化学性能,2.锌合金阳极 锌合金阳极多用于土壤电阻率小于15 欧姆.米的土壤环境或海水环境。电极电位为-1.1V(CSE)。温度高于40时，锌阳极的驱动电位下降，并发生晶间腐蚀。高于60 时，它与钢铁的极性发生逆转，变成阴极受到保护，而钢铁变成阳极受到腐蚀。所以，锌阳极仅能用于温度低于40 的环境。,表3-3锌阳极化学成分,表3-4锌阳极的电化学性能,3.铝合金阳极 大多用于海水环境金属结构或原油储罐内底板的阴极保护。其电极电位为-1.05V(CSE)。 表3-5 Al-Zn-In系合金阳极的化学成分,表3-6 Al-Zn-In系合金阳极的电化学性能,4.回填料 当使用填料时，阳极的电流输出效率提高。如果将阳极直接埋入土攘，由于土壤的成分不均匀，会造成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。采用填料，一是保持水分，降低阳极的接地电阻，二是使阳极表面均匀腐蚀，提高阳极利用效率。,表3-7 牺牲阳极填包料的配方,（二）牺牲阳极的埋设方式,图3-10 牺牲阳极埋设简图1,图3-11 牺牲阳极埋设简图2,（三）外加电流阴极保护用阳极材料 外加电流阴极保护是防止地下金属结构如管道、储罐、等腐蚀的有效方法，辅助阳极是外加电流系统中的重要组成部分，其作用是将保护电流经过介质传递到被保护结构物表面上. 地下结构物外加电流阴极保护用阳极通常并不直接埋在土壤中，而是在阳极周围填充碳质回填料而构成阳极地床。碳质回填料通常包括冶金焦炭、石油焦炭和石墨颗粒等。回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻，延长阳极的使用寿命。,1. 废钢铁阳极 废钢铁是早期外加电流阴极保护常用阳极材料，其来源广泛，价格低廉.由于是溶解性阳极，表面很少析出气体，因而地床中不存在气阻问题.其缺点是消耗速率大，在土壤中为8.4 kg/A.a，使用寿命较短，多用于临时性保护或高电阻率土壤中。 2. 石墨阳极 石墨是由碳素在高温加热后形成的晶体材料，通常用石蜡、亚麻油或树脂进行浸渍处理，以减少电解质的渗入，增加机械强度.经浸渍处理后，石墨阳极的消耗率将明显减小。石墨阳极在地床中的允许电流密度为510 A/m2 石墨阳极价格较低，并易于加工，但软而脆，不适于易产生冲刷和冲击作用的环境，在运输和安装时易损坏，随着新的阳极材料出现，其在地床中的应用逐渐减少。,石墨阳极有以下不足： 为了避免阳极的高消耗率，使得阳极运行电流密度较低；,表3-8 石墨阳极参数,阳极电缆导线或阳极接头部位引线易断裂； 在容器内部保护中，剥离下来的石墨颗粒沉淀在表面上，将形成局部腐蚀电池，加速腐蚀； 石墨性脆，导致安装或环境条件下，因机械冲击而导致阳极过早失效。,3. 高硅铸铁阳极 高硅铸铁几乎可适用于各种环境介质如海水、淡水、咸水、土壤中。当阳极电流通过时，在其表面会发生氧化，形成一层薄的SiO2多孔保护膜，极耐酸，可阻止基体材料的腐蚀，降低阳极的溶解速率.但该膜不耐碱和卤素离子的作用.当土壤或水中氯离子含量大于2104 mg/L时，须采用加4.0 %4.5 % Cr的含铬高硅铸铁。高硅铸铁阳极在干燥和含有较高硫酸盐的环境中性能不佳，因为表面的保护膜不易形成或易受到损坏。 高硅铸铁阳极具有良好的导电性能，高硅铸铁阳极的允许电流密度为580 A/m2，消耗率小于0.5 kg/A.a。除用于焦碳地床中以外，高硅铸铁阳极有时也可直接埋在低电阻率土壤中。,高硅铸铁硬度很高，耐磨蚀和冲刷作用，但不易机械加工，只能铸造成型，另外脆性大，搬运和安装时易损坏。 高硅铸铁是指含有Si 14%18%的铁合金，高硅铸铁耐酸腐蚀性极好，其机理是在表面上形成含有大面积水化SiO2保护膜，在这种膜形成之前，合金还是易腐蚀的，所以高硅铸铁初期腐蚀率较高，经过数小时氧化之后方可达到稳定值。由于SiO2膜在碱性中是可溶的，形成硅酸盐，所以高硅铸铁在碱性溶液中的化学稳定性不好。,表3-9 高硅铸铁阳极的标准成分,表3-10 常用高硅铸铁阳极规格,高硅铸铁在地床中可单独使用，也可与碳素回填料一起使用。这时的高硅铸铁/回填料的高接触电阻被SiFe合金的低电阻率所补偿（SiFe合金电阻率7210-8.m，石墨为1410-6.m）。尽管有时会形成“气阻”和高的消耗率，不用回填料也是可行的。 与阳极体相连接的电缆接头是确保阳极使用寿命的关键，因阳极在电解质（土壤、水等）中工作，一旦发生电解质渗入到接头部位，该部位就处于强电解状态，大量的腐蚀产物（固体或气体）排放不出去，就会导致阳极接头孔胀裂而报废。因此，对于阳极电缆接头结构的基本要求是：a.电缆与阳极体连接牢固可靠，拉脱力数值应大于自身质量的1.5倍；b.接触电阻小，阳极引出线与阳极的接触电阻应小于0.01；接头密封可靠，在强电解状态下不渗透电解质（水）。,（四）套管穿越内的牺牲阳极 管道穿越铁路或公路时，可采用套管，但必须确保套管和管道之间不得有金属接触。一旦有这种电接触，保护电流将从该点流入套管，而套管多是裸管，严重影响干线的阴极保护。 套管的直径应比输送管的直径大200mm，在输送管道穿入套管之前，应在管道上以2m的间距安装绝缘支撑环。套管的两端应绝缘密封，以防止泥水等物渗入套管内。 理想的套管穿越，应是套管内干燥无水，而实际调查表明，绝大多数套管内进了水，在这种情况下，由于金属套管的屏蔽作用，使得干线上的保护电流对于套管内介质形成的小腐蚀环境不起作用。所以在设计时对套管内应考虑单独的阴极保护方式。通常可采用锌带阳极缠绕在管壁上或加镯式阳极，作为有渗水的情况下备用，施工中应注意锌带不得与套管内壁有电接触。,图3-12 混凝土套管道内锌带阳极示意图,图3-13 钢套管内镯式阳极示意图,四