管道防腐阴极保护课件

一、阴极保护发展简史阴极保护技术是电化学保护技术的一种，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。目前阴极保护技术已经发展成熟，广泛应用到土壤、海水、淡水、化工介质中的钢质管道、电缆、码头、舰船、储罐罐底、冷却器等金属构筑物等的腐蚀控制。1823年英国学者汉.戴维研究对木质舰船的铜护套进行保护 1834年 法拉第奠定了阴极保护原理基础（i&CR 电化学理论）1890年 爱迪生提出强制电流保护船舶 1902年 柯恩 实现了爱迪生的设想 1905年 美国用于锅炉保护 1906年 德国建立第一个阴极保护厂 1913年 命名为电化学保护 1924年 地下管网阴极保护第一节概述1928年，柯恩在长输管线上安装第一台阴极保护整流器。1936年，美国成立了中部大陆的阴极保护协会。1940年,英国应用了牺牲阳极保护,德国和日本分别在1950和1964年开始研究电化学理论，并开始了煤气管道的阴极保护。1985年，我国开始在石油管道上应用阴极保护技术。2009 年11 月，经第十一届全国人大常委会第十一次会议审议，通过了中华人民共和国石油天然气管道保护法(草案)，将我国石油天然气管道保护从部门条例上升为国家法律。阴极保护技术国内现状阴极保护技术国内现状（1）管道 20000km长输管道全施加保护 油田集输管道基本施加了保护 市政供气、水管道有上保护和无保护的 （2）储罐 国内大型储罐基本都施加了保护 城市加油站的小型储罐有的上了保护 （3）标准与法律 中国石油天然气管道保护条例 国内有一套阴极保护的待业标准CATHODIC CORROSION PROTECTION 阴极保护的原理：阴极保护的原理：是给金属补充大量的电子，使被保护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。负电位。二、阴极保护原理二、阴极保护原理二、阴极保护原理二、阴极保护原理 有两种办法可以实现这一目的：有两种办法可以实现这一目的：1、牺牲阳极阴极保护、牺牲阳极阴极保护 2、外加电流阴极保护、外加电流阴极保护以外加电流阴极保护为例说明阴极保护工作原理以外加电流阴极保护为例说明阴极保护工作原理阴极保护极化图阴极保护极化图三、阴极保护方法三、阴极保护方法（一）牺牲阳极法（一）牺牲阳极法 利用比被保护部件的电位更负的金属或合金制成牺牲的阳极，从利用比被保护部件的电位更负的金属或合金制成牺牲的阳极，从而使被保护的部件发生阴极极化，达到减缓腐蚀的目的，这种方法称为而使被保护的部件发生阴极极化，达到减缓腐蚀的目的，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护或简称牺牲阳极保护。牺牲阳极的阴极保护或简称牺牲阳极保护。u 开路电位（自然腐蚀电位）开路电位（自然腐蚀电位）u 闭路电位（工作电位）闭路电位（工作电位）u 驱动电压（有效电压）驱动电压（有效电压）图96 牺牲阳极保护原理示意图 The electromotive force(emf)series电动势序，电化学序电动势序，电化学序Sacrificial anode(a)an underground pipeline using a magnesium sacrificial anode 对牺牲阳极材料的要求对牺牲阳极材料的要求要有足够的负电位，且很稳定工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落阳极必须具有高的电流效率电化当量高，单位重量的电容量大腐蚀产物无毒，不污染环境材料来源广，易加工，价格便宜特点：特点：该方式简便易行，不需要外加电源，很少产该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰。生腐蚀干扰。应用：应用：应用：应用：保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于壤电阻率小于壤电阻率小于壤电阻率小于100100欧姆欧姆欧姆欧姆.米）的金属结构。如：城市米）的金属结构。如：城市米）的金属结构。如：城市米）的金属结构。如：城市管网、小型储罐等管网、小型储罐等管网、小型储罐等管网、小型储罐等。（二）强制电流法（二）强制电流法 利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止金属遭受腐蚀的方法，称为外加电流阴极保护。此时，被保护的金属接在直流电源的负极上，而辅助阳极接在正极上（如图97所示）。图97 外加电流阴极保护原理示意图(b)an underground tank using an impressed current.阴极保护需要考虑的主要因素：阴极保护需要考虑的主要因素：阴极保护需要考虑的主要因素：阴极保护需要考虑的主要因素：保护范围的大小，大者强制电流优越，小者牺牲阳极经保护范围的大小，大者强制电流优越，小者牺牲阳极经济；济；土壤电阻率的限制，电阻率高不宜选用牺牲阳极；土壤电阻率的限制，电阻率高不宜选用牺牲阳极；周围邻近的金属构筑物，有时因干扰而限制了强制电流周围邻近的金属构筑物，有时因干扰而限制了强制电流的应用；的应用；覆盖层质量，对覆盖层太差或裸露的金属表面，因其所覆盖层质量，对覆盖层太差或裸露的金属表面，因其所需保护电流太大而使得牺牲阳极不适用；需保护电流太大而使得牺牲阳极不适用；可利用的电源因素可利用的电源因素经济性经济性四、阴极保护基本参数（一）自然电位（一）自然电位Ee定义：未加阴极保护时，钢管对地电位（管地电位）称自未加阴极保护时，钢管对地电位（管地电位）称自然电位，又称腐蚀电位。然电位，又称腐蚀电位。即阴极极化前的管地电位称自然电位。总电位总电位Eo 定义：加阴极保护后测出的管地电位称总电位，即阴极极加阴极保护后测出的管地电位称总电位，即阴极极化后的电位。化后的电位。外加电位外加电位E 定义：又称偏移电位、极化电位偏移电位、极化电位。总电位与自然电位之差总电位与自然电位之差称外加电位称外加电位。影响自然电位因素：影响自然电位因素：影响自然电位因素：影响自然电位因素：金属结构的材质、表面状况和土质状况，含金属结构的材质、表面状况和土质状况，含金属结构的材质、表面状况和土质状况，含金属结构的材质、表面状况和土质状况，含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然电位在然电位在然电位在然电位在0.40.40.7VCSE0.7VCSE（硫酸铜参比电极）（硫酸铜参比电极）（硫酸铜参比电极）（硫酸铜参比电极）之间，在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，一之间，在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，一之间，在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，一之间，在雨季土壤湿润时，自然电位会偏负，一般般般般新管道新管道新管道新管道设计阴极保护时取平均值设计阴极保护时取平均值设计阴极保护时取平均值设计阴极保护时取平均值0.55V0.55V。最小保护电位最小保护电位 定义：对管路进行阴极保护时，加到管路上的、对管路进行阴极保护时，加到管路上的、使管路腐蚀过程完全停止时的电位值。使管路腐蚀过程完全停止时的电位值。或者说，阴极极化电位达到达到Ea0时的电位。地下管路很长，电流流经管路时，要产生电压降，为保证管路沿线各点电位都高于最小保护电为（按绝对值）必须提高通电点的电位，通电点的电位越高，保护距离越长。（二）保护电位（二）保护电位 3、最大保护电位：、最大保护电位：将电位控制在比析氢电位稍高的电位将电位控制在比析氢电位稍高的电位值，此电位称为最大保护电位值，此电位称为最大保护电位(相对于相对于CSE为为1.25V)。（在。（在阴极保护条件下，允许绝对值最大的负电位值）阴极保护条件下，允许绝对值最大的负电位值）超过最大保护电位超过最大保护电位时称为时称为过保护过保护。过保护对管道的影响：过保护对管道的影响：过保护对管道的影响：过保护对管道的影响：保护电位不是愈低愈好，是有限保护电位不是愈低愈好，是有限保护电位不是愈低愈好，是有限保护电位不是愈低愈好，是有限度的，过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出度的，过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出度的，过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出度的，过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气，造成涂层与管道脱离，即，氢气，造成涂层与管道脱离，即，氢气，造成涂层与管道脱离，即，氢气，造成涂层与管道脱离，即，阴极剥离，阴极剥离，阴极剥离，阴极剥离，不仅使防腐不仅使防腐不仅使防腐不仅使防腐层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆层失效，而且电能大量消耗，还可导致金属材料产生氢脆进而发生氢脆断裂。进而发生氢脆断裂。进而发生氢脆断裂。进而发生氢脆断裂。（三）保护电流密度（三）保护电流密度最小保护电流密度最小保护电流密度定义：对管路外加某一数量的电流密度，使管路沿线定义：对管路外加某一数量的电流密度，使管路沿线任一点都没有腐蚀电流流入土壤，此时的电流密度称为最任一点都没有腐蚀电流流入土壤，此时的电流密度称为最小电流密度。小电流密度。或者说，使保护管路发生阴极极化，其极化电位达到 Ea 0时，对应的电流密度为最小保护电流密度。最小保护电流密度随外界条件不同会有很大变化，如绝缘层质量、最小保护电流密度随外界条件不同会有很大变化，如绝缘层质量、土壤含水量、土壤温度、土壤电阻率等。土壤含水量、土壤温度、土壤电阻率等。因而最小保护电流密度有可能差几倍。因此对不同的管路，甚至同一管路的不同段落所需的最小保护电流密度的数值也都是不同的，故最小保护电流密度参数对长距故最小保护电流密度参数对长距故最小保护电流密度参数对长距故最小保护电流密度参数对长距离管路不太实用，但较适用于作为油罐、油轮等金属构筑物的阴极保离管路不太实用，但较适用于作为油罐、油轮等金属构筑物的阴极保离管路不太实用，但较适用于作为油罐、油轮等金属构筑物的阴极保离管路不太实用，但较适用于作为油罐、油轮等金属构筑物的阴极保护标准。基于以上原因，对于长输管路，采用的标准为最小保护电位护标准。基于以上原因，对于长输管路，采用的标准为最小保护电位护标准。基于以上原因，对于长输管路，采用的标准为最小保护电位护标准。基于以上原因，对于长输管路，采用的标准为最小保护电位。（四）阴极保护度（四）阴极保护度保护度是“通过防蚀措施使特定类型的腐蚀速率减小的百分数”。（自学）（自学）（自学）（自学）五、阴极保护准则1埋地钢质管道阴极保护准则可采用下列任一项或几项埋地钢质管道阴极保护准则可采用下列任一项或几项为判据：为判据：(1)在施加阴极电流的情况下，测得在施加阴极电流的情况下，测得管管管管/地电位为地电位为地电位为地电位为850mV850mV（相对饱和硫酸铜参比电极（相对饱和硫酸铜参比电极CSE，下同）或更负。，下同）或更负。(2)管道表面与同土壤接触的稳定的参比电极之间阴极极管道表面与同土壤接触的稳定的参比电极之间阴极极化电位值最小为化电位值最小为100mV。这一准则可以用于极化的建立过。这一准则可以用于极化的建立过程和衰减过程中。程和衰减过程中。（3）存在）存在细菌腐蚀细菌腐蚀时，管道阴极保护电位应为时，管道阴极保护电位应为950mV（CSE）或更负）或更负（4）在土壤电阻率）在土壤电阻率100m至至1000m环境中的管道，环境中的管道，阴极保护电位宜负于阴极保护电位宜负于750mV（CSE）；在土壤电阻率）；在土壤电阻率大于大于1000m的环境中的管道，阴极保护电位宜负于的环境中的管道，阴极保护电位宜负于650mV（CSE）。）。测试条件测试条件(1)通电条件下测量通电条件下测量,含有含有IR降降,必须除去必须除去(2)通常采用断电法测量通常采用断电法测量,不含不含IR降降(3)极化形成或衰减过程中极化形成或衰减过程中(4)管网及杂散电流干扰下管网及杂散电流干扰下,必须采用探必须采用探头法测2最大保护电流的限制应根据覆盖层的种类及环境来确定，以不损坏覆盖层的沾结力为准。推荐的最大保护电位为：推荐的最大保护电位为：石油沥青石油沥青1.20V聚乙烯聚乙烯1.5V煤焦油瓷漆煤焦油瓷漆3.0V环氧粉末环氧粉末2.0V六、六、管道实施阴极保护的基本条件管道实施阴极保护的基本条件 管道实施阴极保护的基本条件为管道实施阴极保护的基本条件为：有可靠的直流电源；有可靠的直流电源；管道必须处于有电解质的环境中；管道必须处于有电解质的环境中；保持管道纵向电连续性；保持管道纵向电连续性；必须做好管道的电绝缘。必须做好管道的电绝缘。（一）管道的电绝缘（一）管道的电绝缘1绝缘接头绝缘接头 管道的绝缘接头形式：有法兰型、整体型（埋地）、活接头等各种。管道的绝缘接头作用管道的绝缘接头作用：绝缘接头是埋地管线上重要的防腐部件，绝缘接头是埋地管线上重要的防腐部件，恰当应用可以避免阴极保护电流的漏失，保证达到规定的保护电位范围；同时也是抗杂散电流干扰的重要措施之一同时也是抗杂散电流干扰的重要措施之一，并减少杂散电流的干扰区域。2.绝缘支墩绝缘支墩当管道采用套管形式穿墙或穿公路、铁路时，管道与套管必须电绝缘。通常采用绝缘支墩或绝缘垫。3.其他绝缘其他绝缘（二）管道纵向电的连续性（二）管道纵向电的连续性对于非焊接的管道连接头，应焊接跨接导线来保证管道纵非焊接的管道连接头，应焊接跨接导线来保证管道纵向电的连续性，确保电流的流动。向电的连续性，确保电流的流动。对于预应力混凝土的管道预应力混凝土的管道，施加阴极保护时，每节管道的纵向钢筋必须首尾跨接，以保证阴极保护电流的纵向导通。有时还可平行敷设一条电缆，每节预应力管道与之相连来实现电的连续性。（三）阴极保护管道的附件（三）阴极保护管道的附件1.检查片2.测试桩第二节第二节外加电流阴极保护计算外加电流阴极保护计算无限长管路的计算无限长管路的计算有限长管路的计算有限长管路的计算有限长管路与无限长管路的对比有限长管路与无限长管路的对比管路保护长度管路保护长度保护长度保护长度定义：根据最大、最小保护电位，求出一个阴极保护站所能保护的管路长度，即保护长度保护长度，由保护长度可确定管路沿线需要设多少个阴极保护站。计算保护长度以确定阴极保护站数计算保护长度以确定阴极保护站数一、强制电流法阴极保护工艺计算一、强制电流法阴极保护工艺计算管道阴极管道阴极保护范围保护范围是的是的制约因素制约因素制约因素制约因素是管道是管道防腐层电阻防腐层电阻和和管径管径，以最大保护电位和最小保护电位的临界点来划分。以最大保护电位和最小保护电位的临界点来划分。（一）外加电位和电流的分布规律（一）外加电位和电流的分布规律 假设条件假设条件1、管路上的绝缘层均匀一致，并且有良好的介电性介电性，因此可以认为管路沿线各点单位面积上的过渡电阻相等；2、电流经过土壤，由于土壤截面积大，故土壤电阻忽略不计；3、设土壤电位为零。绝缘层过渡电阻：绝缘层过渡电阻：单位面积上的防腐层过渡电阻RP；过渡电阻：单位长度上过渡电阻：单位长度上电流从土壤径向流入土壤径向流入管路时管路时的绝缘绝缘层过渡电阻层过渡电阻，RT，其数值主要取决于绝缘层电阻。管道电阻：单位长度上金属管道的电阻，rT。在离汇流点x处的地方取一小段dx，设dx小段的管道电位为E（管对地电位），土壤电位为零，并设过渡电阻为Rt，则由土壤流入dx小段管路的电流为：另一方面，电流流过该小段管路时，由于管路本身的电阻，将产生一个压降。设流过dx小段管路的平均电流为I，单位长钢管的电阻为rT，由电流流过dx的压降为：对上述式子求导数，设 a为衰减系数 对两式二阶常系数齐次线性微分方程求其通解：两式中系数可根据边界条件求得。两式中系数可根据边界条件求得。无限长管路计算无限长管路计算定义定义在管路全线只有一个阴极保护站，线路上没有绝缘法兰，在管路全线只有一个阴极保护站，线路上没有绝缘法兰，这种管路称为无限长管路。这种管路称为无限长管路。边界条件边界条件（汇流点处）（汇流点处）（一侧管路）电流分布规律同理将边界条件代人同理将边界条件代人d式，可得到电压分布规律：式，可得到电压分布规律：由此可做出管路沿线外加电位和电流分布曲线由此可做出管路沿线外加电位和电流分布曲线证明证明电流电流I0的大小主要也决定于过渡电阻的大小主要也决定于过渡电阻RT。代入 在通电点处，代入上式得：从上式可以看出，如果RT越小，则I0越大。这说明如果绝缘层质量不好绝缘层质量不好，则所需保护电流越大保护电流越大，从而增加电能消耗。在通电点将上述边界条件带入从上式可以看出，保护长度也决定于绝缘层的质量，RT越大，a值就越小，就越大，如果无绝缘层，则将很短。无限长管路计算无限长管路计算结论结论1.管路上外加电位和电流按指数函数的形式变化，其特点是：汇流点附近的电位和电流下降较快，离汇流点越远，下降越慢。2曲线下降的快慢（电位、电流的变化梯度）决定于衰减系数，由于rT变化不大变化不大，因此主要决定于主要决定于RT（管路过渡电阻），而在过渡电阻中起决定作用的是绝缘层电阻，所以绝缘层的电阻越大，即绝缘层的电阻越大，即RT越大，曲线越平坦，越大，曲线越平坦，RT越小，越小，曲线越陡。曲线越陡。3.电流I0的大小主要也决定于过渡电阻RT。有限长管路的计算有限长管路的计算定义：当管路沿线有多个阴极保护站时，这种管路称为有定义：当管路沿线有多个阴极保护站时，这种管路称为有限长管路限长管路特点：在有限长管路上，两个相邻阴极保护站之间的管段，特点：在有限长管路上，两个相邻阴极保护站之间的管段，其外加电位和电流的变化受两个站的共同作用，由于两个其外加电位和电流的变化受两个站的共同作用，由于两个站的相互影响将使外加电位的变化曲线抬高。站的相互影响将使外加电位的变化曲线抬高。在两个汇流点中间，可认为是两保护在两个汇流点中间，可认为是两保护站的分界点（电位变化曲线的转折点）站的分界点（电位变化曲线的转折点），在此点近似地认为电流等于零。边，在此点近似地认为电流等于零。边界条件为：界条件为：（由导出）带入电位和电流分布的通式得：证明证明在汇流点，代入上式得：由于（保护长度的实际公式）（保护长度的实际公式）对比对比1.与无限长管路的计算公式进行对比可知，有限长管路的电有限长管路的电位和电流变化比较缓慢位和电流变化比较缓慢（因前者变量x在指数上，后者在分子上），其保护距离比无限长管道长。其保护距离比无限长管道长。2.在相同条件下，有限长管路所需电流比无限长管路小有限长管路所需电流比无限长管路小。在有绝缘法兰的情况下，可近似按有限长管路计算；在无绝缘法兰情况下，可近似按无限长管路计算。（三）求阴极保护站电源功率（三）求阴极保护站电源功率根据阴极保护站的总电压和总电流总电压和总电流计算所需电源功率电源功率，由此选择阴极保护站的电器设备。（四）阳极接地装置的计算（四）阳极接地装置的计算阳极地床材料的要求阳极地床材料的性能阳极地床结构二强制电流法阴极保护系统的设计二强制电流法阴极保护系统的设计 1设计程序设计程序 必须收集和勘测设计资料和参数，然后进行设计计算，选定阴极保护站，绘制必要的图纸提出所选设备、材料的技术说明。2.电源设备电源设备 对电源的基本要求：可靠性高；维护保养简便；寿命长；对环境适应性强；输出电流、电压可调；应具有过载、防雷、故障保护。（1）整流器）整流器（2）恒电位仪）恒电位仪（3）太阳能阴极保护装置）太阳能阴极保护装置（4）CCTV电源系统电源系统（5）热电发生器）热电发生器（6）风力发电机）风力发电机（7）蓄电池）蓄电池ALTERNATIVE DC-POWER SOURCESFOR CATHODIC PROTECTION UNITS3.辅助阳极辅助阳极（1）阳极地床的结构）阳极地床的结构 需要关注两个问题：阳极材料的消耗阳极材料的消耗和阳极气体产物的逸放。阳极气体产物的逸放。一般阳极放在焦炭回填料地床中工作。为了有利于气体的逸出，在焦炭地床上部还要填放上一些粗砂或砾石，有些地方还要用多种塑料管插至阳极地床中心，一是用于排气，二是必要的时候可以往里注一是用于排气，二是必要的时候可以往里注水。水。阳极地床填料的功能阳极地床填料的功能阳极地床填料的功能阳极地床填料的功能 1)1)增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻；增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻；增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻；增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻；2)2)将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行，延长阳极的使用将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行，延长阳极的使用将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行，延长阳极的使用将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行，延长阳极的使用寿命；寿命；寿命；寿命；3)3)填料可以消除气体堵塞。填料可以消除气体堵塞。填料可以消除气体堵塞。填料可以消除气体堵塞。抗腐蚀性强抗腐蚀性强，这样可减少阳极材料的消耗，从而减少更换的麻烦阳极地床的电阻尽可能小阳极地床的电阻尽可能小，因为阴极保护站的功率主要消耗在阳极地床上（6070%），因此一般不宜超过1，在设计时一般取0.5左右；取材方便，容易加工，价格便宜，经济成本小。取材方便，容易加工，价格便宜，经济成本小。（2）阳极材料）阳极材料高硅铸铁高硅铸铁石磨阳极石磨阳极磁性氧化铁阳极钢铁阳极钢铁阳极柔性阳极柔性阳极碳类回填料其他 在理论上任何导电材料都可以作为阳极地床的材料，但从经济上考虑，所选的材料最好同时具有较低消耗最好同时具有较低消耗率和较低价格率和较低价格的特点。目前常用的阳极材料有：碳素目前常用的阳极材料有：碳素钢、铸铁、高硅铸铁和石墨等。钢、铸铁、高硅铸铁和石墨等。常用阳极地床材料和性能常用阳极地床材料和性能（3 3）阳极地床位置的选择）阳极地床位置的选择阳极区距管道的垂直距离阳极区距管道的垂直距离土壤电阻率土壤电阻率土壤湿度土壤湿度土地的利用土地的利用干扰影响干扰影响地域规划地域规划安装的难度安装的难度生态环境生态环境阳极地床形式阳极地床形式阳极地床通常有两种形式，即即浅埋地床和深埋地床浅埋地床和深埋地床。浅埋地床中又可分为立式和水平式立式和水平式两种，其中以立式立式最为普遍。当周围设施太多或地表层土壤电阻率太高，不易埋当周围设施太多或地表层土壤电阻率太高，不易埋设地床时，应考虑设地床时，应考虑深井地床深井地床。深埋式阳极深埋式阳极深埋式阳极深埋式阳极(深井式深井式深井式深井式)当阳极地床周围存在干扰、屏蔽、地床位置受到限制，当阳极地床周围存在干扰、屏蔽、地床位置受到限制，当阳极地床周围存在干扰、屏蔽、地床位置受到限制，当阳极地床周围存在干扰、屏蔽、地床位置受到限制，或者在地下管网密集区进行区域性阴极保护时，使用深或者在地下管网密集区进行区域性阴极保护时，使用深或者在地下管网密集区进行区域性阴极保护时，使用深或者在地下管网密集区进行区域性阴极保护时，使用深埋式阳极，可获得浅埋式阳极所不能得到的保护效果。埋式阳极，可获得浅埋式阳极所不能得到的保护效果。埋式阳极，可获得浅埋式阳极所不能得到的保护效果。埋式阳极，可获得浅埋式阳极所不能得到的保护效果。深埋式地床根据埋设深度不同可分为浅深井深埋式地床根据埋设深度不同可分为浅深井深埋式地床根据埋设深度不同可分为浅深井深埋式地床根据埋设深度不同可分为浅深井(20(204040米米米米)、中深井中深井中深井中深井(50(50100100米米米米)和深井和深井和深井和深井(100(100米米米米)三种。三种。三种。三种。优点优点优点优点:接地电阻小，对周围干扰小，消耗功率低，电流接地电阻小，对周围干扰小，消耗功率低，电流接地电阻小，对周围干扰小，消耗功率低，电流接地电阻小，对周围干扰小，消耗功率低，电流分布比较理想。分布比较理想。分布比较理想。分布比较理想。缺点缺点缺点缺点:施工复杂技术要求高，单井造价贵。尤其是深度施工复杂技术要求高，单井造价贵。尤其是深度施工复杂技术要求高，单井造价贵。尤其是深度施工复杂技术要求高，单井造价贵。尤其是深度超过超过超过超过100100米的深阳极，施工需要大钻机，这就限制了它的米的深阳极，施工需要大钻机，这就限制了它的米的深阳极，施工需要大钻机，这就限制了它的米的深阳极，施工需要大钻机，这就限制了它的应用。应用。应用。应用。阳极地床结构总重量阳极地床结构总重量 根据所选阳极材料，可知道阳极的消耗率，按规定的使用年限，就可计算出所需的阳极总重量 G=gTIK式中：式中：G所需的阳极总重量，所需的阳极总重量，Kg g阳极消耗率，阳极消耗率，Kg/Ay I从阳极流出的电流，从阳极流出的电流，A，I=2I0 K储备系数，储备系数，K=1.11.3 T使用年限，使用年限，y 根据所选的阳极规格（长、直径或单重）就可知道所需阳极的根根据所选的阳极规格（长、直径或单重）就可知道所需阳极的根数。数。立式阳极地床电阻立式阳极地床电阻单根阳极无填料时：单根阳极有填料时：多根并联时：水平阳极地床电阻水平阳极地床电阻单根阳极无填料时：单根阳极有填料时：多根并联时：混合阳极地床电阻混合阳极地床电阻 单根阳极无填料时式中：n立式阳极的根数 立式阳极的屏蔽系数；立式阳极被水平阳极的屏蔽系数，可取0.95 水平阳极被立式阳极的屏蔽系数，可取0.95 第三节第三节 牺牲阳极法牺牲阳极法阴极保护阴极保护第三章第三章 埋地管道的阴极保护埋地管道的阴极保护 牺牲阳极材料的选择主要看合金的性能及其化学成分，特牺牲阳极材料的选择主要看合金的性能及其化学成分，特别是合金的含量和杂质的含量。别是合金的含量和杂质的含量。一、牺牲阳极的材料一、牺牲阳极的材料 1.1.镁及镁合金镁及镁合金 有三大系列：高纯Mg,Mg-Mn合金,Mg-Al-Zn-Mn合金.镁镁镁镁阳阳阳阳极极极极可可可可用用用用于于于于电电电电阻阻阻阻率率率率在在在在2020欧欧欧欧姆姆姆姆.米米米米到到到到100100欧欧欧欧姆姆姆姆.米米米米的的的的土土土土壤壤壤壤或或或或淡淡淡淡水水水水环环环环境境境境。高高高高电电电电位位位位镁镁镁镁阳阳阳阳极极极极的的的的电电电电位位位位为为为为-1.75VCSE-1.75VCSE，低低低低电电电电位位位位镁镁镁镁阳阳阳阳极极极极的电位为的电位为的电位为的电位为-1.55VCSE-1.55VCSE。第三节第三节 牺牲阳极法牺牲阳极法阴极保护阴极保护第三章第三章 埋地管道的阴极保护埋地管道的阴极保护 2.2.锌及锌合金锌及锌合金 有三大系列：高纯锌,Zn-Al-Cd三元合金,Zn-Al二元合金.锌阳极多用于土壤电阻率小于锌阳极多用于土壤电阻率小于锌阳极多用于土壤电阻率小于锌阳极多用于土壤电阻率小于1515欧姆欧姆欧姆欧姆.米的土壤环境或海水环米的土壤环境或海水环米的土壤环境或海水环米的土壤环境或海水环境。电极电位境。电极电位境。电极电位境。电极电位1.1VCSE1.1VCSE。3.3.铝合金铝合金 铝阳极材料来源丰富，且在海水中有良好的电化学性能，所铝阳极材料来源丰富，且在海水中有良好的电化学性能，所以在船舶、港口码头、钻井平台等领域应用前景广泛。以在船舶、港口码头、钻井平台等领域应用前景广泛。其电极电位为其电极电位为其电极电位为其电极电位为-1.05VCSE-1.05VCSE。4 4、带状阳极：、带状阳极：、带状阳极：、带状阳极：为了减小阳极接地电阻，有时会采用带为了减小阳极接地电阻，有时会采用带为了减小阳极接地电阻，有时会采用带为了减小阳极接地电阻，有时会采用带状镁阳极或锌阳极。阳极带沿被保护结构铺设，使电流分状镁阳极或锌阳极。阳极带沿被保护结构铺设，使电流分状镁阳极或锌阳极。阳极带沿被保护结构铺设，使电流分状镁阳极或锌阳极。阳极带沿被保护结构铺设，使电流分布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每隔一段距离就应布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每隔一段距离就应布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每隔一段距离就应布更加均匀。当阳极带沿管道铺设时，每隔一段距离就应该与管道连接一次。该与管道连接一次。该与管道连接一次。该与管道连接一次。5 5、回填料：、回填料：、回填料：、回填料：当使用填料时，阳极的电流输出效率提高。当使用填料时，阳极的电流输出效率提高。当使用填料时，阳极的电流输出效率提高。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壤，由于土壤的成分不均匀，会造如果将阳极直接埋入土壤，由于土壤的成分不均匀，会造如果将阳极直接埋入土壤，由于土壤的成分不均匀，会造如果将阳极直接埋入土壤，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。成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。填料作用：填料作用：填料作用：填料作用：一是保一是保一是保一是保持水分，降低阳极的接地电阻，二是使阳极表面均匀腐蚀，持水分，降低阳极的接地电阻，二是使阳极表面均匀腐蚀，持水分，降低阳极的接地电阻，二是使阳极表面均匀腐蚀，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。提高阳极利用效率。提高阳极利用效率。提高阳极利用效率。第三节第三节 牺牲阳极法阴极保护牺牲阳极法阴极保护第三章第三章 埋地管道的阴极保护埋地管道的阴极保护 1.1.阳极种类的选择阳极种类的选择 牺牲阳极种类的选择主要根据牺牲阳极种类的选择主要根据土壤电阻率土壤电阻率、土壤含盐类型土壤含盐类型及及被保护管道覆盖层状态被保护管道覆盖层状态来进行。来进行。一般来说，镁阳极适用于各种土壤环境中；锌阳极适用于一般来说，镁阳极适用于各种土壤环境中；锌阳极适用于电阻率低的潮湿环境中；而铝阳极还没有统一的认识，国内已电阻率低的潮湿环境中；而铝阳极还没有统一的认识，国内已有不少实践推荐用于低电阻率、潮湿和氯化物的环境中。有不少实践推荐用于低电阻率、潮湿和氯化物的环境中。二、牺牲阳极的设计二、牺牲阳极的设计第三节第三节 牺牲阳极法阴极保护牺牲阳极法阴极保护第三章第三章 埋地管道的阴极保护埋地管道的阴极保护水中水中土壤中土壤中阳极种类阳极种类电阻率电阻率cm阳极种类阳极种类电阻率电阻率cm铝铝100镁（镁（-1.7V）60100锌锌500镁（镁（-1.5V或或-1.7V）4060镁（镁（-1.5V）500镁（镁（-1.5），），锌锌15锌或锌或Al-Zn-In-SiVa1Va2Va1Va2Va1Va2Va1，且，且，且，且Va2Va2Va2Va2接近接近接近接近VbVbVbVb的数值，的数值，的数值，的数值，则一般认为绝缘法兰绝缘性能很差。则一般认为绝缘法兰绝缘性能很差。则一般认为绝缘法兰绝缘性能很差。则一般认为绝缘法兰绝缘性能很差。管道电绝缘：管道电绝缘：通过在管道中、在管道支撑构筑物上、或在通过在管道中、在管道支撑构筑物上、或在通过在管道中、在管道支撑构筑物上、或在通过在管道中、在管道支撑构筑物上、或在管道附件上装设专门的电绝缘装置，避免在管道和其他金管道附件上装设专门的电绝缘装置，避免在管道和其他金管道附件上装设专门的电绝缘装置，避免在管道和其他金管道附件上装设专门的电绝缘装置，避免在管道和其他金属构筑物间形成金属的导电通路。属构筑物间形成金属的导电通路。属构筑物间形成金属的导电通路。属构筑物间形成金属的导电通路。2 2 2 2、漏电电阻测试法、漏电电阻测试法、漏电电阻测试法、漏电电阻测试法 a a a a、用于已安装到管道上绝缘法兰，采用电位法测试其绝缘性能、用于已安装到管道上绝缘法兰，采用电位法测试其绝缘性能、用于已安装到管道上绝缘法兰，采用电位法测试其绝缘性能、用于已安装到管道上绝缘法兰，采用电位法测试其绝缘性能可疑时，应进行漏电电阻或漏电百分率测试。可疑时，应进行漏电电阻或漏电百分率测试。可疑时，应进行漏电电阻或漏电百分率测试。可疑时，应进行漏电电阻或漏电百分率测试。b b b b、绝缘法兰漏电电阻测试的步骤如下：、绝缘法兰漏电电阻测试的步骤如下：、绝缘法兰漏电电阻测试的步骤如下：、绝缘法兰漏电电阻测试的步骤如下：1 1 1 1、按照下图接好测试线路，其中、按照下图接好测试线路，其中、按照下图接好测试线路，其中、按照下图接好测试线路，其中a a a a、b b b b之间的水平距离不小于之间的水平距离不小于之间的水平距离不小于之间的水平距离不小于D D D D，bcbcbcbc段的长度宜为段的长度宜为段的长度宜为段的长度宜为30303030米。米。米。米。2 2 2 2、调节强制电源、调节强制电源、调节强制电源、调节强制电源E E E E的输出电流的输出电流的输出电流的输出电流I1I1I1I1，使保护侧的管道达到阴极保，使保护侧的管道达到阴极保，使保护侧的管道达到阴极保，使保护侧的管道达到阴极保护电位值。护电位值。护电位值。护电位值。3 3 3 3、用数字万用表测定绝缘法兰两侧、用数字万用表测定绝缘法兰两侧、用数字万用表测定绝缘法兰两侧、用数字万用表测定绝缘法兰两侧d d d d、e e e e间的电位差值间的电位差值间的电位差值间的电位差值 V V V V。4 4、测定、测定bc段的管内电流段的管内电流I2.5、读取强制电源向管道提供的阴极保护电流、读取强制电源向管道提供的阴极保护电流I1。漏电电阻测试接线示意图漏电电阻测试接线示意图漏电电阻测试接线示意图漏电电阻测试接线示意图C C、绝缘法兰漏电电阻按照下式计算：、绝缘法兰漏电电阻按照下式计算：、绝缘法兰漏电电阻按照下式计算：、绝缘法兰漏电电阻按照下式计算：RH=RH=V/I1-I2V/I1-I2RHRH绝缘法兰漏电电阻绝缘法兰漏电电阻绝缘法兰漏电电阻绝缘法兰漏电电阻V V绝缘法兰两侧的电位差绝缘法兰两侧的电位差绝缘法兰两侧的电位差绝缘法兰两侧的电位差I1I1强制电源的输出电流强制电源的输出电流强制电源的输出电流强制电源的输出电流I2I2 bc段的管内电流段的管内电流d、绝缘法兰漏电百分率按下式计算：、绝缘法兰漏电百分率按下式计算：漏电百分率漏电百分率I1-I2/I1100%I1-I2/I1100%若测试结果若测试结果若测试结果若测试结果I2I2 I1I1，则认为绝缘法兰的漏电电阻无穷大，漏电，则认为绝缘法兰的漏电电阻无穷大，漏电，则认为绝缘法兰的漏电电阻无穷大，漏电，则认为绝缘法兰的漏电电阻无穷大，漏电百分率为零，绝缘法兰绝缘性能良好。百分率为零，绝缘法兰绝缘性能良好。百分率为零，绝缘法兰绝缘性能良好。百分率为零，绝缘法兰绝缘性能良好。作业 在西气东输管线的腐蚀防护设计中，采用覆盖层加强制电流法在西气东输管线的腐蚀防护设计中，采用覆盖层加强制电流法在西气东输管线的腐蚀防护设计中，采用覆盖层加强制电流法在西气东输管线的腐蚀防护设计中，采用覆盖层加强制电流法阴极保护，为了减少阴极保护站的个数，选用优质的防腐绝缘材料阴极保护，为了减少阴极保护站的个数，选用优质的防腐绝缘材料阴极保护，为了减少阴极保护站的个数，选用优质的防腐绝缘材料阴极保护，为了减少阴极保护站的个数，选用优质的防腐绝缘材料熔结环氧粉末防腐层，单位面积覆盖层过渡电阻熔结环氧粉末防腐层，单位面积覆盖层过渡电阻熔结环氧粉末防腐层，单位面积覆盖层过渡电阻熔结环氧粉末防腐层，单位面积覆盖层过渡电阻Rp=20000mRp=20000m2 2，用饱和硫酸铜电极测得钢管的自然电位为用饱和硫酸铜电极测得钢管的自然电位为用饱和硫酸铜电极测得钢管的自然电位为用饱和硫酸铜电极测得钢管的自然电位为-0.55V,-0.55V,钢管选用的是高强钢管选用的是高强钢管选用的是高强钢管选用的是高强度钢，钢管电阻率为度钢，钢管电阻率为度钢，钢管电阻率为度钢，钢管电阻率为0.1660.166 mmmm2 2/m/m，钢管的直径为，钢管的直径为，钢管的直径为，钢管的直径为D=800mm,D=800mm,厚厚厚厚度为度为度为度为10mm10mm。当回流点电位为。当回流点电位为。当回流点电位为。当回流点电位为-1.50V-1.50V，最小保护电位为，最小保护电位为，最小保护电位为，最小保护电位为-0.85V-0.85V时，时，时，时，计算两个保护站之间的管道长度。计算两个保护站之间的管道长度。计算两个保护站之间的管道长度。计算两个保护站之间的管道长度。end