管道阴极保护基本知识

管道阴极保护基本知识 内容提要 阴极保护系统管理知识 一 阴保护系统管理知识 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 金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液 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可以提供阴极保护电流的金属或合 金 即牺牲阳极 相连 使被保护体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 如图 1 3 牺牲阳极材料有高钝镁 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 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 恒电压 整流器等 如图 1 4 示 图 1 4 恒电位方式示意图 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 二 外加电流阴极保护系统的组成 1 恒电位仪 珠三角管道采用的是 IHF 系列数控高频 开关恒电位仪 它的主要作用是向管道输出保护电流 2 阳极地床 由若干支辅助阳极 高硅铸铁 组成 通过辅助阳极把保护电流送入土壤 经土壤流入被保护的 管道 使管道表面进行阴极极化 防止电化学腐蚀 电流再 由管道流入电源负极形成一个回路 这一回路形成了一个 电解池 管道在回路中为负极处于还原环境中 防止腐蚀 而辅助阳极进行氧化反应遭受腐蚀 或是周围电解质被氧 化 阴保站的电能 60 消耗在阳极接地电阻上 故阳极材料 的选择和埋设方式 场所的选择 对减小电阻节约电能是至 关重要的 珠三角管道的阳极地床辅助阳极一般为 40 支 阳极地床的接地电阻小于 3 设计要求 阳极地床与管 道的垂直距离要大于 50 米 3 参比电极 为了对各种金属的电极电位进行比较 必须有一个公共的参比电极 其电极电位具有良好的重复 性和稳定性 构造简单 通常由饱和硫酸铜参比电极 锌 电极等 4 绝缘接头 阴极保护系统保护的是输油站外的长输 管道 绝缘接头的作用是将阴极保护电流限制在两个阴极 保护站之间的管道上 5 检查片 由与管道同材质的金属制成 50 100mm 的 挂片 检查片有两组 一组与输油管道相连 处于阴极保 护状态 一组不与管道相连 处于自然腐蚀状态 经过一 定时间后将两组检查片的失重量进行比较 可分析管道的 阴极保护效果 6 测试桩 为了检测维护管道的阴极保护系统 在管 道沿线设置电流及电位测试桩 电位测试桩每公里设置一 个 电流测试桩每 5 公里设一个 套管电位测试桩每个套 管处设置一个 绝缘接头电位测试桩每一绝缘处设一个 三 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 最大保护电位值的大小通过试验确定 一般取 1 5V CSE 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 四 阴极保护投入前的准备和验收 1 阴极保护投入前对被保护管道的检查 管道对地绝缘的检查 从阴极保护的原理介绍 已得知 没有绝缘就没有保护 为了确保阴极保护的正常运行 在 施加阴极保护电流前 必须确保管道的各项绝缘措施正确 无误 应检查管道的绝缘接头的绝缘性能是否正常 管道 沿线的阀门应与土壤有良好的绝缘 管道与固定墩 跨越 塔架 穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施 管道 在地下不应与其它金属构筑物有 短接 等故障 管道表面防 腐层应无漏敷点 所有施工时期引起的缺陷与损伤均应在 施工验收时使用埋地检漏仪检测 修补后回填 2 对阴极保护施工质量的验收 1 对阴极保护间内所有电气设备的安装是否符合 电气设备安装规程 的要求 各种接地设施是否完成 并符合图纸设计要求 2 对阴极保护的站外设施的选材 施工是否与设计 一致 对通电点 测试桩 阳极地床 阳极引线的施工与 连接应严格符合规范要求 尤其是阳极引线接正极 管道 汇流点接负极 严禁电极接反 3 图纸 设计资料齐全完备 五 阴极保护投入运行的调试 1 组织人员测定全线管道自然电位 土壤电阻率 阳 极地床接地电阻 同时对管道环境有一个比较详尽的了解 这些资料均需分别记录整理 存档备用 2 阴极保护站投入运行 按照恒电位仪的操作程序给管道送电 使电位保持在 1 20 伏左右 待管道阴极极化一段时间 四小时以上 开始测 试直流电源输出电流 电压 通电点电位 管道沿线保护 电位 保护距离等 然后根据所测保护电位 调整通电点 电位至规定值 继续给管道送电使其完全极化 通常在 24 小时以上 再重复第一次测试工作 并做好记录 若个别 管段保护电位过低 则需再适当调节通电点电位至满足全 线阴极保护电位指标为止 3 保护电位的控制 各站通电点电位的控制数值 应能保证相邻两站间的管 段保护电位达到 0 85 伏 同时各站通电点最负电位不允许 超过规定数值 调节通电点电位时 管道上相邻阴极保护 站间加强联系 保证各站通电点电位均衡 4 当管道全线达到最小阴极保护电位指标后 投运操 作完毕 各阴极保护站进入正常连续工作阶段 六 阴极保护站的日常维护管理 1 恒电位仪的巡检和维护 1 日常巡检 每天 9 00 和 21 00 对恒电位仪巡检一次 并记录输出电压 电流 保护电位数值 与前次记录 或值班 记录 对照是否有变化 若不相同应查找原因 采取相应措 施使管道全线达到阴极保护 2 每月维护 每月 1 日对恒电位仪进行切换使用 改用 备用的仪器时 应即时进行一次观测和维修 发现仪器故 障应及时检修 保证供电 维护内容 观察全部零件是否正常 元件有无腐蚀 脱焊 虚焊 损坏 各连接点是否可靠 电路有无故障 各紧固件是否 松动 熔断器是否完好 如有熔断 需查清原因再更换 检查接接阴极保护站的电源导线 以及接至阳极地床 通电点的导线是否完好 接头是否牢固 定期检查工作接地和避雷器接地 并保证其接地电阻不 大于 10 欧姆 在雷雨季节要注意防雷 搞好站内设备的清洁卫生 注意保持室内干燥 通电良 好 防止仪器过热 2 参比电极的维护 作为恒定电位仪信号源的埋地参比电极 在使用过程中 需注意观察恒电位仪的输出数值 发现异常可检查参比电 极井是否干涸 影响仪器正常工作 3 阳极地床的维护 阳极地床接地电阻每月测试一次 接地电阻增大至影响 恒电位仪不能提供管道所需保护电流时 应该更换阳极地 床或进行维修 以减小接地电阻 4 测试桩的维护 1 检查接线柱与大地绝缘情况 电阻值应大于 100 千欧 用万用表测量 若小于此值应检查接线柱与外套钢管有无 接地 若有则需更换或维修 2 测试桩应每年定期刷漆和编号 3 防止测试桩的破坏丢失 对沿线城乡居民及儿童作好 爱护国家财产的宣传教育工作 5 绝缘接头的维护 每月检测绝缘接头两侧管地电位 若与原始记录有差异时 应对其性能好坏作鉴别 如有漏电情况应采取相应措施