管道阴极保护理论与实践自动保存的讲课课件.ppt

1、管道阴极保护理论与实践自动保存的管道阴极保护理论与实践自动保存的（优选）管道阴极保护理论与实践自动保存的电化学理论电化学理论1.电化学术语2.电学定律3.基础化学一、电学术语电子：电子是带有负电荷的离子。电压：电压是推动电荷运动的能量，单位：伏特、毫伏和微伏。电流：电流是沿导电路径的电荷流，单位：安、毫安、微安。电阻：电荷在材料中运动时遇到的阻力，单位：欧姆。电阻率：定义为一个边长1cm立方体的两个平面之间的电阻，电解质电阻率的常用单位为欧姆厘米。腐蚀和阴极保护中涉及到的电解质包括土壤和液体（水）。电解质的电阻率变化非常大，低至30 cm，高达500000 cm。当进行环境腐蚀性的评定及阴极保

2、护系统的设计时，电解质的电阻率是个重要因素。二、电学定律欧姆定律：电路中电压和电流的比率与电阻的关系。功率：功率是电装置消耗的能量。基尔霍夫定律电压定律：任何闭合回路的电源电压之和等于该回路中每个电阻两端电压降之和（串联电路）。电流定律：一点上流出的电流和流入的电流是相等的（并联电路）。三、基础化学原子：一个原子有一个原子核和轨道电子组成。原子核是由带正电荷的粒子（质子）和中子组成。对于给定的原子，质子数等于带负电的电子数，一个原子不带静电荷。离子：带电粒子称为粒子。阴离子：得电子而形成的离子称为阴离子。阳离子：失去电子而带正电荷的离子，称为阳离子。2PI RPEI四、基础电化学氧化：原子或者

3、分子失去电子，从而形成一个带正电的离子的过程。发生氧化的电极或者金属部位称为阳极。还原：原子或者分子得到电子，从而形成一个阴离子或者中性元素。当原子或者分子得到电子，发生还原反应。发生还原的电极或者金属的部位称为阴极。电解质：电解质是具有导电性离子的溶液。腐蚀电池：腐蚀是电子和离子流动的电化学过程。金属的损失（腐蚀）发生在阳极。阴极没有金属的损失（阴极被保护）。电化学腐蚀伴随有电子通过金属/电解质界面转移过程。腐蚀电池的四个部分：阳极、阴极、电解质、金属通路。ee2eFFee3eFF第一章 埋地管道腐蚀机理腐蚀的定义：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。金属电动势排序（c

4、se）由于管道是埋地的，土壤中含有水分、空气、酸、碱和水溶性矿物盐及微生物，这些因素都会使金属管道发生腐蚀。腐蚀会导致设备破坏而引发事故，如火灾、爆炸、有毒气体泄漏等，除了造成经济损失以及环境破坏外，还会伤及生命，必须对腐蚀给予高度重视。一、腐蚀发生的过程一、腐蚀发生的过程当金属浸入电解液后，金属里的电子吸引着溶液中的阳离子，使之尽可能靠近金属表面，在金属/溶液界面上形成双电层。双电层的建立使得金属与溶液之间产生电位差，这个电位差叫做该金属在这种溶液中的电极电位（腐蚀电位），简称电位。在金属表面，不同的部位，电极电位不一样。电位较低的为阳极、电位较高的为阴极。电子离开阳极沿金属向阴极移动，而位

5、于阳极区的金属原子由于失去电子而成为带正电的离子、进入电解质，与电解质中的负离子发生反应而形成腐蚀产物，金属发生腐蚀。在阴极区，由于存在多余的电子，金属不会发生腐蚀，化学反应在电解质中发生，如：析氢。我们把电解液中正离子移动的方向定义为电流方向，所以，在电解质中，电流由阳极流向阴极。二、腐蚀电极反应二、腐蚀电极反应任何一种电化学腐蚀反应至少包括一个阳极反应和一个阴极反应，并伴随有金属内部的电子流动和介质中离子的定向迁移。阳极：在电化学反应中发生氧化反应的电极。阴极：在电化学反应中发生还原反应的电极。电解液：含有离子的溶液，一般指土壤、水、潮气等。导体：电子迁移的途径（金属导体）。上述四部分组成

6、一个腐蚀电池。电位差是腐蚀发生的内在动力，电气通路是发生腐蚀的充分条件，缺少任何一项腐蚀就停止。三、活性极化及浓度极化三、活性极化及浓度极化极化：电流的流动而引起结构表面电位的偏移。活性极化：有充分的反应物，控制反应速度的主要因素是电子的供给速度。浓度极化：有充分的电子供应，控制反应速度的是反应物供给速度。四、腐蚀的形式四、腐蚀的形式均匀腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、点蚀、选择性腐蚀、冲蚀、环境开裂（腐蚀疲劳、氢脆、应力腐蚀开裂）。五、管道腐蚀的原因五、管道腐蚀的原因如果钢铁表面存在扎屑，与周围的金属相比，杂屑电位较正，为阴极，周围的金属失去电子而发生腐蚀，通常会发生点蚀。如果不同的金属处于同一电

7、解质并且电气连接，较活泼的金属将发生腐蚀。在通气条件差（氧含量低）的环境下，钢结构对地电位较低，为阳极发生腐蚀。埋设在道路下面的管道，对地电位较低，为阳极，首先发生腐蚀。含水量大的位置，金属为阳极，发生腐蚀。当管道经过沼泽进入沙漠地带时，该现象尤为突出。储罐或管道处于土壤不均匀的环境时，引起腐蚀。管道经过不同不同性质土壤时，将形成腐蚀电池，阳极段发生腐蚀。六、杂散电流腐蚀六、杂散电流腐蚀杂散电流：沿规定路径之外的途径流动的电流。杂散电流腐蚀：由于杂散电流流动而引起的腐蚀。直流电车系统以及阴极保护系统经常成为杂散电流源。当管道防腐层较差时，杂散电流从管道的一个部位流入，沿管道流动一段距离后，在涂

8、层缺陷处离开管道。在电流进入的部位，管道得到保护；在电流离开的部位，管道发生腐蚀。七、土壤酸碱度的影响七、土壤酸碱度的影响当介质中的H+过量，则为酸性。当介质中存在过量的OH-离子，则介质为碱性的。对于很多金属，Ph值低于4时，腐蚀速率显著增加。Ph在4和8之间，腐蚀速率与Ph值无关。高于8，环境变得有钝化性能，因此腐蚀速率下降。Ph值对铁、两性金属的影响（铝、锌、铅）铅、铝、锌的腐蚀速率在ph高于8时，趋向于增加，这是由于这些金属表面的氧化膜在很强的酸和碱中发生溶解，并且金属发生腐蚀。在低和高的PH值得情况下，都发生腐蚀的金属称为两性金属。PH值对于评价土壤的腐蚀性没有太大意义，但当怀疑有酸

9、性污染时，应当对其进行测量。在PH值低于4时，牺牲阳极自身腐蚀加剧，难以对结构提供保护。第二章第二章 防腐层防腐层一、防腐层的要求一、防腐层的要求防腐层：涂在管道表面的绝缘材料，把存在着许多不同电极区域的管道同电解质隔开，消除腐蚀电池通路来防止腐蚀。防腐层是防止埋地管道腐蚀的第一道屏障。防腐层要求：良好的绝缘性能、防止水分侵入、涂敷方便、耐老化、土壤应力性能好、与管道表面粘结性好、耐冲击能力好、绝缘性能稳定，耐阴极剥离性能好，容易修复。二、管道表面预处理二、管道表面预处理钢材表面处理方法：工具除锈、喷射除锈、酸洗。工具除锈的质量等级及其质量要求St2彻底的手工和动力工具除锈：钢材表面应无可见的

10、油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油气涂层等附着物。St3非常彻底的手工和动力工具除锈：钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油气涂层等附着物。除锈应比St2更彻底，底材显露部分的表面应具有金属光泽。喷射除锈ISO预处理标准及要求Sa1轻度的喷射或抛射除锈（清扫级）：钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。Sa2彻底的喷射或抛射除锈（工业级）：钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。Sa2.5非常彻底的喷射或抛射除锈（近白级）：钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮

11、、铁锈和油漆涂层等附着物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹的轻微色斑。Sa3使钢材表观洁净的喷射或抛射除锈（白级）：钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，该表面应显示均匀的金属色泽。管道除锈要满足相应的标准要求，一般需要达到Sa2.5级，具有一定锚纹深度（表面峰谷与峰顶间距），一般为5070微米。环氧粉末底层太薄，而且难以控制和检验；当介质中的H+过量，则为酸性。测试桩可用于管道电位、电流、绝缘装置的检测，也可用于防腐层检漏及交直流干扰的测试。在管道的汇流点（通电点），阴极保护电位更Z 理论电容量,Q 阳极效率输出、输入端有防雷、防电冲击保护装置。6、电

12、缆与管道的连接多采用铝热焊。当测量温度高于或者低于25，测量结果必须分别减去或者加上0.深井阳极为埋深大于15m的阳极地床，直径在250mm左右，阳极排列在深井中。发生还原的电极或者金属的部位称为阴极。6、电缆与管道的连接多采用铝热焊。腐蚀和阴极保护中涉及到的电解质包括土壤和液体（水）。腐蚀和阴极保护中涉及到的电解质包括土壤和液体（水）。电流定律：一点上流出的电流和流入的电流是相等的（并联电路）。发生还原的电极或者金属的部位称为阴极。直流电车系统以及阴极保护系统经常成为杂散电流源。Sa1轻度的喷射或抛射除锈（清扫级）：钢材表面应无可见的油脂和污垢，并且没有附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着

13、物。在阴极保护设计中，土壤电阻率是一个参比、零位接阴电缆及跨接电缆宜采用环氧煤沥青是以环氧树脂和煤沥青为基料，加热混溶，添加适量溶剂，防锈颜料和填料，将混合研磨制成。三、石油沥青防腐层三、石油沥青防腐层石油沥青涂层是一种传统的防腐层，由底漆、石油沥青层、加强玻璃布、聚氯乙烯外包膜组成，具有优良的防水性能，加上价格便宜，耐候性及对多种物体的粘结性较好，施工简单，技术成熟，大量用于金属管道防腐，现在已经淘汰。沥青涂层缺点是感温性极大，高温软化，易熔融，低温下变脆，冲击时易产生龟裂，埋在有岩石的土壤里时，管道要增加机械保护层或在沟内填充砂土，因而增加了费用。易受细菌侵蚀，植物根系影响，劳动条件差，损

14、耗大。阴极保护电流密度50100uA/。四、环氧煤沥青防腐层四、环氧煤沥青防腐层环氧煤沥青是以环氧树脂和煤沥青为基料，加热混溶，添加适量溶剂，防锈颜料和填料，将混合研磨制成。具有优良的耐水性，防腐性及良好的粘结力，机械强度和绝缘性等优点，可以冷涂。环氧煤沥青涂料的缺点是涂后需要较长的固化时间，才能达到可供运输的起码强度要求，及时在夏季，也要1-2天。在固化期间，风沙、雨水、霜雪都对防腐层表面有不良影响。在气温低时无法施工。环氧煤沥青主要用于下列场合：管径较小或工程规模较小，运输条件较好的管道施工。管道防腐层大修。保温管道的底层防腐层。原油储罐防腐。阴极保护电流密度50-100uA/。五、三层五

15、、三层PE防腐层防腐层1、防腐层结构：第一层（底层60-100um）是熔结环氧粉末防腐层；第二层（中间层125-250um）是共聚物胶粘剂层；第三层（外层1500-3000um）是聚乙烯或者聚丙烯防腐层。2、各层的功用为：底层作用一是增强对钢管表面的附着力，二是起防腐作用；中间层主要起将底层和外层粘连成一体的作用，外层主要起保护作用。3、三层结构防腐层特点：具有极佳的机械强度，施工性好；防腐层耐土壤应力好；防腐层柔韧性好；所需阴极保护电流密度小于10uA/，可减少阴极保护站数。4、三层机构防腐层问题三层结构防腐层影响质量的因素较多，质量控制难度大；所需涂敷设备较复杂，对工人技能要求高；环氧粉末

16、底层太薄，而且难以控制和检验；现场补口，异型管件防腐层难以与管体匹配；存在阴极保护电流屏蔽弱点；一次投资较大。5、三层结构防腐层使用场合、三层结构防腐层使用场合管线河流穿越段；石方段和回填条件较差管段；防腐预制场离施工现场较远的管线；杂散电流严重的地域管线。六、热收缩带剥离后的阴极保护屏蔽问题六、热收缩带剥离后的阴极保护屏蔽问题阴极保护电流只有到达金属表面才能够对抑制腐蚀起作用。对于收缩带补口的方式，由于收缩带与管体防腐层粘结能力差，受日照或土壤应力作用，容易起皱、开裂。焊缝处很难做到无气泡，无空鼓，如果水分进入收缩带下面，水分会沿焊缝进入内部。由于收缩带的绝缘作用，阴极保护电流无法到达腐蚀表

17、面，不能阻止腐蚀。第三章第三章 牺牲阳极阴极保护牺牲阳极阴极保护一、阴极保护技术一、阴极保护技术阴极保护是利用通电方式防止、减缓金属腐蚀的技术。实践证明，防腐层与阴极保护相结合，是最佳的防腐措施。该技术在1824年首先被用在保护英国海军的舰艇（利用锌阳极保护船只的铜钉），20世纪20年代，美国用来保护油气管道。我国是在62年首次在克拉玛依至独山子输油管道上应用，阴极保护技术应用目前越来越广泛，从最初的船舶发展到目前的储罐、管道、桥梁、码头、钻井平台的保护。正确的应用阴极保护技术，可以极大的延长金属设施的使用寿命，最大限度的创造经济效益。二、阴极保护的定义二、阴极保护的定义阴极保护是通过采取措施

18、，使保护金属表面各点电位达到一致，而减缓其腐蚀的技术。强制电流从周围电解质中流向被保护结构表面，是金属表面阳极部位的电位下降到阴极部位的电位，消除表面的阳极区，就可抑制阳极区表面电子释放，腐蚀得到抑制。根据供电方式不同，分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。三、金属电动势排序三、金属电动势排序CSE四、牺牲阳极阴极保护四、牺牲阳极阴极保护根据金属在电动势排序列中相对位置的不同，当将两种金属连接在一起，并处于同一电解质中时，电流将从较活泼的金属流向较惰性的金属，为较惰性的金属提供保护。该方法是利用电化学反应提供电流。通过将被保护结构与较活性的金属连接在一起，使被保护金属结构变成阴极；而较活性的

19、金属变成阳极。利用这一原理，将金属管道与较活泼的金属连接，使金属管道得到保护电流。如图，当管道与镁阳极连接在一起时，管道表面电位降低，直到管道表面不再存在阳极或阴极，所以消除了管道表面电流在阴、阳极之间的流动，从而消除了腐蚀。五、牺牲阳极材料五、牺牲阳极材料阳极材料应具备的条件：电位足够负；电流输出要稳定；阳极材料的电容量要大；高的电流效率；溶解均匀，容易脱落；材料价格低廉，来源充分。常用的阳极材料包括：镁、锌、铝。由于在提供保护的同时，阳极被消耗掉，所以这些阳极被称为牺牲阳极。六、牺牲阳极保护应用六、牺牲阳极保护应用应用范围：可以用于电流需求量小，土壤电阻率低的金属结构阴极保护。优点：应用灵

20、活、易于安装、维护简单、不需要电源、不会产生腐蚀干扰。缺点：输出电流小、仅应用于需求电流小的场合（一般小于1A）。驱动电压低，仅用于低土壤电阻率环境（小于50 m，不超过100 m）。七、牺牲阳极的消耗计算七、牺牲阳极的消耗计算牺牲阳极的理论电容量并非全部用于阴极保护，部分会由于自腐蚀而消耗。阳极效率是实际电输出与理论电输出之比。当80%的阳极被消耗后就认为阳极失去效用，所以在设计中采用的阳极利用系数为80%。W 阳极重量 kg，I电流输出Amps，t 设计寿命Yr，U利用系数 0.85Z 理论电容量,Q 阳极效率1、镁阳极镁阳极性能：开路电位-1.75V CSE-1.55V CSE 阳极效率

21、 0.5 理论电容量 2200Ah/kg镁阳极的电流效率约50%，受环境影响还可能更低，当土壤或水中含盐量t 8766IWUZQ 较低时，电流输出小，因而，其自身腐蚀相对较大，电容量下降。当土壤电阻率高时，阳极输出电流小当土壤电阻率高时，阳极输出电流小，阳极表面容易发生钝化，进一步加大接地电阻，使阳极输出电流进一步减小。一般不超过50 m。温度升高时温度升高时，自身腐蚀加剧，效率降低。最高使用温度可以达到100，在海水中，其寿命很短，不宜采用。镁阳极应用场合：土壤电阻率30-50 m环境，不宜在土壤电阻率大于100 m的环境应用。热点保护：镁阳极可以用来减小杂散电流的影响或对管道进行局部保护，

22、如防腐层破损点，阀室或者套管处。由于镁阳极与钢铁碰撞会产生电火花，不宜在防爆区域安装。2、锌阳极锌阳极性能：开路电位-1.10V CSE 环境温度 49理论电容量 827Ah/kg当环境温度超过54时，锌阳极电位发生正向偏移甚至会比钢的电位更正，锌阳极一般应用在环境温度低于49的环境中。锌阳极与钢铁之间的电位差约为0.25V，电位差相比较小，一般仅用于土壤电阻率小于15 m的土壤或海水中，也可用作接地电池或接地极。3、铝阳极铝牺牲阳极化学成分%锌元素的存在是保证阳极最初工作时表面的活性；铟或水银的存在是保证铝阳极表面的长期活性；铜和铁的存在会降低铝阳极的电容量，并使阳极电为变正，所以添加一定数

23、量的硅元素予以消除。主要应用于氯离子过高的海水、原油储罐内壁，或电阻率小于200 m的咸水中；温度高于70时，电流效率下降；不适于在土壤、淡水中应用。八、牺牲阳极回填料八、牺牲阳极回填料如果直接将阳极埋设在土壤中，由于土壤成分的不同，会加剧阳极的自身腐蚀，并使阳极消耗不均匀，所以需要加装回填料。填料可以吸收、保持水分，降低阳极接地电阻，提高阳极效率，保证阳极表面均匀消耗。腐蚀产物易于移开阳极表面。回填料的成分一般为：石膏粉75%膨润土20%粘土 硫酸钠5%42a2C SOH O4aN SO第四章第四章 外加电流阴极保护外加电流阴极保护一、外加电流阴极保护系统组成一、外加电流阴极保护系统组成该阴

24、极保护系统由整流电源、地床、参比电极、连接电缆组成。二、工作原理二、工作原理该方式是利用外部电源和辅助阳极，迫使电流通过辅助阳极从周围介质中流向被保护结构，从而消除腐蚀，又称为强制电流阴极保护。整流电源将交流电变成直流电，电流离开电源正极后，通过地床进入土壤，并通过土壤流向管道。在管道上汇流点集中后，流向电源负极构成回路三、外加电流阴极保护应用三、外加电流阴极保护应用阳极地床：多支阳极组成的接地极，将电流从电源输送到土壤中。汇流点：电源负极与被保护结构的连接点。优点：输出电压可以调节，可以用来保护大型甚至没有防腐层的结构，其应用受土壤电阻率影响不大；阳极用量较小，开挖工作量小。缺点：需要电源，

25、日常维护费用高；距离管道一般大于50米。需要额外用地。需要检测临近结构是否受到腐蚀干扰。有破坏油漆、防腐层的危险。阳极电缆连接头要严格密封，一旦与土壤接触，将会很快腐蚀断。需要谨慎连接电缆，极性接错将加速腐蚀。四、整流电源要求（恒电位仪）四、整流电源要求（恒电位仪）根据设置的不同，它可以恒电位、恒电压、恒电流输出。可靠性高，寿命长，维修简单。输出电压、电流可调，具有抗过载、防干扰、故障保护等功能。输出、输入端有防雷、防电冲击保护装置。阴极电缆不能兼作零位接阴，输出电压一般不超过50V。五、辅助阳极五、辅助阳极任何导电材料都可以用作阴极保护阳极。处于经济方面考虑，一般采用经济耐用的导电材料。以下

26、材料由于消耗率很低，常用作阳极材料：高硅铸铁阳极、混合金属氧化物阳极（海水）、镀铂钛阳极（容器内壁）工具除锈的质量等级及其质量要求电位差是腐蚀发生的内在动力，电气通路是发生腐蚀的充分条件，缺少任何一项腐蚀就停止。V1：腐蚀电位（自然电位），V2：阴极极化，V1+V2极化电位（瞬时断电电位），V=V1+V2+IR深井阳极为埋深大于15m的阳极地床，直径在250mm左右，阳极排列在深井中。9mv/的温度校正值。1、涂层不是完美无缺的，防腐层承担了99%的防护任务，而阴极保护对防腐层漏点处进行保护。第五章 阴极保护设施及安装电解液：含有离子的溶液，一般指土壤、水、潮气等。正确的应用阴极保护技术，可以

27、极大的延长金属设施的使用寿命，最大限度的创造经济效益。环氧煤沥青是以环氧树脂和煤沥青为基料，加热混溶，添加适量溶剂，防锈颜料和填料，将混合研磨制成。对于很多金属，Ph值低于4时，腐蚀速率显著增加。镁阳极应用场合：土壤电阻率30-50 m环境，不宜在土壤电阻率大于100 m的环境应用。线测量管地电位，该电位为管道的保护电位（通电电位）。5倍设计压力液压试验一小时；电位差是腐蚀发生的内在动力，电气通路是发生腐蚀的充分条件，缺少任何一项腐蚀就停止。3、化学反应热将使熔化的铜覆盖在铜电缆芯上，将电缆焊接在管道上；阴极保护电流密度50100uA/。填料可以吸收、保持水分，降低阳极接地电阻，提高阳极效率，

28、保证阳极表面均匀消耗。确保溶液中一直有未溶解的集体；当一般情况下准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差大于100mV的判据。3、三层结构防腐层特点：六、阳极地床焦碳填料的作用六、阳极地床焦碳填料的作用填料作用：增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻；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；填料可以消除气体堵塞。填料种类：煅烧石油焦碳，炼油副产品；电阻小，颗粒剂均匀，质量容易保证。比重大，适于做深井阳极填料。冶金焦碳，炼钢厂副产品；由煤在无空气的环境下烧纸而成，质量差异较大。填料要求：回填料含碳量应大于85%，最大颗粒径应小于10mm，灰含量小于10%，电阻率小于5

29、0 m，填料厚度一般为100mm第五章 阴极保护设施及安装一、恒电位仪的安装一、恒电位仪的安装恒电位仪通电前，首先测量管道的自然电位，然后测量阳极地床的电位。如果阴、阳极电缆测量电位值很小，一般表明阴、阳极电缆线断路。恒电位仪输出正极接阳极地床，输出负极接被保护结构，零位接被保护结构。参比电极接长效参比电极。二、浅埋水平阳极地床安装二、浅埋水平阳极地床安装辅助阳极地床尽量选择在土壤电阻率低的环境，以有利于电流的输出。因高硅铸铁性脆、易断，在搬运、安装时应特别小心，以免摔碰而断裂。不能把阳极导线作为起吊工具。严禁用阳极引出线拉运阳极，阳极应轻拿轻放。三、深井阳极地床安装三、深井阳极地床安装深井阳

30、极为埋深大于15m的阳极地床，直径在250mm左右，阳极排列在深井中。当地表土壤电阻率较大，或空间狭小时、或管网密集时，宜采用深井阳极深井阳极电流分布较浅阳极均匀，对其他结构干扰小，受季节性变化影响小。造价较高，且一旦出现故障，则很难修复。四、电气绝缘装置四、电气绝缘装置1、电气绝缘装置的应用限制阴极保护电流在指定的范围内，与其他金属结构或环境进行电气绝缘，防止阴极保护电流的散失，使阴极保护系统有效。为了实现以上目标，经常使用的装置是绝缘法兰、绝缘接头。2、绝缘接头技术要求检查试验要求：焊缝100%超声波探伤、外观目视、尺寸检查；1.5倍设计压力液压试验一小时；介电强度试验：3KV 1min。

31、（50Hz AC）绝缘电阻试验大于25M（1000V DC）内外环氧树脂涂敷，满足设计运行温度要求。3、绝缘接头安装位置管道与站、库的连接处；管道所有权改变的分解处；干线管道与支线管道的连接处；杂散电流干扰区；异种金属、新旧管道连接处；裸管和涂敷管道连接处；采用电气接地的位置处；大型跨越段的两端。4、绝缘接头安装步骤安装前，首先核对绝缘接头的尺寸、规格是否和设计相符，检查绝缘接头防腐层是否有破损。测量绝缘接头的绝缘电阻，确认绝缘接头绝缘性能良好，测量时，可以将绝缘接头竖直或水平放置在木板上，注意两端不能与土壤接触，用兆欧表测量绝缘电阻。如果绝缘接头内只有一侧有涂层，则该侧要位于受阴极保护侧。焊

32、接时，为避免焊接热量损坏绝缘接头内部的绝缘密封系统，可以将浸湿的麻布片放在绝缘接头上放热。5、锌接地电池当绝缘接头一侧遭到雷击或出现电气故障时，跨过绝缘接头会产生高电压，为了防止绝缘接头击穿，要安装接地电池或火花隙。五、阴极保护电缆五、阴极保护电缆1、系统阳极、阴极电缆均采用PVC绝缘、PVC护套电缆，直接埋地时，要采用铠装电缆。参比、零位接阴电缆及跨接电缆宜采用2、所有连接电缆两端必须带电缆标识牌，电缆标识牌应至少包括型号、电缆类型（阳极电缆、阴极电缆、零位接阴电缆、参比电缆、测试电缆、跨接电缆）及规格。3、直埋电缆表面距地面的距离不小于0.8米，当无法埋深时，应采取镀锌钢套管保护措施，防止

33、电缆受到破坏。4、直埋电缆应留有一定余量并做波浪形敷设，以适应回填土的下沉，211 10mmVVKV5、阳极电缆的连接非常关键，很多故障都是因为连接处密封不当引起的6、电缆与管道的连接多采用铝热焊。7、为了保证连接牢固，连接前要将结构表面严格清理。连接后要重新防腐。六、铝热焊焊接步骤六、铝热焊焊接步骤1、将管道表面焊接处打磨干净，将电缆线压在模具下；2、将模具中填满焊药（氧化铜及铝粉混合物），用点火装置引燃；3、化学反应热将使熔化的铜覆盖在铜电缆芯上，将电缆焊接在管道上；4、最后将焊接处用热熔胶、补伤片密封。5、阳极电缆的连接非常关键，很多故障都是因为连接处密封不当引起的6、电缆与管道的连接多

34、采用铝热焊。7、为了保证连接牢固，连接前要将结构表面严格清理。连接后要重新防腐。六、铝热焊焊接步骤1、将管道表面焊接处打磨干净，将电缆线压在模具下；2、将模具中填满焊药（氧化铜及铝粉混合物），用点火装置引燃；3、化学反应热将使熔化的铜覆盖在铜电缆芯上，将电缆焊接在官道上；4、最后将焊接处铜热熔胶、补伤片密封。七、阴极保护测试桩七、阴极保护测试桩测试桩用于阴极保护参数的检测，是管道管理维护中必不可少的装置，按测试功能沿线分布。测试桩可用于管道电位、电流、绝缘装置的检测，也可用于防腐层检漏及交直流干扰的测试。金属测试桩经常发生金属门的锈蚀、接线柱脱落等问题，维修困难。第六章第六章 阴极保护测量技术

35、阴极保护测量技术一、硫酸铜参比电极的使用和维护一、硫酸铜参比电极的使用和维护便携式硫酸铜参比电极1、铜电极采用紫铜（纯度大于99.7%）；2、采用化学纯，蒸馏水配制；3、渗透膜采用渗透率高的微孔材料；经常提到的结构对电解质的电位，如管地电位，实际上是结构和参比电极间测得的电位。参比电极必须是稳定的，并且数据具有重现性。硫酸铜电极（CSE）是测量埋地结构以及淡水环境中结构电位最常用的参比电极。饱和氯化银参比电极主要应用于海水环境。锌参比电极可以应用于海水及土壤中。参比电极维护：参比电极要保持清洁，不使用时，要用塑料/橡胶帽将多孔塞套上。定期更换硫酸铜，并且用非金属的研磨材料清洁铜棒。如果溶液变浑

36、浊，将其倒掉并换上新的4uC SO硫酸铜溶液。确保溶液中一直有未溶解的集体；备有一个新的电极，以便用来校准现场使用的电极。当校准电极与使用电极之间的差值大于5mv时，则需要清洗现场所使用的电极。使用注意事项：当测量温度高于或者低于25，测量结果必须分别减去或者加上0.9mv/的温度校正值。测量过程中屏蔽电极，避免阳光直接照射。与放置的黑暗处的电极相比，在光线照射下的参比电极的电位要降低10-50mV。二、相对氢电极的电位二、相对氢电极的电位第一层（底层60-100um）是熔结环氧粉末防腐层；输出电压、电流可调，具有抗过载、防干扰、故障保护等功能。阳极效率是实际电输出与理论电输出之比。该技术在1

37、824年首先被用在保护英国海军的舰艇（利用锌阳极保护船只的铜钉），20世纪20年代，美国用来保护油气管道。导体：电子迁移的途径（金属导体）。优点：输出电压可以调节，可以用来保护大型甚至没有防腐层的结构，其应用受土壤电阻率影响不大；材料价格低廉，来源充分。安装后，测量受保护侧与非保护侧8、近间距电位测量CIPS极化：电流的流动而引起结构表面电位的偏移。电压定律：任何闭合回路的电源电压之和等于该回路中每个电阻两端电压降之和（串联电路）。金属的损失（腐蚀）发生在阳极。根据工程需要，有时会需要测量牺牲阳极或阳极地床的接地电阻。4、三层机构防腐层问题缺点：需要电源，日常维护费用高；绝缘接头量测电位差值一

38、般为第一章 埋地管道腐蚀机理含水量大的位置，金属为阳极，发生腐蚀。三、参数测量三、参数测量1、自然电位的测量、自然电位的测量开启电源前，沿线测量管地电位，该电位为自然电位。参比电极要放到管道上方。在非常干燥的地方，需要用水将参比电极位置浇湿以使之接触良好。新建管线自然电位一般在-0.50V-0.70V之间老管道（腐蚀严重）的自然电位多在-0.10V-0.30V之间。2、通、断电电位的测量、通、断电电位的测量开启阴极保护电源，并极化24小时后，沿线测量管地电位，该电位为管道的保护电位（通电电位）。将阴极保护电源按12秒通、3秒断的周期供电，同一管道上的所有电源必须同步通断，在断电周期内测量的管地

39、电位为瞬时断电电位。有杂散电流干扰时，无法测量自然电位和断电电位，需要使用极化探头或者参比管测量。3、管道电流测量、管道电流测量管道电流：在管道中流动的直流电流。用高阻抗电压表连接内侧两根导线，蓄电池连接外侧两根导线，使施加的电流方向与管道电流方向相反。随着方向电流的增加，电压表的读数逐渐向零靠近。当电压表读数为零或靠近零时，蓄电池的输出电流即为管道电流。4、土壤电阻率的测量、土壤电阻率的测量在阴极保护设计中，土壤电阻率是一个非常重要的参数。土壤电阻率的测量通常采用四极法，它是在地表面沿直线方向均布四支电极，电极间距一般为管道埋深。在外侧两个电极上输入交流电，在内侧两支电极上测量电压降，计算出

40、土壤的电阻以及电阻率。当需要测量深度大于20米处土壤电阻率时，采用不等距法。1、测深020米，a=0.6米，b=20米。2、测深050米，a=5.0米，b=60米。a+2bh=22b=b+aR（）土壤电阻率典型值含水量对土壤电阻率的影响 温度对土壤电阻率的影响5、接地电阻测量、接地电阻测量根据工程需要，有时会需要测量牺牲阳极或阳极地床的接地电阻。采用兆欧表测量，D12取20米左右，D13取40米左右6、绝缘接头绝缘性能的测量、绝缘接头绝缘性能的测量安装前，可以通过将绝缘接头竖直放置，用500V兆欧表测量绝缘电阻。安装后，测量受保护侧与非保护侧电位差。绝缘接头量测电位差值一般为200-200mV

41、。首先测量绝缘接头量测的自然电位，然后开启阴极保护电源，此时，被保护侧电位负向偏移，而非保护侧电位基本不变。如果绝缘接头量测电位相同或差别不大（小于100mV），则绝缘接头可能短路。7、套管与主管道绝缘性能测量、套管与主管道绝缘性能测量金属套管与主管道短路，不仅会造成阴保电流大量散失，致使主管道欠保护，还会造成套管内部的管道阴极屏蔽，得不到保护。检查主、套管的绝缘性能，主要靠测量其电位的方式来判断。一般情况下，主套管之间的电位差在200500mV之间，如果电位差小于100mV，应采取措施，检查是否有短路。8、近间距电位测量、近间距电位测量CIPS测试桩上测量到的电位不代表测试桩之间的保护状况；

42、需要沿管道每个1-3米测量一次管地电位。当管道受杂散电流干扰时，测量断电电位无意义。3PE防腐层绝缘强度高，漏点少，CIPS检测的意义需要探讨。在测量之前，应确认阴极保护正常运行，管道已经充分极化。将恒电位仪设置成通断状态，典型的通断周期设置宜为通4秒断1秒或通12秒断3秒。将测量主机与测试桩相连，另一端与硫酸铜参比电极连接。在测量之前，应确认阴极保护正常运行，管道已经充分极化。将恒电位仪设置成通断状态，典型的通断周期设置宜为通4秒断1秒或通12秒断3秒。将测量主机与测试桩相连，另一端与硫酸铜参比电极连接。9、直流电位梯度法（、直流电位梯度法（DCVG）DCVG是一种检测防腐层漏点并确定其相对

43、大小的方法。在阴极保护电路中串联一个通断器，并提高恒电位仪的输出2-3倍，此时，将有一个脉动电流输入到管道。当管道涂层有漏点时，电流将经过土壤流入涂层漏点，在地表面形成电压场。DCVG是利用两支参比电极，寻找地面的电压场。当参比电极接近涂层缺陷时，电位梯度加大（两个参比电极之间的电位差）。通过寻找电位梯度的最大点，可以发现防腐层漏点。10、管道防腐层老化检测、管道防腐层老化检测PCM（ACVG）电磁法可以反映防腐层的总体状况，管道埋深以及涂层缺陷位置。其原理是给管道输入一个电压信号，检测器沿管道检测信号的衰减程度。在防腐层均匀的情况下，信号的衰减呈平滑的曲线，当信号有突然的衰减时，说明该管道上

44、有涂层漏点。用该方式确定防腐层较差的范围后，用其他方式（如：A型架）确定涂层漏点位置。第七章第七章 阴极保护判断标准阴极保护判断标准一、阴极保护术语一、阴极保护术语管道保护电位：管道保护电位是管道对地电位的统称，包括通电电位、断电电位、极化电位。实际应用时，要指明具体所指的电位。管道自然电位：阴极保护投用前测量到的管道对地电位，也叫管道腐蚀电位。管道通电电位：阴极保护系统断开的瞬间测量到的管道对地电位，一般取断电瞬间，数字万用表的第二个读数。管道极化电位：指金属结构与电解液接触面上的电位，为自然电位与管道阴极极化之和，其数值等于瞬时断电电位。管道阴极极化：由于阴极保护电流的流动而引起的结构电位

45、的变化值。数值上等于管道极化电位与自然电位的差值，即管道瞬时断电电位减去管道自然电位。二、阴极保护测量中的二、阴极保护测量中的IR降降V1：腐蚀电位（自然电位），V2：阴极极化，V1+V2极化电位（瞬时断电电位），V=V1+V2+IRIR降：根据欧姆定律，电流经过电阻时要产生电压降。测量结构电位时，参比电极总是放置在距离结构一定距离之外，电流从土壤流向结构时，由于电解液的电阻，会产生电压降。测量结果中，将包含该部分电压降，称为IR降。三、阴极保护断电电位三、阴极保护断电电位由于IR降会使测量结果产生误差，因此必须消除测量中的IR降。为了消除IR降，通常测量瞬时断电时的结构电位，IR降在断电的瞬

46、时将消失，而极化电位的衰减将需要一段时间，因而可以测量到极化电位。一般在断电的1秒钟内之内测量断电电位，在断电的瞬间，由于管道和阴极保护系统之间的感应作用，有一个电位脉冲，持续约0.2秒，所以，断电电位一般在断电0.20.5秒内读取。在测量极化电位时，要保证与结构连接的所有电源同时通、断电。三、阴极保护判断指标三、阴极保护判断指标NACE SP169根据NACE SP1692007，判断埋地或浸水金属结构（铁或铸铁）是否得到保护，可以用三个指标之一来判断。通电电位达到-850mV CSE并消除IR降的影响。极化电位-850mV CSE（瞬时断电电位）阴极极化100mV。ISO15589极化电位

47、要比-850mV CSE更负，为防止防腐层破坏，避免析氢以及造成高PH值环境，极化电位不能低于-1200mV CSE。贫氧或有硫酸盐还原菌存在的土壤（SRB）中极化电位低于-950mV CSE对高强度钢（最小屈服强度大于550MPa），最小极化电位可能比-850mV（CSE）稍正，但实际应用中多采用-850mV这一数值。高电阻率土壤中，最小极化电位：当100 1000 m时，为-750mVCSE；当 大于1000 m时，为-650mV CSE。100mV阴极极化。GB/T21448一般情况：管道阴极保护电位（不含IR降）应为-850mV CSE或更负。阴极保护状态下管道的最大保护电位不能比-1

48、200mV CSE更负。对高强度钢（最小屈服强度大于550MPa）和耐蚀合金钢，如马氏体不锈钢，双相不锈钢等，最大保护电位则要根据实际析氢电位来确定。最小极化电位可能比-850mV（CSE）稍正，但在-650mV-750mV的电位范围内，管道处于高pH值应力腐蚀开裂（SCC）的敏感区，所以一般采用最小电位-850mV CSE。在厌氧菌或SRB及其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为-950mV CSE或更负。在土壤电阻率100 m至1000 m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-750mV（CSE）；在土壤电阻率 大于1000 m的环境中的管道，阴极保护电位宜负于-650mV CSE。特殊考

49、虑：当一般情况下准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差大于100mV的判据。在高温条件下、SRB的土壤中，存在杂散电流干扰及异种金属材料偶和的管道中不能采用100mV极化准则，该值为200-250mV CSE。四、防腐层和阴极保护四、防腐层和阴极保护1、涂层不是完美无缺的，防腐层承担了99%的防护任务，而阴极保护对防腐层漏点处进行保护。2、没有阴极保护的情况下，管道一般会发生点蚀。3、过度的阴极保护将破坏管道防腐层或产生氢至开裂。4、尽管在技术上，为裸管提供阴极保护是可行的，但费用将会非常高，同时，也很难得到均匀的阴极保护电流分布。5、涂层和阴极保护的结合是绝佳的防腐措施，该措施可以用较

50、小的花费来取得理想的保护措施，其优越性已经被世人所承认。当氢气逸出后，多余的 离子使靠近金属表面的溶液呈碱性。加速防腐层老化。最大保护电位：能够引起防腐层剥离的电位称为最大保护电位。防腐是否成功，取决于阴极保护电位，阴极保护电位过高，不能达到充分保护，阴极保护电位过低，将破坏防腐层。在管道的汇流点（通电点），阴极保护电位更负，为了防止电位过负而造成对防腐层的破坏，4OH一般该点的断电电位限制在-1.05-1.10V CSE。根据ISO15589-1 2003，断电电位不得低于-1.20V CSE，所以每个阴极保护站的保护距离是有限的。4第八章第八章 杂散电流腐蚀干扰及预防杂散电流腐蚀干扰及预防