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1、阴极保护系统的运营维护 广西中石油储备油有限公司 刘晓峰 前 言 管道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、构件和阀门等因腐蚀而损坏报废，既给国民经济 带来巨大损失，也给生产和生活造成极大的困难。 腐蚀对经济建设、城镇燃气的安全供应以至居民生活是 一种极为重要的破坏因素，它给人类和社会环境带来巨大的 经济损失和社会危害。每年因腐蚀造成的直接损失约占国民 生产总值（GDP）的2%4%。因腐蚀消耗的钢材为年产量 的三分之一。可见腐蚀而造成的损失相当的惊人。 随着现代工业和科学技术的发展，腐蚀科学和腐蚀控制 技术在国民经济中所占地位也越来越重要。对埋地管线，已 发展出了各种涂覆层技
2、术、阴极保护技术等。 管道的腐蚀情况 一、什么是腐蚀 1、腐蚀的定义 腐蚀：金属与环境介质间的物理-化学相互作用，其结果使金 属的性能发生变化，并常可导致金属、环境或由它们 组成 的作为部分技术体系的功能受到的损伤。 腐蚀是一种趋势。换句话说，大多数的金属处于热力 学不稳定性，具有寻求低能量状态的倾向，如氧化物或其 他化合物。 2、腐蚀的分类 1）按腐蚀环境分类 化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀、杂散 电流腐蚀、细菌腐蚀、应力腐蚀、接触腐蚀等。 2）按腐蚀反应机理分类 化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀。 3）按腐蚀破坏的特征分类 全面腐蚀和局部腐蚀 局部腐蚀又可以分为：电偶腐蚀、缝隙腐
3、蚀、小孔 腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、磨损性腐蚀和氢脆 等。 二、埋地管道的腐蚀控制措施 现代埋地钢质管道采用的腐蚀控制措 施，一般就是采用防腐层和阴极保护的 联合保护技术。实践证明，无论对于长 输管线还是埋地燃气管网，这种联合保 护（双保护）技术是十分有效和成功的 。 1、防腐层保护 防腐层保护就是采用物理的、化学的（包括电化学的）和机械的方法在金 属表面覆盖一层致密无孔、均匀完整、与基体结合牢固的耐蚀材料，以达到或 减缓腐蚀、保护基体金属的目的。 管道防腐层应符合国家标准GBT 214472008的规定： a)有效的电绝缘性：新建埋地管道防腐层的绝缘电阻率一般不应小于 10000m2。 b
4、)有良好的防潮、防水性。 c)有较强的机械强度： 有一定的抗冲击强度和硬度； 有良好的耐弯曲性； 有较好的耐磨性。 d)防腐层对钢铁表面有良好的粘结性。 e)防腐层的材料和施工工艺对母材的性能不应产生不利的影响。 f)有良好的抗阴极剥离性能。 g)有较好的耐化学性和抗老化性。 h)防腐层损伤后易于修补。 i)防腐层对环境的影响应符合HSE的要求。 2、阴极保护 1)、阴极保护的含义 阴极保护：通过降低腐蚀电位，使管道腐蚀速率显著减小而实现电化 学保护的一种方法 。 一般分为强制电流法和牺牲阳极法。 外加电流法利用外部直流电源取得阴极极化电流来防止金属 腐蚀的技术。 牺牲阳极法在电解质中用一种电
5、极电位比较负的金属或合金 与被保 护结构连在一起，依靠它不断腐蚀产生 的电流来保护该金属结构的技术。 2）阴极保护实现方法 强制电流法和牺牲阳极法： 方方 法法 优点优点缺点缺点 强强 制制 电电 流流 1 1、输出电流连续可调；、输出电流连续可调； 2 2、保护范围大；、保护范围大； 3 3、不受环境电阻率影响；、不受环境电阻率影响； 4 4、工程越大越经济；、工程越大越经济； 5 5、保护装置寿命长。、保护装置寿命长。 1 1、需要外部电源；、需要外部电源； 2 2、对临近金属构筑物干扰大、对临近金属构筑物干扰大 ； 3 3、维护管理工作量大。、维护管理工作量大。 牺牺 牲牲 阳阳 极极
6、1 1、不需要外部电源；、不需要外部电源； 2 2、对临近构筑物无干扰或很小；、对临近构筑物无干扰或很小； 3 3、投产调试后可不需管理；、投产调试后可不需管理； 4 4、工程越小越经济；、工程越小越经济； 5 5、保护电流分布均匀、利用率高。、保护电流分布均匀、利用率高。 1 1、高电阻环境不宜使用；、高电阻环境不宜使用； 2 2、保护电流几乎不可调；、保护电流几乎不可调； 3 3、覆盖层质量必须好；、覆盖层质量必须好； 4 4、投产调试工作复杂；、投产调试工作复杂； 5 5、消耗有色金属。、消耗有色金属。 强制电流法 强制电流法保护也称之为外加电流法，即通过施加外 部电源，对管道进行阴极极
7、化而实施的电化学方法。 施加的外部电源类型： a、整流器；b、可控硅恒电位仪、c、其他形式的能 源（直流发电机组、硅太阳能电池、风力发电机、热电发 生器等）。 辅助阳极类型： a、废钢材、铸铁阳极；b、高硅铸铁阳极；c、石墨 阳极；d、金属氧化阳极等。 外加电流示意图 牺牲阳极法 (1）定义： 牺牲阳极：与被保护管道偶接而形成 的电化学电池，并在其中呈低电位的阳极， 通过阳极溶解释放负电流以对管道实现阴极 保护的金属组元。 （2）作为牺牲阳极材料的金属：Mg、Al、Zn 等。使用牺牲阳极时土壤电阻率应小于 100m。 牺牲阳极的安装现场 （3）阴极保护准则 a、一般情况 管道阴极保护电位（即管
8、/地界面极化电位）应为-850mV（CSE）或 更负。 阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比-1200mV（CSE）更负。 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- 950 mV（CSE）或更负。 在土壤电阻率100m至1000m环境中的管道，阴极保护电位宜负 于-750 mV（CSE）；在土壤电阻率大于1000m环境中的管道， 阴极保护电位宜负于-650 mV（CSE）. b、特殊考虑 当以上准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差大于100 mV判据。 三 阴极保护系统的测试和监测装置 阴极保护的测试装置有： a)阴极保护参数测试桩； b)电绝缘性能测试系统；
9、c)阴极保护参数站内检测系统； d)阴极保护参数远程遥测、遥控系统； e)交、直流干扰测试系统。 1、阴极保护的主要装置 a、测试桩：用来测量管道阴极保护参数的永久性装置，也 称为监测站或检查头。主要有桩体、测试接线板、测试导 线和铭牌组成。 常见的测试桩又分为电位测试桩、电流测试桩或兼具电位 电流测试功能的测试桩。 桩体的材料有钢管桩、水泥桩、塑料桩和其他材料等。 测试桩位置常埋设长效参比电极。 测试桩的位置应根据燃气管道的分布和不同的阴极保护装 置，应能保证取得足够的阴极保护数据。 b、管道阴极保护的检测点应设置在下列位置： a)强制电流阴极保护管道的汇流点和保护末端； b)沿管道每1 k
10、m处，埋地保温管道检测点的间距可适当 加大； c)牺牲阳极安装处和两组阳极的中间； d)电绝缘装置安装处； e)被保护管道与其他埋地管道的交叉处； f)电气化铁路和大型河流穿、跨越处； g)在交、直流电干扰区域内的管道应根据具体情况确定检 测点的位置和间距。 2、绝缘装置及接地电池 电绝缘和电连续性都是阴极保护体系必不可少的先决条件。管道 应与保护电池以外的任何金属结构实现电绝缘。 电绝缘的含义：为使管道具有经济的保护电流密度，管道外表面应具 有呈良好电绝缘性能的防腐绝缘层，为了使管道内的阴极保护电流不 向系统外流失，要在管道与其他金属构筑物、低电阻接地体保持电绝 缘，也就是不能产生短路。这是
11、因为所有连接可能使保护电流通过这 些装置或设备流失到土壤或水中，那么管道的阴极保护就会受到削弱 或失效。所以在阴极保护领域常常有这样的说法：“没有绝缘就没有保 护。” 因此要在管道上设立绝缘法兰、绝缘接头、绝缘垫块。 接地电池：在管道防止供电系统故障或雷击造成的管道上的电涌冲击 的设施。常用锌接地电池。 四 埋地管道阴极保护系统的运行和管理 阴极保护工程应与被保护管道同时设计、同时施工 、同时投产。一旦投入使用，就应该加强系统的运行管 理，以确保阴极保护系统持续有效，及时发现和处理系 统工作过程中的各种异常现象并排除故障。 1、测量仪器和设备 管道管理部门应配备必要的设备和仪表、工具。至少 包
12、括： 管道防腐层检测仪、接地电阻测试仪、万用表、 Cu/CuSO4参比电极（便携式）、数字型电位差计。所 有测量仪器和设备的要求应符合GB/T21246的要求。 2、测试项目及方法 阳极输出电流标准电阻法 阳极输出电流直测法 接地电阻测量 土壤电阻率的测量 土壤电阻率测量示意图 3、阴极保护系统的管理 1）管道管理部门应收集、管理、保存由设计、施工单位提供的和其他来 源获得的文件、图纸资料和原始资料。 2）阴极保护岗位的操作人员，上岗前应进行专门的技术培训。 3）检查与测试：应定期进行阴极保护系统的检查与测试，以确认阴极保 护系统是否运行正常，运行期间的管/地电位是否符合保护准则。 4）仪器设
13、备：阴极保护使用的仪器、仪表及设备，如参比电极，应进行 常规效验。 5）保护电位检测：当发现管道阴极保护不充分时，应立即展开调查，查 明原因，排除故障。常见故障原因的相应对策如下： 修理或更换系统中的装置或部件； 修补已查明的防腐层缺陷； 调整或更换跨接； 消除绝缘不良或短路点； 修理失效的绝缘装置； 增设阴极保护设施（强制电流或牺牲阳极）。 6）常规功能性检测项目及周期 4、牺牲阳极保护系统的维护 适用标准： GB/T21448-2008埋地钢质管道阴极保护技术规范 GB/T21447-2008钢质管道外腐蚀控制规范 GB/T21246-2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法 SYJ4006-90长输管道阴极保护工程施工及验收规范 CJJ95-2003城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程 完 谢谢观赏!
