埋地钢质管道阴极保护测量技术1、前言2、判据3、基本测量技术简介4、测量误差及消除5、阴极保护通电/ 断电电位测量 6、极化电位的监测1、前言Ø阴保系统性能评价的目的是看其是否能够充分控 制腐蚀Ø实际工作中直接确定腐蚀速率的过程是十分复杂 的必须依赖一些间接的、技术上可行的方法来评估阴极保护系统的有效性Ø目前采用的主要方法是测量管道的电位、电流、 电阻等相关参数，与选定的判据进行比较以达到 评价阴极保护系统是否正常的目的1、前言相关标准：ØGB/T 21246—2007 《埋地钢质管道阴极保护参数 测量方法》ØGB/T 21447—2008《钢质管道外腐蚀控制规范》ØGB/T 21448—2008《埋地钢质管道阴极保护技术 规范》2、判据目前我们采用的判据为国家标准GB/T 21448—2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中的4.3 阴极保护准则2、判据2、判据 一般情况1.管道阴极保护电位应为-850mV（CSE）或更负2.阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比-1200mV（CSE）更负3.对高强度钢和耐蚀合金钢，其保护电位应比-850mV（CSE）稍正，但在-650mV（CSE）至-750mV的电位范围内，管道处于高pH值SCC的敏感区，应予注意。
4.在厌氧菌或SRB及其它有害菌土壤环境中管道阴极保护电位应为-950mV（CSE）或更负5.在土壤电阻率100Ω·m至1000Ω·m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-750 mV（CSE）；在土壤电阻率ρ大于1000Ω·m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-650 mV（CSE）2、判据特殊考虑当一般情况准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差大于100mV的判据注意：在高温条件下、SRB土壤中存在杂散电 流干扰及异种金属材料偶合的管道中不能采用100mV极化准则3、基本测量技术简介 管道电位管道电流接地电阻 土壤电阻率绝缘法兰的绝缘性能管道电位 管地电位测量的意义1.未加阴极保护的管地电位是衡量土壤腐蚀性的一 个参数自然电位）2.施加阴极保护的管地电位是判断阴极保护程度的 重要参数保护电位）3.当有干扰时，管地电位的变化是判断干扰影响程 度的重要指标管道电位 测量一般要求1.所用电压表内阻要高，通常应大于10MΩ2.正确使用参比电极3.注意消除IR 降测量使用的参比电极特点电位稳定，重现性好，不易极化，寿命长，并有一定的机械强度图 3.1.1 参比电极结构示意图 硫酸铜参比电极制作的 要求● 电极采用紫铜棒（纯度不小 于99.7%）；● 硫酸铜溶液用蒸馏水和化学 纯硫酸铜晶体配制。
硫酸铜溶液 必须饱和，饱和的标志为在使用 过程中，溶液一直存在过剩的硫 酸铜晶体● 流过电极的允许电流密度不 大于5μA/ cm2管道电位 测量方法地表参比法近参比法远参比法断电法管道电位 地表参比法 适用范围：管道自然电位、保护电位和牺牲阳 极开路电位等参数的测试测试方法：将参比电极放在管道顶部上方的 地表潮湿土壤上，保证参比电极与土壤接触良好 图 3.1.2 地表参比法测试接线示意图管道电位近参比法适用范围：防腐层质量差的管道保护电位和牺牲阳极闭路电位的测试测试方法：在管道（或牺牲阳极）上方，距测试点 1m左右挖一个安放参比电极的探坑，将参比电极置于距 管壁（或牺牲阳极）3～5cm的土壤上保证参比电极与 土壤接触良好图 3.1.3 近参比法测试接线示意图 管道电位 远参比法适用范围：强制电流阴极保护受辅助阳极地电场影响的管段和牺牲阳极埋设点附近的管段测试方法：将硫酸铜参比电极朝远离地电场源的方 向逐次安放在地面，第一个安放点距管道测试点不小于 10m，以后逐次移动10m用数字万用表测试管地电位， 当相邻两个安放点测试的管地电位相差小于5mV时，参比电极不再往远方移动最远处的管地电位值作为该测 试点的管道对远方大地的电位值。
图 3.1.4 远参比法测试接线示意图管内电流 管道电流 牺牲阳极输出电流标准电阻法 直测法 电压降法 补偿法 电流环 管道电流 标准电阻法 ²标准电阻的两个接线柱分别接管道和牺牲阳极²电位接线柱接数字万用表，并将万用表置于DC200mV量程²接入导线的总长度不大于1m，截面积不小于2.5mm2²标准电阻的阻值为0.1Ω，准确度为0.02级图 3.2.1 标准电阻法测试接线示意图管道电流直测法 直测法即利用数字万用表的电流档直接测量牺牲阳极输出电流直测法操作简便，但应选用五位读数的数字万 用表，用DC10A量程直接读取电流值图 3.2.2 直测法测试接线示意图 管道电流 电压降法适用范围：具有良好外防腐层，被测管段无分支、无接地极，已知管径、壁厚和管材的电阻率测量方法：测量a、b两点之间的管道长度Lab，该长度应保证a、b两点之间的电位差不小于50μV，一般取Lab为30m图 3.2.3 电压降法测试接线示意图 管道电流 补偿法 适用范围：具有良好外防腐层，被测管段无分支、无接地极，管道内流动的直 流电流比较稳定 图 3.2.4 补偿法测试接线示意图 管道电流电流环 电流环实际上是一个包括“霍尔效应”的装置的钳形电流表，其产生的输出电压正比于磁场强度，而磁场强度则正比于导体中流过的电流大小。
图 3.2.5 电流环测试示意图 接地电阻牺牲阳极接地电阻辅助阳极接地电阻 辅助阳极接地电阻测试采用ZC-8接地电阻测量仪图 3.3.1 辅助阳极接地电阻测试接线示意图 辅助阳极接地电阻 Ø图（a）所示接线测试ü 土壤电阻率较均匀的地区，d13取2L，d12取L；ü 土壤电阻率不均匀的地区，d13取3L，d12取1.7Lü 测试过程中，电位极沿辅助阳极与电流极的连线移动三次， 每次移动的距离为d13的5%左右，若三次测试值接近，取其平 均值作为辅助阳极接地电阻值；若测试值不接近，将电位极 往电流极方向移动，直到测试值接近为止 Ø图（b）所示的三角形布极法测试ü d13=d12≥2L牺牲阳极接地电阻 测试采用ZC-8接地电阻测量仪 图 3.3.2 牺牲阳极接地电阻测试接线示意图牺牲阳极接地电阻 Ø垂直于管道的一条直线布置电极Ød13取40m，d12取20mØ牺牲阳极的支数较多或为带状牺牲阳极，并且对 角线长度（或带状牺牲阳极长度）大于8m时，按 辅助阳极接地电阻的方法测试，但d13不得小于40m ，d12不得小于20m土壤电阻率 等距法测试采用ZC-8接地电阻测量仪 图 3.4 土壤电阻率测试接线示意图 土壤电阻率Ø四个电极布置于一条直线上，间距a、b代表测试 深度，且a=b。
Ø电极入土深度应小于a/20Ø将电极垂直管线或电缆放置绝缘法兰的 绝缘性能兆欧表法电位法PCM漏电率测量法绝缘法兰的绝缘性能兆欧表法适用条件：绝缘法兰（接头）制成但尚未安装到管道上图 3.5.1 兆欧表法测试接线示意图 绝缘法兰的绝缘性能兆欧表法Ø 仪器接线时，宜用磁性接头（或夹子）将兆欧表输入端的 测量导线压接（或夹接）在绝缘法兰（接头）两侧的裸管 上（连接点必须除锈）Ø 转动兆欧表手柄达到规定的转速，持续10s，此时兆欧表稳定指示的电阻值即为绝缘法兰（接头）的绝缘电阻值Ø 一般可用500V兆欧表测试，性能良好的绝缘法兰绝缘电阻 为∞，2MΩ以上为合格绝缘法兰的绝缘性能 电位法图 3.5.2 电位法测试接线示意图 绝缘法兰的绝缘性能电位法Ø 在被保护管道通电之前，用数字万用表测试绝缘法兰（接头） 非保护侧a的管地电位Va1Ø 调节阴极保护电源，使保护侧b点的管地电位达到 -0.85～- 1.50V之间，再测试a点的管地电位Va2ü 若Va1和Va2基本相等，绝缘性能良好；ü 若│Va2│>│Va1│，且Va2与Vb数值接近，绝缘性能可疑• 若辅助阳极距绝缘法兰（接头）足够远，且判明与非保护侧相 连的管道没同保护侧的管道接近或交叉，则可判定为绝缘法兰 （接头）的绝缘性能很差（严重漏电或短路）否则应按下述漏 电电阻测试法进一步测试。
绝缘法兰的绝缘性能 PCM漏电率测量法适用条件:测量在役管道绝缘接头(法兰)的漏电率,判断其 绝缘性能图 3.5.3 PCM漏电率测量接线示意图 绝缘法兰的绝缘性能PCM漏电率测量法Ø 接好测试线路,断开保护端阴极保护电源和跨接电缆Ø 按PCM操作步骤,用PCM发射机在保护端接近绝缘接头(法兰 )处向管道输入电流I Ø 在保护端电流输入点外侧,用PCM接收机测量并记录该侧管道电流I1 Ø 在非保护端用PCM接收机测量并记录该侧管道电流I2计算绝缘接头(法兰)漏电率:4、测量误差及消除 电位测量原理 测量电路误差源的产生 测量电路之外的电压降误差 测量误差的消除 电位测量原理管地电位自然电位保护电位通电电位断电电位管地电位介绍：1. 管地电位定义：管道和相邻土壤介质之间的电位差公式表示为：Ep/s=φp –φs其中φp为管道的电极电位，φs为土壤的电极电位2. 工程上，通常认为管地电位实际是管道相对临近土壤中 参比电极的电位测量值3.电位测量原理图 4.1.1管地电位现场测量示意图电位测量原理图 4.1.2 管地电位测量电路示意图Rm =电压表内阻Rr,e =参比电极接触电阻Rp,e =管道对地电阻Re=土壤电阻Rt =导线(连接)电阻Etrue =管地电位真实值Vm =电压表读数Im =仪表电流电位测量原理电路说明：1.理想上来说，只有管道与参比电极之间的真实电位差应当经过电压表两端。
2.该测量电路是一种串联电路，所以通过电压表的电压降高低将正比于电压表输入电阻与电路总电阻的比值用Rz表示电路总电阻，即：Vm=Etrue·(Rm/Rz)3.按照欧姆定律，由于电流的流动在参比电极与管道之间土壤内产生的电压降称为IR降测量电路误差源的产生 测量电压表选用原则 1.为了提高测量的准确度，宜优先选用数字电压表2.数字电压表的输入电阻应不小于 10MΩ 3.电压表的分辨率应满足被测电压值的精度要求，至少应具有三位有效数 4.数字电压表的准确度应不低于 0.5 级 5.测量受到交流干扰的管道的管地电位时，应选用对工频干扰电压具有足够滤除能力的数字直流电压表，确保直流电位的显示值中叠加的交流干扰电压值不超过 5mV测量电路误差源的产生参比电极的使用1.首先要保证使用的参比电极自身的性能良好、电位正常，满足测量要求2.当参比电极置于干燥土壤、碎石、冰冻地面、沥青或混凝土上时，参比电极接触电阻可能成为误差源为减小误差，可通过润湿参比电极周围区域降低接触电阻极端情况下，可以钻一个孔，该孔从地表直到永久潮湿层深度，然后将参比电极置于孔内3.参比电极尽可能位于管道正上方，以减小土壤中的IR降。
测量电路误差源的产生参比电极的维护1.保持清洁，避免被污染2.不使用时在多孔塞上套上塑料/橡胶盖3.定期清洗多孔塞，防止其被堵塞4.定期更换硫酸铜并用非金属研磨材料清洁铜棒，例如可用石英砂纸而不是氧化铝砂纸清洁铜棒如果溶液变浑浊了，将其清洗掉并更换新的硫酸铜溶液5.确保溶液中有未溶解的硫酸铜晶体，确保得到一个过饱和溶液，在这种情况下，电位保持稳定测量电路误差源的产生 参比电极的维护6.电极在出现污染的情况下（例如盐水）使用后需要进行维护，因为氯化物污染会改变化学反应7.最好能保留一个新鲜的电极，用于校准现场测量用的电极如果现场使用的电极与校准电极的电位差超过5mV时，则应清洗或更换现场电极8.校正由于温度引起的变化如果要进行温度校正，记录读数时的温度是必须的当参比电极温度高于或低于室温（一般25℃）时，应该分别加上或减去0.9mV/ ℃的温度校正量9.测量时遮蔽电极，避免阳光直接照射置于阳光下的参比电极的电极电位比置于暗处的电极可降低10~50mV测量电路误差源的产生导线连接电阻1.除导线破损外，一般情况下，导线本身电阻都很小2.如果导线连接处电阻过高，比如接线柱外部有污染物。