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1、埋地钢质管道阴极保护测量技术沈阳龙昌管道检测中心马负1 前言埋地钢质管道阴极保护系统一旦投用，就要定期对该系统的性能进行评价，确认阴极保护系统的效果， 以判断其是否能够充分控制腐蚀。但是，在实际工作中直接确定管道是否处于腐蚀状态是十分困难和复杂的。且有些技术在工业化的现场条件下是无法实现的， 因此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。 目前我们采用的主要方法是通过测量管道的电位、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有效性的目的。阴极保护测量技术内涵十分丰富。因为腐蚀是电化学过程，所以是电化学和电学测量技术的结合。为达到测量的规范和统一，最
2、大限度的减少测量误差，国家制定了相关标准。即 GB/T 21246 2007 埋地钢质管道阴极保护参数测量方法、GB/T 214472008钢质管道外腐蚀控制规范、 GB/T 21448 2008埋地钢质管道阴极保护技术规范 。这里我们主要结合国家标准对阴极保护测量技术进行讨论。2 判据阴极保护理论研究表明， 被保护体达到完全阴极保护的真正判据是被保护体上的各阴极均被极化到被保护体上最活性阳极的开路电位。 在这一电位点处腐蚀电流已经停止了， 再施加更多的保护电流是不必要的， 也是不经济的。 在这一点上对真正判据的理解是很容易的， 但是应用这个判据去解决实际腐蚀问题却是不可能的，因为被保护体上最
3、活性阳极的开路电位是不可能准确计算的也不可能在现场测量获得。因此，必须有替代的判据。一个替代的阴极保护判据，其目的是提供一个基准点，对某个指定物体施加阴极保护的水平可相对于此基准进行比较。一个好的判据有某些期望特征， 包括较广泛的结构体适用性、 环境的实用性、便于应用、可靠的科学基础、 将腐蚀减轻到可接受水平的极大可能性以及过度保护带来的危害性。目前我们采用的判据为国家标准 GB/T 214482008埋地钢质管道阴极保护技术规范中的 4.3 阴极保护准则。具体内容为：一般情况：1、管道阴极保护电位（即管/ 地界面极化电位，下同）应为-850mV（ CSE）或更负。2、阴极保护状态下管道的极限
4、保护电位不能比-1200mV（ CSE）更负。3、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，双向不锈钢等极限保护电位则要根据实际析氢电位来确定。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 100 m至 1000 m 环境中的管道，阴极保护电位宜负于 -750 mV（ CSE）；在土壤电阻率大于 1000 m 环境中的管道，阴极保护电位宜负于 -65
5、0 mV（ CSE）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。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 基本测量技术简介阴极保护参数的测量主要为三个参数：电位、电流和电阻。按GB/T 21246 2007 埋地钢质管道阴极保护参数测量方法现分别予以介绍：3.1 、管道电位、管地电位测量的意义：、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）、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）、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。、测量一般要求
6、：、所用电压表内阻要高，通常应大于10M。、正确使用参比电极。测量使用的参比电极应具有下列特点：长期使用时电位稳定， 重现性好，不易极化，寿命长，并有一定的机械强度。参比电极的种类很多，管道阴极保护中普遍采用的为饱和硫酸铜电极。其结构如图所示（便携式）。图参比电极结构示意图硫酸铜参比电极制作的基本要求是： 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。2 流过电极的允许电流密度不大于5 A/ cm 。、测量方法、地表参比法地表参比法主要用于管道自然电位、保护电位和牺牲阳极开路电位等
7、参数的测试。其测试接线方式见图。图地表参比法测试接线示意图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。将电压表调至合适的量程上 （多用 DC20V或 DC2V量程），读取数据并做好记录。、近参比法近参比法一般用于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。其测试接线方式见图。图近参比法测试接线示意图在管道（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。将电压表调至合适的量程上 （多用 DC20V或 DC2V量程），读取数据并做好记录。、远参比法远参比法主
8、要用于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， 测量管道对远方大地的电位， 用以计算该点的负偏移电位值。其测试接线方式见图。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上， 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。 则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。图远参比法测试接线示意图、断电法3.2 管道电流、牺牲阳极输出电流、标准电阻法接线示意图见图。图标准电阻法测试接线示意图标准电阻的两个电流接线柱分别接到管道和牺牲阳极的
9、接线柱上， 两个电位接线柱分别接数字万用表，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2.5mm。标准电阻的阻值为0.1 ，准确度为 0.02 级。从万用表上读取标准电阻上的电压，按下式计算牺牲阳极的输出电流： VI=R式中， I- 牺牲阳极输出电流（ mA）；V- 数字万用表读数（ mV）；R-标准电阻阻值（）。、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。接线示意图见图。图直测法测试接线示意图直测法操作简便，但应选用五位读数（4 1 位）的数字万用表，用DC10A量2程直接读取电流值。、管内电流、电压降法适用条件：具有良好外防腐层，被测管
10、段无分支、无接地极，已知管径、壁厚和管材的电阻率。同时具备上述条件的管段可以采用电压降法测量沿管道流动的直流电流。测试接线见图。图电压降法测试接线示意图测量 a、b 两点之间的管道长度Lab，误差不大于1%。 Lab 的最小长度应根据管径大小和管内的电流量决定，最小管长应保证a、b 两点之间的电位差不小于50V，一般取 Lab 为 30m。测量时，先用数字万用表判定a、b 两点的正、负极性并粗测Vab 值，然后将正极端和负极端分别接到UJ33a 直流电位差计 “未知” 端的相应接线柱上， 细测Vab 值。ab 管段的管内电流按下式计算：I=式中， I- 流过 ab 段的管内电流（ A）；Vab
11、-ab间的电位差（ V）；D-管道外径（ mm）；- 管道壁厚（ mm）；2- 管材电阻率（ mm/m）；Lab-ab间的管道长度（ m）。、补偿法适用条件：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。同时具备上述条件的管段可以采用补偿法测量沿管道流动的直流电流。测试接线见图图补偿法测试接线示意图在接线中要注意， Lac D，Ldb D，Lcd 的长度宜为 2030m。按上图接好测试回路，合上开关 K，调节电阻器 R，当检流计或电位差计 G的指示为零时，电流表A 指示的数值即为管内电流I 的绝对值。、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，
12、 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。3.3 、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，测试接线见图。图 3.3.1 辅助阳极接地电阻测试接线示意图当采用图 17（a）所示接线测试时，在土壤电阻率较均匀的地区，d13 取 2L，d12 取 L；在土壤电阻率不均匀的地区，d13 取 3L，d12 取 1.7L 。在测试过程中，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。辅助阳极接地电阻也可采用图17（b）所示的三角形布极法测试， 此时，d13=d12 2L。完成上述接线后，转动接地电阻测量仪的手柄， 使手摇发电机达到额定转速，调节平衡旋钮， 直至表头指针停在黑线上， 此时黑线指示的度盘值乘以倍率即为接地电阻值。、牺牲阳极接地电阻测试采用 ZC-8 接地电阻测量仪，测试接线见图。
