燃气管道阴极保护

管道阴极保护理论与实践胡士信中国石油天然气管道工程有限公司

第一节腐蚀与防护第二节阴极保护第三节牺牲阳极保护第四节强制电流第五节排流保护第六节阴极保护管道设计第七节阴极保护测试第八节运行与管理第一节腐蚀与防护1.1腐蚀定义及防腐的意义1.1.1定义

可从几方面下定义（1）由于材料与环境作用而引起的破坏和变质；（2）除了单纯机械破坏以外的材料一切破坏；（3）冶金的逆过程。

ISO定义：金属与环境间的物理-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、环境或由它们作为组成部分的技术体系的功能受到损伤。注：该相互作用通常为电化学性质。（见GB/T10123-2001）1.1.2防蚀意义腐蚀损失UK，Hoar,1969为13.65亿英镑3.5%GDP；US1975，700亿4.2%GDP，820亿，1982年，1260亿，1992年，1700亿；NACE新统计为3000亿，GDP4.2%，其中基础设施为1500亿，1100/人；中国石油行业1987统计，漏泄：容器0.14次/台年，管道2万/年；1989，石化约20亿；西直门桥1979建，1999拆，重修费用3000万，北京立交桥有200座，仅大北窑桥改造工程就花4000万；2003年10月发表的《中国腐蚀调查报告》指出:我国腐蚀损失为5000亿元/年5%GDP其中20%可以避免1000亿元

1.1.3腐蚀分类（1）高温、低温；（2）化学、电化学；（3）湿、干腐蚀。1.1.4腐蚀速率表示方法（1）均匀腐蚀：

失重量、腐蚀深度、腐蚀电流；（2）局部腐蚀：点蚀系数。1.2防蚀方法1选择耐蚀材料(供应、耐蚀、成本、强度、加工性、外观等因素)2与环境隔离的防腐层技术3适当的结构设计4阴极保护5缓蚀剂6改变环境降温、降速、除氧、改变浓度7防锈技术（电镀、涂料）8材料改性（不锈钢）1.3腐蚀领域新方向

肖纪美，简易材料观，李金桂，表面工程论

第二节阴极保护2.1阴极保护原理

1三电极理论2E-pH理论3极化理论4原电池理论原电池三要素：1）两电极电位不同的两电极；2）两电极必须在同一电解质溶液里；3）两电极间必须有导线连接。

防腐蚀方法：阴极保护破坏（1），防腐层破坏（2）。

2.2

阴极保护参数

2.2.1保护电位准则（NACERP0169-96、SY/T0036）：（1）通电情况下-850mV；（2）极化电位-850mV；（3）极化电位差-100mV。

测试条件(1)通电条件下测量,含有IR降,必须除去(2)通常采用断电法测量,不含IR降(3)极化形成或衰减过程中(4)管网及杂散电流干扰下,必须采用探头法测

术语:

参比电极：一种不极化电极，可用于测量管/地电位，它具有稳定的氢标电位。土壤中常用的是Cu/CuSO4电极。在一些不易接近的地方，有时也用金属电极（如Zn）。测量交流电压时可使用金属棒作参比电极。Voff断电电位：断开阴极保护电流后瞬间直接测得的管/地电位。因不含IR降，故可视为极化电位。Von通电电位：施加阴极保护电流情况下测得的管/地电位。因含有IR降，故不宜做为保护准则用。若要用时，应考虑排除其IR降成分。极化电位：施加保护电流后引起管/地电位的偏移。管地电位：用与土壤相接触的参比电极测得的管道对地电位。

2.2.2保护电位密度覆盖层的质量环境条件（流速、污染、温度）2.3

阴极保护方法

1牺牲阳极法

2强制电流法

3排流保护法方法比较见表6-1

CATHODICCORROSIONPROTECTION2.4

防腐层与阴极保护（1）防腐层的作用：隔绝电解质（2）防腐层的种类石油沥青：早期用、面积电阻低、有污染、应淘汰环氧煤矿沥青：早期用于补口、面积电阻很低、质量不宜控制、应禁用煤焦油瓷漆：性能好、寿命长、面积电阻低、有污染、不应大量应用环氧粉末(FBE)：性能优、寿命长、面积电阻高、应大力推广应用聚乙烯(PE)：性能优、寿命长、面积电阻很高、但有阴极屏蔽作用三层PE(FBE-胶-PE)：性能优、寿命长、面电阻很高、防腐功能强、但有阴极屏蔽作用

（3）防腐层质量与阴极保护电流密度

2.5

阴极保护技术国内现状（1）管道20000km长输管道全施加保护

油田集输管道基本施加了保护市政供气、水管道有上保护和无保护的

（2）储罐国内大型储罐基本都施加了保护城市加油站的小型储罐有的上了保护

（3）标准与法律

中国石油天然气管道保护条例国内有一套阴极保护的待业标准第三节牺牲阳极保护3.1牺牲阳极种类

基本要求：

（1）要有足够的负电位，且很稳定；（2）工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落；（3）电流效率高；（4）电化当量高，单位重量的电容量大；（5）腐蚀产物无毒，不污染环境；（6）材料来源广，加工容易；（7）价格便宜。3.1.1镁及镁合金：（1）品种：高纯镁、高电位、标准；（2）性能：电位高、效率低；3.1.2锌及锌合金（1）品种：高纯锌、锌-铝-镉、锌-铝；（2）性能：电位低、效率高；3.1.3铝合金（1）品种：铝-锌-铟、铝-锌-汞；（2）性能：不能用于土壤中。质量要求：要点杂质含量不能大，主要是铁，合金成分合理.

3.2

牺牲阳极应用

⑴依据环境条件选用（表8-13）

⑵依据保护对象选

⑶依据使用功能选3.3牺牲阳极设计

1阳极种类的选择（表8-13）2计算程序（1）接地电阻（2）单支输出电流（3）所需阳极数量（4）阳极寿命

3地床结构填料的成分和作用

4施工（1）地床位置（2）阳极间隔（3）埋设方式

5牺牲阳极的特殊应用（1）接地极（2）参比电极（3）防强电干扰接地栅（4）接地电池第四节火强制电燥流4.1电源4.1.授1要求（1）阶安全可伟靠；（2）医电流电晶压连续览可调；（3）骗适应当峰地环境货；（4）有蠢富裕电容液量；（5）轿与系统兵电阻相什配；（6）操促作维护简补单；价格虫合理。4.1事.2拘电源陡种类（1）锈整流器徒（2程）太阳逗电池码（印3）CCV羡T饺（泰4）役TEG拍（5）风力发电唉机ALTERNATIVEDC-POWERSOURCESFORCATHODICPROTECTIONUNITS4.1泊.3电源选用怜原则（1）首选南整流器销；（2）优考化恒电位喜；（3）无竟电看气象乔；（4）钱发电有证无气(5)CCI隐TT和ITU无电地舟区的电然源推荐役方案(P10坝4)4.2辅助阳星极基本要逐求：（1）消村耗率低，（2）郊阳极极惕化低；（3）导症电性好；（4）蛛可靠性锻高；（5）漫足够的铜机械强距度和稳咐定性；（6）耐察磨蚀，抗疗侵蚀；（7）赌材料来鸟源广，县价格便规宜；（8）容佩易制造成涝各种形状。4.2构.1抬阳极暮分类（1）盛石墨阳烂极；（2）嗓高硅铸陶铁阳极愤；（3）磁宝性氧化铁俭阳极；（4）牧金属氧垫化物阳局极；（5）柔磁性阳极并。。4.2钳.2回填料（1）救作用：肿降低阳评极/土债壤接触依电阻；良好导斧电率；腐蚀气痛体排出治；耐阳极产窄物。（2）品程种：石油焦灾、冶金兄焦（3）陵粒径留3~胡15mm(4)含碳量虑大于8美5%4.2某.3粮地床右结构及楼位置（1）丧设计原匪则：接邀地电阻翠要适当确；干扰影鬼响小；电流分布闭均匀；（2）结配构：要加姨回填料，诸以防气阻大；上部要兵有粗砂徐，利于惑排气；（3）形酒式：浅埋记立式、浅埋水沃平式、深井可僵换式、深井闭披合式。第五节帖排流保罩护5.1直流干扰弟危害及防买护5.1.姿1DC杂散电流戴判据（1）靠管/地持电位偏筑移+2球0mV或地电位关梯度大于渴0.5mV/分m确认有艇干扰；（2）管郑/地电位盆偏移+1白00mV或地电雕位梯度士大于2好.5mV/m要采取措戒施。5.1递.2DC杂散电惹流的危驱害（1）电旱蚀：激烈镰、集中、阅量大，铁宗9.1kg/A果.a；（2）实秧例：东北均管网，杂声散电流干驾扰区占2们%，而腐灾蚀奔穿孔占6门0%；高达50献0A，腐蚀率悟大于1族0-1两5mm/a凡；最快为角3个月缘瑞穿孔；（3）满主要干眼扰源：雁电（地肝）铁、瓣电解、旱电镀、瓦电焊（狗船的维熊修)、匆阴极保桃护（城书市管道禾）、直扯流用电建设备。5.1.萍3哀防护（1）直地接排流照；（2）抚极性排倦流；（3）钞强制排趣流；（4）间惕接排流防；(5）镁代阳极极性孟间接排流婚。5.2交流干扰溜危害及防牢护5.2.您1AC杂散电色流感应凳影响（1）干占扰源：大于11伙0kV高压线壤路、电气化铁攻路、发电厂拥变电站（2）运影响途民径：容性耦合保、阻性耦延合、感性耦悠合（3）需实例：和宝成线左油库管灯线、东北管孕道（两址线一地御、哈大视线)SIGNIFICANTPARAMETERSINANALYSISOFHVACINTERFERENCEONPIPELINESElectromagneticfieldSoilresistivityWxmCoatingqualityCoatingresistanceLengthofparallelismOffsetdistanceHIGHVOLTAGEINTERFERENCEINDUCEDPIPETOSOILVOLTAGE5.2谈.2AC杂散电呼流感应常影响危阅害（1）安吓全操作人亿员设备安全（2）腐宴蚀影响对于钢保铁相当DC的1%~卸2%两性金属洪不能忽略5.2.城3防护（1）指讽标：持续雾65V(德国Afk课3）6蠢0V(中国GB6其830托、TB住/T2加832吉）；瞬间1舅000V（德国）预430V（中国）（2）防镇护：接地期排流、极慌性排流、骆嵌位式排帆流、电容柄排流、绝备缘隔断、AT(自耦变压鸟器）BT(吸流变压孔器）方式勒、绝缘接化头防护（3）国嫩内实践：宝成线择、哈大线补、秦京线第六节贞阴乖极保护基管道设熊计6.1阴极保侵护电绝此缘6.1字.1防腐层6.1.猪2绝缘接归头6.1.省3绝访缘法兰6.1.考4绝塞缘支撑6.1.矛5与其顶它构筑物警电绝缘(睡穿跨越处仿)6.2电连续性6.2甜.1跨接法兰接蹲处站外干线眼管道连接阀室外连僻接预应力拴混凝土禁管道的障环向筋塞的连接6.3测试系统6.3惩.1遥控系券统6.3.向2遥测系统6.3皆.3落测试伶桩种类绍(电位吧、电流牌、绝缘警、交叉蚂、套管薯）6.3.带4测默试探头的役应用（罐券底、杂散弦电流、管投网）6.3中.5侄参比少电极（溉恒电位暖仪、近雀参比）6.4测试项盾目与管眼理（详菊见第8雾节）6.4.东1牺牲阳既极系统6.4眨.2强制电亡流系统6.4.乓3阴极保座护管理垒的三大喝指标6.4君.4测试项增目6.5设计计慎算6.5象.1强制电湾流系统（1)所末需保护总须电流(2)单巨站保护范超围(3)荐所需镰站数(4)威单站电笔流（5)单板支阳极电夸阻(6)所聋需阳极质(7)回伟路电阻（嘴阳极、阴骨极导线、牌阳极导线订）(8)微电源功哥率6.5.贤2牺牲阳慕极系统（1）脱所需保帖护电流（2）单瓶支阳极电盗流（3）阳疫极数量（4）单邀支阳极保茶护范围（5）咬阳极寿附命第七节仗阴香极保护胡测试7.1阴极保护滥电位测试7.1.紧1一般原则7.1.冰2参狼比电极7.1叫.3修测试蚁仪器7.1缩慧.4兵测试签方法7.1伙.5娇电位道测试中IR降影响及绞消除7.2保护准脾则测试7.2乌.1一般要求7.2卵.2筒通电复电位-裂850mV7.2临.3勇极化裂电位-卵850mV7.2.奔41盟00mV极化差——建立创中——衰览减中7.3券电流幅测试7.3傻.1牺牲阳极喘电流标准电阻侮法双电流表浅法7.3傅.2管内电郊流两极法四极法7.3役.3蜂保护电静流密度Js沟=(敌I1婆–I磨2)/扣S7.4电阻测御试7.4.备1土壤电阻雁率现场四掘极法土壤箱法7.4榜.2接地电介阻ZC8三极法两极法MEASUREMENTOFCURRENTDENSITYANDCOATINGRESISTANCECATHODICPROTECTIONOFPIPELINES7.5故障点测快试7.5.刮1套管短路电位差法7.5喉.2覆盖层立漏点地面检漏地电位兆梯度7.5赢.3与其它管巧道短路点地面电位稻梯度7.6覆盖层面烫积电阻测较试7.6.献1方法简骡介7.6.鱼2原鲁理——直鱼流电场理夏论7.6蓄.3平问题和讨论——名称（旺定义）棍、单位德国贝喊克曼定基义：防泄腐层电广阻率是西防腐层住电阻和颗面积的亩乘积。——单位：Ωm2。——测量方法嗽的区别——NACE冰TM墨0102摆《地下管道磁保护性覆撒盖层电导极率的测量次》方法——覆盖采层面电阻擦与保护电前流密度的瞧关系7.6.晋4检渐漏与面电贤阻测量的太区别——检点漏可定辨性的给培出防腐就层的好迫与坏，依但不能算得出面赌电阻；——交假流检测怠信号无宜论是电拴平还是孔电流都父与直流波不一样稠；——用于约检漏，交秆流电流信降号好于电扭平信号。NAC锄ET床M0伤102简介（1）搏一般方能法（2）电识位衰减法（3）插用电导昼率来评昼价覆盖聚层状态第八节翅运行与乡丰管理8.1概述阴极保护卡工程应与漠被保护构腹筑物同时阻设计、同共时施工、术同时投产遗，一旦投事入运行，会就应确保喜阴极保护接系统持续陵有效，任弱何异常现伶象都应及魔时处理，君这是管理咽工作者的歼责任。8.1计.1一般技术铲要求8.1结.1.进1被保护届构筑物边的电位阴极保护蓝的有效性椒判据是保豆护电位，赖因此电位赵参数测试渴的准确性唉显得十分乘重要，通闯常要注意他：(1)测量回路陕中的IR降影响；(2)参比电极姥的校准；(3)测试仪表悼的精确度幼（内阻及方量程）；(4)外界干意扰的存浊在；(5)极化时副间要求珍。管理工作搅中，被保较护构筑物缎的电位是热必测项目戚，测量的占时间间隔悄应有明确鸦的规定，恒定期测得谊的数据要鹊纳入技术摘档案，永万久保存。POTENTIALMEASUREMENTWITHPOLARIZATIONPROBE阴极保护送准则的练析习自然电忆位饿通电电锹位饲断电电昨位0.5恰50饰0.电980肝0.8僚51砍A柴,B,类C0.4牺50烟0.巾848劲0.5容54桥C0.50倍1赶0醒.899败无躁IR降貌A跟,B,C不知道属0.虾932担0.筐865配A投,BA=0.移850V众(通)赢;B=甲0.85少0V(断蜜);扇C=10浮0mV野(极化差乓)8.1.沉1.2牺牲阳极哪系统在牺牲阳冻极设计时俯，阳极与故被保护构胆筑物的连桶接有两种中方式，一茅是直接焊煌到被保护远体上，另笨一种是通絮过接线盒功与被保护减体相连。幸对于前一条种情况，当被保护构群筑物的自认然电位将瞧测不出来恰，应采用视辅助试片际，试片不恼与被保护钞体相连，间并置于同督一电解质角中，试片迎的材质应晶与被保护电体相同。牺牲阳哲极的测肠试参数浙有电位循、电流摆和电阻廉。牺牲阳地极的管透理要求胁为：(1)定期检测产被保护构暖筑物的电齿位；(2)半年或位一年检寨测一次简阳极工谷作电位纳和电流稠；(3)必要时值检验阳剥极表面渡腐蚀状谅态；(4)投牺玩牲阳极装姓置系统完驶整性维护摆。牺牲阳燥极故障标分析有茶以下两足项：（1）阳极输出佳电流减小抄，达不到辜保护电位谊，这种现撇象的可能骑原因有：a.阳极消姻耗，可喷能需要撕更换；b.阳极/阴胖极的连接佣断开；c.阳极/旗导线接负头断开壤；d.阴极/导载线接头断琴开；e.阳极周围垃土壤干燥共；f.环境污何染对阳竹极性能糊的影响砖。（2）阳极输奔出电流奏增大，踪蝶但保护茅构筑物膊电位极愈化不上暗去，这牺种现象的垒可能原鲁因有：a.被保护构抛筑物所需月电流过大娇,阳极输泄出的电流夫远小于所届需电流；b.被保护体庸与相邻金姜属构筑物围有电连接江；c.环境改洋变引起炎迅速去秆极化或许者水的职含氧量肤增大；d.绝缘装乒置失效圣；e.覆盖层悔老化或衔破坏。（3）牺牲阳辜极其它于故障a.阳极体艇腐蚀不榨严重，贵但阳极利已不能他工作。随可能的述原因为速，阳极妙成分不箩合理，略在工作役环境中凝造成钝赵化所致掩，影响从因素有捡温度、下含盐类猎型等。b.阳极体缝局部腐沸蚀严重锣，造成集阳极体忙断裂。姓可能的驾原因是忠阳极合本金化不吗均匀，喂造成局罗部腐恂笼。c.未达设计赴寿命，阳呼极失效。爪可能的原驰因为，阳牛极杂质含改量高，阳洋极效率降欲低。d.在交流电稍干扰状态膜下，有时颗阳极会发算生极性逆做转，管理后中，如有歼交流干扰太要严密监劝视。8.1签.1.特3强制电流身系统强制电流钳系统由电妇源和辅助旱阳极两部她分组成，处其维护的仆内容也是优这两方面惹。电源设备忽种类较多衔，采用交掘流供电的唇有恒电位存仪、恒电吐流仪及变劈燕压器、整萝流器、配炸电装置等盲形式，它颜们的维护币保养与低困压用电设愈备一样。衔采用TEG痰、CC陡VT等供电方转式的，除丹了要按低沾压电器设皇备的维护绒要求外，票还要对燃嗽气供给系烈统进行维弦护保养。通常要案注意的裤有：电连接点砍牢固可靠将；机体对地井绝缘符合尝规定；外壳无权锈蚀；供气系唉统畅通泼无阻；散热板练无积炭符；太阳能器电池极竭板无枳殊雪或灰盈尘；不同地理朋位置，不满同的环境标温度要校理准仪器设削备的工作点竹。辅助阳诊极地床武结构形谁式多种国多样，仿不管使陆用什么余样的地他床，都蒸要注意走：阳极引赠线接头裕防水绝翠缘密封漫完好；阳极对电僚解质的电国阻稳定不贴变；土壤环境勒中的阳极疑“气阻”屈现象。对于强制篮电流阴极路保护系统训，常见故简障及其原委因有：(1)通电后丽，构筑厕物/电听解质电夸位变正猫，这是连正、负详极接反端了，必宝须立即揉更正，垂否则将宣会造成率被保护段体快速尸电解腐怨蚀，危泳险性极呜大。(2)局施加冤电压正猛常，电咬流小但彼不为零纸，可能表的原因直有：a.阳极或恭地床破折坏；b.地床干燥饮或阳极露适出水面；c.土壤环俩境中，亦阳极地梢床的“约气阻”务；d.阳极接头歇断开；e.阴极引线林断开。(3)施加电压迎正常，电取流为零，劈燕可能的原处因为阴、加阳极引线方断开，或长阳极完全袜失效。(4)因施届加电压胞、电流宰偏小，扶可能的渡原因有原：a.变压比临例不合纤适；b.变压、整艘流器故障脏；c.供电系统填故障。(5)喂施冒加电压络、电流筹偏大，辨可能的括原因是错变压比厌例不合彼适。(6)施加的电境压、电流识正常,但袭构筑物/笼电解质电灰位负移不象够，可能的原确因有：a.电连接递点断开词或接头阔电阻过棋大；b.测试点处理土壤干燥碗或土壤充布气过多；c.环境去巧极化作亦用过强间，或水伟中含氧笔量增大适；d.绝缘故障值，与其它稿构筑物短蛇路；e.金属构犁筑物的追屏蔽作格用；f.相邻阴情极保护定装置失话效；g.防腐覆仁盖层老刊化或损贴坏。(7)施加的兄电压、忌电流正染常，但牌构筑物随/电解渡质电位惧负得不饼正常，可能的隐原因有设：a.在远端电到连续性跨瞒接断开；b.调试之后裤，电解质缺的充气降饰低；c.电解质流白速降低；d.干扰跨接动断开；(8)辣施加的电同压、电流听正常，但身构筑物/网电解质电顺位波动，树可能的原因是绝杂散电流邪干扰。8.1.匙1.4管理测森量由于阴卫极保护愉系统管般理测量粪为现场呀测量，娇就测量截的准确四性、重队现性和盐对比性汉而言，薄要求操依作者力形争作到攻：(1)测试仪秤表前、丈后一致纵；(2)参比电极喉位置固定凉不变；(3)环境条件缓（温度、鸦湿度等）穗尽量相同蹦；(4)接线连接由工具一样远；(5)造参比嫂电极使鼻用前应却校正。8.2地下金属患构筑物8.2雨.1总则按SY/欠T5刑919迎－94标准要勤求，埋堤地钢质品管道阴活极保护狮管理主刊要控制痰下面几场个指标限：(1)保护率1席00％；(2)运行率95％淡；(3)保护度85％格；(4)授保护电位羽：一般地娱区为-0晴.85V（CS壤E）或更负斜；当土星壤或水中含有硫罚酸盐还原剪菌时，为笛-0.9须5V（CS倡E）或更负队。保护率崇反映管恼道施加隶有效阴很极保护夹覆盖范巨围的程惹度，通筝常以保告护管道叛的总长字和未达丛有效保轿护管道继长度两弄参数计俊算。保护率映计算公穷式为：Tc＝秆×1蛙00％式中TC—保护率；L1—施加保脆护管道闷总长，km；L0—未达有效亚保护管道霉总长，km；阴极保护拉运行率反废映在一年须时间内，术阴极保护糟运行时间朽所占的比勾例。运行率禁计算公香式为：T＝踪蝶×矿100％式中T—阴极保壮护