1、阴极保护系统维护,一、阴极保护的重要性和必要性,在2003年10月第四届全国腐蚀大会上，腐蚀学会理事长柯伟院士介绍了中国工业与自然环境腐蚀问题调查与对策课题进展的报告，指出我国的年腐蚀损失约为5000亿元，如能应用近代腐蚀科学知识和防腐蚀技术，腐蚀的经济损失可以降低25%30%。对于全国数万公里的埋地管道，阴极保护是行之有效的防蚀技术。埋地管道采用外防腐层与电法保护是延长管道运行寿命、减少管道运行故障的有效手段。七十年代初，自美国首次立法开始，一些国家相继立法，规定埋地管道必须采用防腐涂层与阴极保护的双重保护措施。防腐涂层是对埋地管道外壁的面保护，主要是针对均匀腐蚀而言，阴极保护则主要以点保护
2、为主，是针对防腐涂层的漏损处。,输气管道大多埋设于复杂的土壤环境，管道外壁主要遭受土壤的电化学腐蚀。管道外壁虽有防腐涂层保护，然而在实际施工中，由于各种因素的影响，不可能作到完整无损，常常在涂层漏敷处发生腐蚀。所以，单纯的采用防腐涂层不可能完全防止管道的腐蚀，巴渝线即是一个典型的例子：巴渝输气干线于1961年建成，该管道投产五年后，管道外壁即出现严重的穿孔泄露，1967年大修涂层，仍未能阻止管道的严重腐蚀而被迫停输报废。巴渝线的外壁腐蚀使我局科技工作者对土壤腐蚀的危害、防护层的正确选型和施工监督、阴极保护的必要性等有了充分的认识。在1966年威成线的建设中，针对土壤腐蚀制定了良好的防腐措施，即
3、石油沥青玻璃布+外加电流阴极保护，并严格控制施工质量，从而较好地解决了长输管道的外壁腐蚀问题。本世纪五十年代以来，阴极保护技术日趋完善。实践证明，绝缘防腐涂层与阴极保护联合应用，是当今防止输气管道外壁腐蚀最合理的手段。,1936年美国成立了中部大陆阴极保护协会。 1940年英国应用了牺牲阴极保护，德国和日本分别是在1950和1946年开始研究电化学保护理论的，并开始了煤气管道的阴极保护。阴极保护在我国石油管道上的应用研究始于1958年。到了60年代初期，在新疆、大庆、四川等油、气管道 上陆续推广了阴极保护技术。70年代，我国的油、气管道已广泛采用了阴极保护。,1.阴极保护基本原理,根据电化学腐
4、蚀原电池的原理，不断失去电子的过程称为氧化过程又称腐蚀过程。对使被保护管道通以阴极电流，使管道表面不断的得到电子而被阴极极化，从而阻止了腐蚀过程的产生。 美国腐蚀工程师协会（NACE）对阴极保护的定义是：通过施加外加的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。,2.影响阴极保护的主要参数,最小保护电位：金属达到完全保护所需的、绝对值最小的负电位值。在施加阴极电流的情况下，测得管/地电位为负850mV（相对饱和硫酸铜参比电极）或更负。 相对饱和硫酸铜参比电极的管/地电位为负850mV或更负。 管道表面与同土壤接触的稳定的参比电极之间阴极极化电位值为100mV。（这一准则可以用于
5、极化的建立过程或衰减过程中） 在存在硫酸盐还原菌的土壤地段，相对饱和硫酸铜参比电极的管/地电位为负950mV或更负。,最大保护电位：金属在阴极保护条件下，允许的绝对值最大的负电位值。 主要是当负电位达到一定值后，就要产生吸氢反应，产生大量的氢气，造成金属管道的氢脆腐蚀和绝缘涂层的剥离。过去的沥青绝缘涂层最大保护电位是负1250mV（短时间可以达到1500mV)。 保护电流密度：平均作用在管道表面，使管道腐蚀停止时的电流。 主要可根据保护电流密度的大小来判断绝缘涂层的质量、老化程度。,自然电位：管道在没有进行阴极保护送电时，所测得的管道对地电位。 管道沿线的土壤电阻率：土壤电阻率越低，管道腐蚀就
6、越高。 覆盖层电阻：覆盖层电阻的好坏直接影响阴极保护的输出功率和保护距离。,3.阴极保护基本形式,A. 牺牲阳极保护 牺牲阳极保护结构图,e,被保护体,牺牲阳极,牺牲阳极基本原理 采用比被保护金属电位更负的金属材料与被保护金属连接，使被保护金属表面有过剩的电子而被阴极极化，从而了防止金属腐蚀。 特点：不需要直流电源，阳极材料必须采用电位更负的有色金属。保护电流利用率高，不会产生过保护，对邻近的地下金属设施干扰小。 常用牺牲阳极材料 铝合金阳极：有足够负的电位、高的理论电流输出，但在中性、弱酸和碱性介质中，铝表面容易形成一层高电阻AI2O2氧化膜，使铝的电位向较正值方向移动。主要用于海洋内的金属
7、保护。,锌合金阳极：在现场突然介质中具有长期稳定的开路电位，阳极输出电流能随被保护金属构筑物状态、环境的变化调节，满足阴极保护要求，电流效率高。可用于海水和土壤中的金属保护。 镁合金阳极：有高的开路电位、低的电化当量，和好的极化特性。比较适用于高电阻率土壤中的金属保护。是目前使用比较多的一种。 牺牲阳极的主要填包料： 铝合金阳极：彭闰土、食盐、熟石灰 锌合金阳极：彭闰土、石膏粉、硫酸钠 镁合金阳极：彭闰土、石膏粉、硫酸镁、硫酸钠,牺牲阳极维护管理 a.每月检测一次阳极闭路电位值、管道保护电位。 b.每6个月检测一次阳极（单只和组合）开路电位、输出电流、阳极接地电阻、管道开路电位、阳极闭路电位、
8、土壤电阻率。 牺牲阳极保护参数测定的主要内容： 管道对地电位(自然电位）、阳极对地电位（开路电位）、阳极工作电位（阳极与管道连接时的电位）、两组阳极之间的最小保护电位、阳极输出电流（单支和阳极组）、阳极接地电阻（单支和阳极组）、两组阳极之间的距离。,牺牲阳极开路电位测量接线图,牺牲阳极（组）输出电流测量接线图,B.外加直流电流（强制电流）阴极保护 就是将外加直流电流的正极接在辅助阳极装置上，负极接在被保护管道上通以阴极电流，在管道与大地、辅助阳极、直流电源组成一个完整电路。使金属管道表面处于阴极极化状态，这就可以抑制金属表面阳极区电子的释放，从而防止了腐蚀过程所产生的腐蚀现象。 特点：必须要有
9、直流电源和辅助阳极装置。可灵活控制阴极保护电流，在防腐涂层良好时，保护管线可达数十公里。,.结构原理,被保护管道,+,-,辅助阳极,e,目前主要采用的是阴极保护站 线路结构图,恒电位仪,控制台,恒电位仪,被保护管线,输出阴极线,零位接阴线,信号参比线,输出阳极线,信号参比电极,辅助阳极,目前所使用的防腐站设备,CBD-1,多路电流输出,目前所使用的防腐站设备,CBZ-2,PS-1,强制电流阴极保护的主要设施 直流电源：PS-1恒电位仪,PS系列多功能恒电位仪主要用于对金属构筑物实施外加电流阴极保护，其技术性能指标先进，可靠性高，使用寿命长。本产品可选择工作于恒电位或恒电压或恒电流状态，并可进行
10、手动转换，特别适用于区域性阴极保护。 恒电位控制范围恒定的电位可在200mV2000mV范围内连续可调,PS1恒电位仪的工作原理,通过采集到的通电点电位值与仪器所控制的电位值进行比较，自动调整仪器输送到管线上的直流电流，使通电点与控制电位保持恒定。,主要电路组成,控制电路,比较电路,触发电路,整流极化电路,输出阳极,输出阴极,+,信号参比电极,零位接阴,交流降压电路,稳压电路,抗干扰电路,过流复位,主电路,接触发器,稳压电路图,比较电路图,连接参比,连接触发,触发电路图,连接比较,极化（整流）电路,连接比较,PS-1恒电位仪主电路,CBZ系列控制台,CBZ-2, CBZ2、CBD1阴极保护控制
11、台，是PS1系列恒电位仪的配套产品，主要用于外加电流阴极保护系统中，可对站内两台恒电位仪的运行进行任意切换使用，并可对有关的参数进行测量。可测量运行仪器的输出电压、输出电流、保护电位等。可监测交流输入电压。可测量、记录运行仪器的电能消耗。 CBZ-1：只有切换功能。 CBZ-2：具有切换和断电测量功能。 CBD-1：具有切换和多路输出电流控制功能。,辅助阳极装置,就是与直流电源正极连接的辅助接地装置。 目前主要使用的阳极材料有： 钢铁阳极：用钢管、角钢、扁钢或槽钢 高硅铸铁阳极：用以铁为主含有硅、锰、炭等成分所组成的导电棒。 石墨阳极：主要以石墨为主体的导电棒。 柔性阳极：用导电聚合物包覆在铜
12、芯上所构成。,阳极区的选择： 主要选择在距被保护管线300米500米（与管道的距离越远，防腐站输出的电流漫流越均匀，能提高保护长度），最低距离不小于50米。 土壤电阻率小于50米以下、含水量高的土壤中。 在阳极装置与保护管道之间不能有其它金属构筑物 在阳极区附近不宜有其它埋地金属构筑物。,辅助阳极装置的结构： 水平式阳极：将阳极长度方向平行于地面埋设。（埋深1米以下） 立式阳极：将阳极长度方向垂直于地面埋设。（埋深1米以下） 混合式阳极：将立式和水平式阳极交叉混合埋设。（埋深1米以下） 深井式：将阳极垂直埋设在地面15米以下的深井内。（埋深15500米，多采用柔性阳极材料。）,水平式阳极：将阳
13、极长度方向平行于地面埋设。（埋深1米以下）,立式阳极：将阳极长度方向垂直于地面埋设。（埋深1米以下）,混合式阳极：将立式和水平式阳极交叉混合埋设。（埋深1米以下）,深井式：将阳极垂直埋设在地面15米以下的深井内。（埋深15500米，多采用柔性阳极材料。）,绝缘法兰 绝缘头,测试桩,就是用于检测管道电流、电位的装置。 主要作用：通过检测数据为阴极保护效率提供数字依据。,均压线,将相邻的两条施加了阴极保护的管线用跨接 电缆连接起来。 主要作用：避免两条管线的保护电位高低不一而产生干扰腐蚀。,每月: .要测量一次防腐站辖区管道沿线的保护电位值，绘制管道保护电位曲线图，分析管道的阴极保护状况。,阴极保护设施的日常维护管理,每月要检查绝缘法兰（绝缘头）的绝缘性能（主要是采用电位比较方法来判断绝缘效果）。,每年： .要对阳极装置的接地电阻进行检测，发现问题及时整改（阳极接地电阻小于5），对阳极终端连接头进行保养 .要对防腐站辖区内的测试桩、进行全面的除锈刷漆编号保养。.要对防腐站辖区内的均压线连接头进行保养，防止接头裸露漏电。,谢谢大家,
