管道阴极保护基本知识

第一篇：管道阴极保护基本知识

管道阴极保护基本知识

内容提要：

◆ 阴极保护系统管理知识

一、阴保护系统管理知识

（一）阴极保护的原理

自然界中，大多数金属是以化合状态存在的，通过炼制被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态，为此，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。

每种金属浸在一定的介质中都有一定的电位, 称之为该金属的腐蚀电位（自然电位），腐蚀电位可表示金属失去电子的相对难易。腐蚀电位愈负愈容易失去电子, 我们称失去电子的部位为阳极区，得到电子的部位为阴极区。阳极区由于失去电子（如铁原子失去电子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，而阴极区得到电子受到保护。

阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。有两种办法可以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

1、牺牲阳极法 将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。

在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图1—3。

牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。

2、强制电流法（外加电流法）将被保护金属与外加电源负极相连，由外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有：恒电位、恒电流、恒电压、整流器等。如图1-4示。

图1-4恒电位方式示意图

外部电源通过埋地的辅助阳极将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应，因此，辅助阳极本身存在消耗。

阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。

强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。

牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径、分散的管道。

（二）外加电流阴极保护系统的组成

1、恒电位仪：珠三角管道采用的是IHF系列数控高频开关恒电位仪，它的主要作用是向管道输出保护电流。

2、阳极地床：由若干支辅助阳极（高硅铸铁）组成，通过辅助阳极把保护电流送入土壤，经土壤流入被保护的管道，使管道表面进行阴极极化(防止电化学腐蚀)，电流再由管道流入电源负极形成一个回路，这一回路形成了一个电解池，管道在回路中为负极处于还原环境中，防止腐蚀，而辅助阳极进行氧化反应遭受腐蚀，或是周围电解质被氧化。

阴保站的电能60％消耗在阳极接地电阻上, 故阳极材料的选择和埋设方式、场所的选择,对减小电阻节约电能是至关重要的。珠三角管道的阳极地床辅助阳极一般为40支，阳极地床的接地电阻小于3Ω（设计要求），阳极地床与管道的垂直距离要大于50米。

3、参比电极：为了对各种金属的电极电位进行比较，必须有一个公共的参比电极，其电极电位具有良好的重复性和稳定性，构造简单，通常由饱和硫酸铜参比电极、锌电极等。

4、绝缘接头：阴极保护系统保护的是输油站外的长输管道，绝缘接头的作用是将阴极保护电流限制在两个阴极保护站之间的管道上。

5、检查片：由与管道同材质的金属制成50×100mm的挂片，检查片有两组，一组与输油管道相连，处于阴极保护状态，一组不与管道相连，处于自然腐蚀状态。经过一定时间后将两组检查片的失重量进行比较，可分析管道的阴极保护效果。

6、测试桩：为了检测维护管道的阴极保护系统，在管道沿线设臵电流及电位测试桩，电位测试桩每公里设臵一个；电流测试桩每5公里设一个；套管电位测试桩每个套管处设臵一个；绝缘接头电位测试桩每一绝缘处设一个。

（三）阴极保护的基本参数（1）最小保护电流密度

阴极保护时，使腐蚀停止，或达到允许程度时所需的电流密度值称为最小保护电流密度。

最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。防腐绝缘层种类不同，所需要的保护电流密度也不同。防腐绝缘层的电阻值越高，所需的保护电流密度值越小。

（2）最小保护电位

为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。

最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此该电位值是监控阴极保护的重要参数。

实验测定在土壤中的最小保护电位为－0.85V（相对饱和硫酸铜参比电极）。

（3）最大保护电位

在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大的负电位值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此电位值就是最大保护电位。

最大保护电位值的大小通过试验确定。一般取－1.5V（CSE）。

阴极保护电位越大，防腐程度越高，单站保护距离也越长，但是过大的电位将使被保护管道的防腐绝缘层与管道金属表面的粘接力受到破坏，产生阴极剥离，严重时可以出现金属“氢破裂”。同时太大的电位将消耗过多的保护电流，形成能量浪费。

（四）阴极保护投入前的准备和验收

1、阴极保护投入前对被保护管道的检查

管道对地绝缘的检查：从阴极保护的原理介绍, 已得知没有绝缘就没有保护。为了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护电流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检查管道的绝缘接头的绝缘性能是否正常；管道沿线的阀门应与土壤有良好的绝缘；管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施，管道在地下不应与其它金属构筑物有“短接”等故障；管道表面防腐层应无漏敷点，所有施工时期引起的缺陷与损伤均应在施工验收时使用埋地检漏仪检测，修补后回填。

2、对阴极保护施工质量的验收

（1）对阴极保护间内所有电气设备的安装是否符合《电气设备安装规程》的要求，各种接地设施是否完成，并符合图纸设计要求。

（2）对阴极保护的站外设施的选材、施工是否与设计一致。对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的施工与连接应严格符合规范要求，尤其是阳极引线接正极，管道汇流点接负极，严禁电极接反。

（3）图纸、设计资料齐全完备。

（五）阴极保护投入运行的调试

1、组织人员测定全线管道自然电位、土壤电阻率、阳极地床接地电阻，同时对管道环境有一个比较详尽的了解，这些资料均需分别记录整理，存档备用。

2、阴极保护站投入运行

按照恒电位仪的操作程序给管道送电，使电位保持在-1.20伏左右，待管道阴极极化一段时间(四小时以上)开始测试直流电源输出电流、电压、通电点电位、管道沿线保护电位、保护距离等。然后根据所测保护电位，调整通电点电位至规定值，继续给管道送电使其完全极化(通常在24小时以上)。再重复第一次测试工作，并做好记录。若个别管段保护电位过低，则需再适当调节通电点电位至满足全线阴极保护电位指标为止。

3、保护电位的控制

各站通电点电位的控制数值, 应能保证相邻两站间的管段保护电位达到-0.85伏，同时各站通电点最负电位不允许超过规定数值。调节通电点电位时，管道上相邻阴极保护站间加强联系，保证各站通电点电位均衡。

4、当管道全线达到最小阴极保护电位指标后，投运操作完毕，各阴极保护站进入正常连续工作阶段。

（六）阴极保护站的日常维护管理

1、恒电位仪的巡检和维护。1)日常巡检：每天9：00和21：00对恒电位仪巡检一次，并记录输出电压、电流、保护电位数值, 与前次记录(或值班记录)对照是否有变化，若不相同应查找原因，采取相应措施使管道全线达到阴极保护。

2）每月维护：每月1日对恒电位仪进行切换使用。改用备用的仪器时，应即时进行一次观测和维修，发现仪器故障应及时检修，保证供电。

维护内容：

观察全部零件是否正常，元件有无腐蚀、脱焊、虚焊、损坏，各连接点是否可靠，电路有无故障，各紧固件是否松动，熔断器是否完好，如有熔断，需查清原因再更换。

检查接接阴极保护站的电源导线，以及接至阳极地床、通电点的导线是否完好，接头是否牢固。

定期检查工作接地和避雷器接地，并保证其接地电阻不大于10欧姆，在雷雨季节要注意防雷。

搞好站内设备的清洁卫生，注意保持室内干燥，通电良好，防止仪器过热。

2、参比电极的维护。

作为恒定电位仪信号源的埋地参比电极，在使用过程中需注意观察恒电位仪的输出数值，发现异常可检查参比电极井是否干涸，影响仪器正常工作。

3、阳极地床的维护。阳极地床接地电阻每月测试一次，接地电阻增大至影响恒电位仪不能提供管道所需保护电流时，应该更换阳极地床或进行维修，以减小接地电阻。

4、测试桩的维护。

1)检查接线柱与大地绝缘情况，电阻值应大于100千欧，用万用表测量，若小于此值应检查接线柱与外套钢管有无接地，若有则需更换或维修。

2)测试桩应每年定期刷漆和编号。

3)防止测试桩的破坏丢失，对沿线城乡居民及儿童作好爱护国家财产的宣传教育工作。

5、绝缘接头的维护。

每月检测绝缘接头两侧管地电位，若与原始记录有差异时，应对其性能好坏作鉴别。如有漏电情况应采取相应措施。

第二篇：长输管道阴极保护工程施工及验收规范

长输管道阴极保护工程施工

及验收规范

阴极保护管道防腐绝缘要求及绝缘法兰安装...................................................电源设备的验收与安装...........................................................................................-5测试桩的安装...........................................................................................................-910111314

第一章 总 则

第1.0.1条 为了确保长输管道阴极保护工程建设质量，特制定本规范。

第1.0.2条 本规范适用于输送天然气的埋地钢质干线管道及站内区域性钢质管网和容器的阴极保护工程的施工及验收。

第1.0.3条 阴极保护工程施工应与主管道同步进行，并应在干线敷设后半年内投运。

第1.0.4条 凡本规范未涉及部分，应按现行的有关标准规范的规定执行；本规范在执行中若与国家有关发给或标准产生矛盾，则应按国家标准规范的规定执行。

第三章 电源设备的验收与安装

第3.0.1条 阴极保护工程选用的电源设备及电料器材均应符合现行有关标准、规范的规定。电气设备应有铭牌和出厂合格证。

第3.0.2条 阴极保护的电源设备到达施工现场后，应根据装箱清单开箱检查清点主体设备和零附件，主体设备和零附件应齐全完整。电源设备的技术文件、图纸及设备使用说明书应齐全。

第3.0.3条 阴极保护的段媛设备应存放在气温5-40℃，相对湿度 小于70%，清洁、干燥、通风能避雨雪、飞砂、灰尘的场所。不得存放在周围空气空气中含有有害的介质的地方。

第3.0.4条 在搬运电气设备时，应防止损坏各部件和碰破漆层。第3.0.5条 阴极保护电源设备的安装应按设计和设备产品说明书要求进行。并应符合下列规定： 1.2.3.4.电源设备附件应无妨碍通风、影响散热的设备； 电源设备在安装时应小心轻放，不应受震动； 接线时电源电压应与设备额定电压值相符；

接线时应根据接线图核对交直流电压的关系；输出电源极性应正确，并应在接线端子上注明“+”、“-”极性符号； 5.安装完毕后，应将电源设备积尘清除干净。

第3.0.6条 可控硅恒电位仪在安装前，首先应按出厂技术标准对交流输入特性、漂移特性、负载特性、防干扰能力、流经参比电极的电流、防雷击余波性能、过流短路保护和复位、自动报警等各项性能指标逐台进行检验。不合格者，不应验收。

第3.0.7条 电源设备在送电前必须全面进行检查，各插接件应齐全，连接应良好，接线应正确，主回路各螺栓连接应牢固，设备接

第四章 汇流点及辅助阳极的安装

第4.0.1条 汇流点及辅助阳极必须严格按设计要求联接牢固，不得虚接或脱焊。联接后，必须用与管道防腐层相容的防腐材料进行防腐绝缘处理。

第4.0.2条 钢铁辅助阳极装置的安装应符合下列规定： 1.辅助阳极的地床位置、布置、数量均符合设计要求； 2.辅助阳极应埋设在土壤电阻率较低区域，但在特殊情况下，可加化学试剂或食盐进行处理。辅助阳极埋设后接地电阻不宜大于1Ω；

3.辅助阳极表面应清除干净，严禁涂油漆、焦油和沥青； 4.辅助阳极埋设顶端距地面不应小于1.0米；

5.辅助阳极装置的焊接必须符合现行的《长输管道站内工艺管线工程施工及验收规范》（SYJ 4002）中有关的规定。第4.0.3条 高硅铸铁和石墨辅助阳极装置的安装应符合下列规定：

1.高硅铸铁和石墨辅助阳极地床位置、阳极布置、数量均应符合设计规定。

2.高硅铸铁和石墨辅助阳极连接电缆（引线）和阳极汇流电缆宜采用焊接联接。焊接应牢固可靠，所有焊接处均应采用环氧树脂密封绝缘。其结构为“三脂四布”，待干实后用高压电火花检漏仪检查（用2.4kV电压）不得有任何针孔存在。3.电缆敷设应符合《电缆敷设》图集D164的要求。4.汇流电缆长度应留有一定裕量，以适应回填土的沉降。5.阳极四周必须填焦炭渣，其粒径易小于15mm，阳极上下部的

第五章 测试桩的安装

第5.0.1条 测试桩及其引线的安装应符合下列规定： 1.2.测试桩必须按设计要求进行施工。

作为腐蚀控制或腐蚀测试用的引线，应注意其安装状态，应避免在管道上应力集中的管段焊接引线。

3.引线与管道焊接时，应先将该管段的局部防腐层清除干净，焊接必须牢固。焊后必须将连接处重新用与原防腐层相容的材料进行防腐绝缘处理。

4.5.引线的连接应在管道下沟后和土方回填前进行。测试桩引线焊接后，应用松软土壤回填，并应防止碰断或砸坏引线。

6.连接头不应漏水，裸露的测试引线及管体应加绝缘保护层，其绝缘材料应与原有的电线绝缘层和管体涂层相同。

第5.0.2条 管道汇流点连接电缆，均压电缆及管道电流测试电缆均应在测试桩接线盒内连接。

第5.0.3条 测试桩高出地面不应小于0.4m，测试桩数量、规格、编号、标志及埋设位置应符合《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》（SYJ 36-89）的规定。

第5.0.4条 测试桩位置宜避开耕地，但埋设相对位置不得超出设计间距±10m。在竣工资料中应真实的反映出实际位置。

第七章 牺牲阳极的安装

第7.0.1条 牺牲阳极敷设的种类、数量、分布及连接方式应符合设计要求。

第7.0.2条 牺牲阳极连接电缆和阳极钢芯采用焊接连接时，电缆绝缘外皮至少应保留50mm和钢芯采用尼龙线绳或其它线绳捆扎，以防止电缆在搬运过程中折断。在焊接处和阳极端面必须打磨并用酒精刷洗；干净后再用环氧树脂或相同功效的涂料和玻璃布防腐绝缘，其厚度不应小于3mm。不得有任何金属裸露。

第7.0.3条 带有焊接导线的牺牲阳极在包裹前，应进行氧化皮打磨，埋设前，必须将其表面清除干净，表面不得有氧化薄膜和其他污物。

第7.0.4条 牺牲阳极化学填包料应符合下列要求：

1.除特殊说明外，土壤中的牺牲阳极必须使用化学填包料包裹，填包料的配制应按《镁合金牺牲阳极应用技术标准（试行）》（SYJ 19-86）和《锌合金牺牲阳极应用技术标准》（SYJ 20-86）的有关规定执行。

2.填包料的称重、混合包装宜在室内进行，且必须符合下列规定：

（1）填包料以干调振荡包装为宜，以确保阳极在填包料中间部位；

（2）填包料包裹袋不得用人造纤维织品制作；

（3）包裹好的阳极必须结实，使其在搬运过程中不产生位移；（4）填包料中的膨润土部分不得用粘土代替。

3.阳极孔内填包料宜在现场装填。但必须保证阳极处于填包料

第八章 调 试

第8.0.1条 强制电流和牺牲阳极阴极保护装置建成后应作好调试工作。强制电流阴极保护调试时，其电源设备给定电压应由小到大，连续可调。

第8.0.2条 采用强制电流阴极保护时，管道的阴极保护电位应符合《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》（SYJ 36-89）的有关规定。

第8.0.3条 调试的保护电位以极化稳定后的保护电位为准。其极化时间不应少于三天。

第8.0.4条 当采用反电位法保护调试时，应先投主机（负极接管道，正极接阳极），后投辅机（正极接管道，负极接阳极）；在停止运行时，必须先关辅机后关主机。

第三篇：阴极保护管理

1.目的为逐步提高阴极保护的综合管理水平，保证管道安全、平稳运行，特制定本办法。

2.适用范围

本办法适用于公司输气干线、城市管网的阴极保护系统的管理。

3.职责

运行保障部负责对管道阴极保护情况进行监督检查，分、子公司具体负责管道阴极保护的管理及按时对管道保护情况进行测试并提交报表，运行保障部与分子公司应针对每月报表中存在问题的数据进行分析，拿出问题处理方案。

4.工作内容：

4.1阴极保护的日常管理

4.1.1阴保设备由站场输气工管理，按照《设备操作规程》和《设备维护保养规程》进行操作、检修、维护保养。

4.1.2按照《设备操作规程》规定启动、停运、调节阴极保护设备。恒电位仪的操作应严格执行恒电位仪操作规程。

4.1.3逐台建立设备档案和记录，对于因停电或其它原因引起的开、停机，应如实记录。

4.1.4通电阴极保护站应连续向管道供电，全年累计停电时间不得超过7天，连续停电时间不得超过24小时，确保保护率不低于100%，通电率不低于98%.4.1.5严格控制阴保站输出最大保护电位，电位波动范围超出规定电位(5%)时，应及时调整。

4.1.6应在现场标示出阴极保护站外阳极和阴极电缆的位置、走向。每月二次巡线过程中检查阳极电缆有无断裂、破损情况，埋地阳极是否遭受人为破坏。

4.1.7恒电位仪等电源设备定期切换运行，切换周期为每两个月一次。

4.1.8恒电位仪等电源设备应每月维护保养一次，每季度检查维修一次。

4.1.9电源设备的维修必须在假负载上进行，不得在电源设备运行中进行维修。在设备维修时，不得擅自改变结构和线路，需要改变时，应提出申请，报运行保障部批准，并将绘制改装

后的图纸资料存档，交运行保障部一份。

4.1.10恒电位仪为非防爆电器设备，应与油气易泄露区隔离。

4.1.11用于管道检测的仪器、仪表派专人管理，并负责资料管理。

4.2牺牲阳极保护系统的管理

4.2.1检查内容：

4.2.1检查各电气设备电路接触的牢固性,安装的正确性,个别元件是否有生锈、损坏现象；

4.2.2搞好阴极保护井内设备的清洁卫生,注意通电良好，确保井内设备可以正常操作；

4.2.3确保阴极保护井井盖完好无破损、被埋等现象；

4.2.4确保测试桩完好。

4.2.5电位正常在-0.8５—-1.25V，如超出正常范围应即时分析并进行处理。

4.2.6绝缘法兰应有防雨水浸入的措施，保持清洁、干燥。当检测其绝缘性能达不到设计要求时，应及时采取措施。

4.2.7检查完毕，填写《阴极保护电位测试表》。

4.2.8牺牲阳极保护系统的检测周期

（1）牺牲阳极阴极保护系统检测每年不少于2次。

（2）电绝缘装置检测每年不少于1次。

4.2.9检测项目

（1）阳极开路电位；

（2）管道地电位；

（3）管道保护电位；

4.3外加电流阴极保护系统的管理

4.3.1检查内容：

4.3.2阴保间不得堆放杂物、保持清洁、无尘、通风、干燥，防止设备过热。

4.3.3阴极保护电源设备（主要是恒电位仪），应做到无灰尘、无缺件，状态良好。

4.3.4每日检查恒电位仪一次，并记录给定电位、输出电流、输出电压等。应根据季节变化及时调节恒电位仪的输出电流，使站内各点的保护电位达到设计要求。

4.3.5定期检查电源设备的避雷设施，雷雨季节增加检查次数，以保证避雷设施安全有效。

4.3.6测试桩应统一编号，每月对测试桩进行一次全面的检查、维护，每年进行一次检修，应保持标记清楚、完整，并做好记录。

4.4有关测试：

4.4.1每年6月10日8时至14日8时测量管线自然电位及阳极接地电阻、土壤电阻率，并绘制相应的趋势图同电位报表一同上报运行保障部。

4.4.2每月15日测量全线管地电位，绘制管道电位趋势图，并于25日前将测试结果上报运行保障部。

4.4.3阴极保护电位的保护标准为-0.85--1.25V（CSE）之间，对于达不到要求的测试点，应于10日内进行复测，进行复测时应测得管道对埋地长效参比电极电位和便携式参比电极电位。

4.4.4按要求进行防腐层绝缘电阻测试。

4.4.5按照国家相关规定定期对管线进行全面检测和清管作业。

4.4.6阴极保护参数测试执行SY/T0023--97《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》。

5.相关文件

《恒电位仪操作规程》

《恒电位仪控制箱操作规程》

6.附则

6.1本办法自颁布之日起执行。

6.2控股公司参照执行，并制定相应管理办法上报公司备案。

7.附表

7.1《恒电位仪运行记录》

7.2《管道保护电位测试报表》

7.3《恒电位仪运行记录》

7.4《电位测试桩检查表》

第四篇：阴极保护在埋地天燃气管道中的应用

阴极保护在埋地天燃气管道中的应用

(2011-08-10 12:25:10)

转载▼

标签：

杂谈

摘要：天然气管线在施工及运行过程中防腐层产生破损在所难免，导致管材与土壤电位存在差异，产生电化学腐蚀，因此管网应采取防止电化学腐蚀的措施——阴极保护法。埋地防腐管线在确保防腐层质量良好、施工及运行中防止破损外，牺牲阳极的保护是必不可少的。关键词：牺牲阳极；阴极保护；施工方法工作原理

在土壤等电解质环境中，牺牲阳极因其电极电位比被保护体的电位更负，当与被保护体连接后将优先腐蚀溶解，释放出的电子在被保护体表面发生阴极还原反应，抑制了被保护体的阳极溶解过程，从而对被保护体提供了有效的阴极保护。

2牺牲阳极的主要特点

(1)适用范围广，尤其适用于中短距离和复杂的管网。

(2)阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小。

(3)随管道安装一起施工时，工程量较小。运行期问，维护工作简单。

(4)阳极输出电流不能调节，可控性较小。

(5)无需外部电源，对外界干扰少，安装维护费用低，无需征地或占用其他建(构)筑物，保护电流利用率高。

3牺牲阳极的作用

(1)防止防腐层破损处的腐蚀，也就是对被保护钢管进行阴极极化，将其电位转移到保护电位，使钢管上所有的防腐层破损点都呈现阴极倾向。

(2)判断钢管是否有腐蚀危险，即在管线沿线隔一定距离设置检测桩，定期测试管地电位以检测管线防腐层是否存在破损并遭到腐蚀。如果存在腐蚀就应采取措施，将管线的穿孔泄露问题消灭在萌芽中。4牺牲阳极的设计与施工方法

4．1牺牲阳极的设计

(1)电防护法在选用时应符合以下要求：当土壤电阻率>100~2·m时不宜使用牺牲阳极牺牲阳极的使用寿命与天然气管道相匹配，一般为15a左右；所有被保护的埋地钢质管道应根据需要设置绝缘接头或绝缘法兰。

(2)采用牺牲阳极法时，选用阳极的保护准则为：相对硫酸铜参比电极的阴极极化电位应达到一0．85V或更负；管道表面与接触电解质的稳定饱和铜／硫酸铜参比电极之问的阴极极化电位差值最小为100mV。

(3)通常根据土壤电阻率选取牺牲阳极的种类(见表1)，根据保护电流的大小选取阳极的规格。

(4)牺牲阳极的埋设分为轴向和径向，埋设位置与被保护的燃气管

道的距离宜为3～5m，但不宜小于一0．3m；埋设深度在冰冻线以下，且埋设在潮湿的土壤中；埋没形式可采用立式或卧式。在阳极与被保护管道之间，严禁没置其他金属构筑物。

(5)牺牲阳极检测桩、检测头在设置时应符合下列要求：牺牲阳极的阴极保护测试系统应能提供被保护体的自然电位、阳极性能、保护电位的功能；检测桩、检测头宜没置在燃气主干管沿线；宜每五组牺牲阳极或至少lkm处设置1个检测桩；检测桩应设置在两组牺牲阳极的管段中间部位，且宜安装在管道沿线中土壤腐蚀性强、湿度大、地下水位高或管道绝缘防腐层薄弱的地点；宜在每个检测桩附近设置1个检i受0头。

(6)设置检测桩和检测头的目的：检测桩是为了监测牺牲阳极装置的保护电位。检测头是为了检测、掌握阴极保护系统运行后管道被保护状态。

4．2牺牲阳极的施工要求

(1)阳极的埋设：填包料要按比例调拌均匀，不得混入泥土等杂物，装入?300mm×1000mm的棉或麻布袋中，将经过铁砂纸打光及表面清洁处理的阳极及时插入填包料中心位置并压实，此时填包料的厚度不得小于50mm，且厚薄均匀、密实；包外用铁线缠绕绑实平卧或竖直埋设在管道侧边的2～3m处，埋深应与管道埋深相同，并要在冰冻线以下，用细原土分层浇水湿润后回填土。

(2)所有的电缆与阳极、铜鼻子、管道、加强板的连接采用锡焊(分线盒内的连接除外)，焊接前都要剥去防腐绝缘层，清洁、打磨光焊

接处；在焊接处及电缆的外裸部位必须做好绝缘防腐处理；电缆加PVC保护套管松缓自然埋设，埋深与管道埋深相同。

(3)在防护罩内的电缆要有0．8m左右的冗余长度(电缆冗余部分不加PVC保护套管)，以便将分线盒提出地面以检测参数；分线盒的两个出线孔用浸过沥青的麻丝填实，再用沥青填平做防水处理。

(4)连接管道的电缆颜色应与其它电缆颜色区分开，以便辩认检测。

(5)分线盒在施工安装、检测完毕后，盖子必须拧紧以防水。

(6)电缆与管道联接完毕后做防腐密封一直是工程施工中的难点，根据实践采用牛油胶布密封外包PE带的方法。牛油胶布国内外厂家都有销售，它是一种浸满矿脂的带状无纺毡，具有很好的塑性，能紧密粘附在任意复杂的表面，矿脂可填充在细小的缝隙中。PE带是类似电工胶布的聚乙烯薄膜，包缠在牛油胶布外，可防止回填土污染和土壤应力破坏，使矿脂历经数年也不会干涸，从而保持长期有效的密封。

(7)阳极的埋设点必须做永久性标志，永久性标志可以包括周围建筑物。

5结语

从实践中得出结论：如果埋地钢管没有良好的防腐措施，2～4年就可能腐蚀穿孑L，而天然气管网在市区内，一旦漏气就可能导致爆炸、火灾、中毒等恶性事故，因此埋地防腐管线在确保防腐层质量良好、施工及运行中防止破损外，牺牲阳极的保护是必不可少的。

第五篇：阴极保护工艺在天然气管道防腐中的应用

阴极保护工艺在天然气管道防腐中的应用

（山东实华天然气有限公司 山东青岛）

摘 要：阴极保护技术根据保护电流的供给方式，可分为牺牲阳极法和强制电流法两种保护方法。采用牺牲阳极法的主要优点有：无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其它建构筑物、保护电流利用率高等。采用管道外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防腐蚀措施。

关键词：长距离；埋地管道；腐蚀原因；防腐绝缘层；阴极保护；联合使用

目前石油、燃气资源的输送主要依靠长距离埋地管道来实现，这些管道埋设于地下，长期受到外部土壤和内部介质的强烈腐蚀而经常发生腐蚀泄漏事故，常常导致管道设备非计划性检修、更换和停产，造成了巨大的直接和间接的经济损失。埋地管线的腐蚀原因主要有：土壤腐蚀、大气腐蚀和生物腐蚀3种。

埋设方式和地形土壤等因素均会对输送石油天然气的资源的管道造成不同程度的腐蚀。防腐技术的应用将能直接降低因腐蚀造成的经济损失。本文首先是介绍了阴极保护系统的设计及管道安装的注意事项，并结合实际工程给出了一套合理的成品油管线阴极保护的施工方案，经计算验证，发现应用效果较佳。

1阴极保护系统设计

1.1阴极保护方法

埋在土壤中的金属管道由于各种原因管道表面将出现阳极区和阴极区，并在阳极区发生局部腐蚀。阴极保护是指将被保护金属（如煤气管道）进行阴极极化，使电位负移到金属表面阳极的平衡电位，消除其化学不均匀性所引起的腐蚀电池，使金属免遭环境介质（如土壤）的腐蚀，即用辅助阳极或牺牲阳极材料的腐蚀来代替被保护管道、设备的腐蚀，从而达到延长被保护管道的使用寿命，提高其安全性和经济性的目的。

阴极保护技术根据保护电流的供给方式，可分为牺牲阳极法和强制电流法两种保护方法。采用牺牲阳极法的主要优点有：无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其它建构筑物、保护电流利用率高等，因此，特别适合于区域范围较小的埋地钢管的防腐蚀。强制电流法则有保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点，故适合用于长输管线的防腐。如应用于厂区范围内时，则由于其会产生干扰电流而影响其它管线及建筑物，且还需要征地或占用建筑物，在实施时会带来较大的困难。

1.2设计要点

1.2.1接地电池的设置

电绝缘可以将保护电流限定在一定的范围内，避免相互间的干扰。为了防止绝缘设备遭受雷击及静电火花引起的破坏，在所有安装绝缘设备处各安装一副接地电池。接地电池安装前必须进行检查，在地下水丰富的地方，接地电池容易出现失效、短接的现象。

1.2.2杂散电流的预防措施

杂散电流能使地下管道产生强烈的电化学腐蚀。的行业标准规定，管道附近土壤中电位梯度大于0.5mV/m时认为有干扰的可能，当电位梯度大于2.5mV/m时应考虑采取防护措施。当管道在杂散电流处有1cm2的防腐层破损，且此处有1mA的杂散电流流出时，该处的腐蚀速度将达到12mm/a。在杂散电流干扰严重的地区，可以通过设置排流锌阳极组来减少杂散电流对管道的腐蚀和干扰。

1.2.3穿跨越处的特殊保护

公路和铁路穿越工程，由于承重，需要加设保护套管。理想的套管穿越，是主管道和套管之间两端用软性材料密封和中间安装绝缘支架，管道应与套管保持较好的电绝缘。但在实际工程中，很难做到这一点，出现没有阴极保护电流穿过套管壁流向套管内主管道表面，使得位于套管内的主管道处于自由腐蚀状态，而套管则得到很好保护。因此，在套管内设计安装带状锌阳极保护，在管道上开凿一个合适的焊点，采用铝热焊方式把它焊接到管道上，焊点之间用捆扎胶带固定，每??焊点都要做好防腐处理。带状阳极、输气管道和套管及支撑间，严禁有任何的电接触。

1.3阴极保护设计方案

A（城市）至B（城市）成品油管道工程管道全长为96.8km，管道规格和材质为φ323.9×6.4，L360。管道主要是环氧粉末外防腐层，在穿越段采用三层PE。管道沿线土壤电阻率变化大，最低25.1 Ω？m，最高392.8 Ω？m，一般地段在40～60Ω?m。沿线几处高压输电线路接地与管道距离较近，经过双参比电极法测试，杂散电流的电位梯度为2.8～5.4mV/m。杂散电流干扰严重，管道沿线必须采取锌排流阳极并做牺牲阳极使用。

1.3.1理论计算

根据外加电流的阴极保护的设计规范，需要根据被保护管道的基本数据和选取的阴极保护参数计，算出保护长度、保护电流及所需的保护站数量，在此基础上进行系统设计。基本数据：直径D=323.9mm，壁厚δ=6.4mm，管线全长96.8km。阴极保护参数取值：管道自然电位-0.55V（饱和硫酸铜），管道最低点电位-0.85V（饱和硫酸铜），通电点电位-1.25V（饱和硫酸铜），钢管电阻率ρT=0.166Ω?mm2/m计算结果：将设计参数代入公式计算，得单侧保护长度L=65.93km。根据工程的实际情况，A（城市）至B（城市）全线共设置阴极保护站两个，分别是首站A（城市）和末站B（城市）。管道在穿越段设置带状锌阳极保护，沿线采用牺牲阳极既起到辅助保护，又可以排除管道上杂散电流和静电。

1.3.2牺牲阳极布点的技术和施工要求

牺牲阳极在埋设时，与保护的管道的距离不宜小于0.3m，也不宜大于5m，埋深应与管道埋深相同，并要在冰冻线以下，埋设深度不宜小于1m，且直埋设在潮湿的土壤中，埋设形式可采用立式或卧式，在阳极与保护管道之间，严禁设置其它金属构筑物。牺牲阳极可以通过测试桩与管道连接，目的是为了监测牺牲阳极自身的电化学参数，并且便于检测和掌握阴极保护系统运行后管道被保护状态。阳极的埋设时应提前按比例配制、调匀好填料，装入φ300mm×1000mm的棉或麻布袋中，将经过用铁砂纸打光及表面清洁处理的阳极及时插人填料中心位置并压实，用细原土掺盐分层浇水湿润后回填土。所有的电缆与阳极、铜鼻子的连接采用锡焊，焊接前都要剥去防腐绝缘层，清洁、打光焊接处；在焊接处及电缆的外裸部位必须做好绝缘防腐处理；电缆加PVC保护套管松缓自然埋设，埋深与管道埋深相同。阳极连接管道的电缆颜色应与其它电缆颜色区分开，以便辩认检测。阳极的埋设点必须做永久性标志，永久性标志可以包括周围建筑物。

1.3.3阴极保护系统的运行效果

经过对A（城市）至B（城市）长输管线阴极保护系统工程中的97个测试桩的管道保护电位进行测量，测量结果为-0.95～-1.20V（相对硫酸铜参比电极）。由以上数据可知，A（城市）至B（城市）长输管道对地电位均低于-0.85V（相对硫酸铜参比电极），符合设计和规范的要求。

2阴极保护系统的日常管理

（1）每月测量一次全线管道保护电位，每季度测量一次阳极床接地电阻；（2）每天记录一次阴保间恒电位仪的保护电位、输出电压及输出电流，每月可交换A/B机工作，延长仪器工作寿命；（3）管道电流、电位测试桩注意保护，防止人为破坏，并且每年保养一次；（4）所有测量数据需填写记录表，存档，以便查阅。结束语

本文发现，在阴极保护方法的应用过程中，杂散电流腐蚀一直是阴极保护技术的一个难点，本研究时通过在杂散电流强度超过标准规定的地点都增设阳极来解决这一难题。并结合A（城市）至B（城市）长输管线工程实际案例，经电化学参数测量，验证了阴极保护法的良好防腐效果。

参考文献：

[1] 高鹏.浅谈牺牲阳极阴极保护技术在埋地长输管道中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2015（20）.