管道内壁阴极保护时的电位分布
关于阴极保护电位的几个问题
关于阴极保护电位的几个问题一、阴极保护中电位测量的原则在对管/地电位测量的时候，有三种意义：①衡量土壤腐蚀性性的一个参数就是没有施加阴极保护的管/地电位；②用来判断阴极保护程度的另外一个重要参数就是施加阴极保护管/地电位；③判断干扰程度的一个重要的指标就是有干扰时候的管/地电位。
根据电化学保护来理解管/地电位,所测量的管/地电位必须是纯极化电流，这种电位中不应该含有土壤的IR降，这样就能够使测量的结果非常可靠。
这种影响表现为，涂覆良好，极化完全的管道测量出来的断电极化电位是没有什么变化的，裸金属状态下就会有少许变化。
二、如何限制阴极保护电位众所周知，防腐层和阴极保护相结合，是埋地管道腐蚀控制的最佳方案。
经验表明，有涂层但没有阴极保护的埋地管道，会比裸管更容易发生腐蚀穿孔。
尽管阴极保护是对涂层的有利辅助，但它对于涂层的破坏作用也不能被忽视。
阴极保护对于涂层的破坏表现在两方面：1．阴极保护所产生的碱性环境将加速涂层的老化；2．阴极保护产生的氢气将造成涂层的剥落，阴极剥离。
如果阴极保护的水平是适当的，上述问题不会发生，但如果阴极保护过度，“过保护”，则其破坏作用不可忽视。
评判阴极保护的水平，是通过测量管地电位。
管地电位分为通电电位和断电电位，目前，实际操作中是采用通电电位来判断阴极保护的效果和水平的。
早在上世纪80年代，美国空军基地实验室就对保护电位和阴极剥离的关系进行了研究并的出如下结论：1．断电电位为-1.02—-1.07V CSE时，没有氢气析出；电位在-1.12V CSE时，有少量气体析出；电位在-1.17—1.22V CSE时，有大量的气体析出。
2．断电电位达到-1.22V CSE时，加大外加电流，只有通电电位会随之增大，析氢量会随之增加，而断电电位几乎不变。
通电电位和断电电位没有直接关系。
3．对于厚涂层，断电电位达到-1.22V CSE并有大量气体析出时，仍没有剥离现象，此时的通电电位为-8.0V CSE;而薄涂层，如熔结环氧、塑料胶带涂层，在断电电位为-1.02V--1.07V CSE时，还没有明显气体析出时就发生了剥离,此时的通电电位为-1.16VCSE。
阴极保护系统中的重要参数
阴极保护系统中的重要参数自然电位是参比电极在使用中的一个重要的采集数据，是被保护金属埋进土壤之后，在没有外部电流的影响下对大地的电位。
自然电位会根据外部环境的不同而发生改变，其中影响自然电位比较多的因素有被保护金属结构的材质，结构的表面情况，周围土质的情况，土壤中含水量的多少。
一般情况下有基本防腐涂层的埋地管道的自然电位在-0.40到0.70V CSE之间。
如果管道所处的环境中是雨季土壤非常湿润，这时候的管道的自然电位就会偏负一点，一般取平均值为-0.55V CSE。
在特殊的环境中参比电极也应该根据环境不同而选择不同的类型，比如储罐内壁的专用参比电极，它是用在储罐内壁或者其他水介质中阴极保护电位的测量。
这种专用参比电极的构造是将纯锌棒固定在一个多孔的非金属外壳中，保证电极不要和被保护设备有直接接触。
储罐内壁专用参比电极的电位在套筒内，用以避免直接与器壁接触，电极电位是-1.10V CSE，电位稳定，漂移或者极化小于5%，结构保护电位应该低于+0.25V。
储罐内壁专用参比电极的电极主要成分有：A1小于0.005%,Cd小于0.003%，Fe小于0.0014%，Cu小于0.002%，Pb小于0.003%，Zn为余量。
最小保护电位是指在被保护金属能够完全处在可以被保护状态的时候所需要的最低的电位值。
普通情况下被保护金属在电解质溶液中，参比电极极化电位达到金属阳极区的开路电位的时候就被认为是到了完全保护状态。
最大保护电位，跟之前所描述的一样保护电位并不是越低越好而是有一定限度的，如果管道的保护电位过于低那么就会造成被保护管道的防腐层存在漏点的地方出现大量的析出氢气，最终导致防腐涂层与管道的脱离，这就是常说的阴极脱离，这种情况不仅会造成管道防腐层的失效，而且还会导致大量的电能不断消耗，碱性环境会加速防腐层的老化。
氢原子的析出还有可能造成被保护管道发生氢鼓包现象最终还会引发氢脆断裂，因此一定要把电位控制在比析氢电位稍正的电位值，这个被调整出来的电位被称之为最大保护电位。
钢制管道阴极保护电位检查片测试方法及应用
河南汇龙合金材料有限公司 刘珍 阴极保护产品、设计、工程施工一站式服务；提供阴极保护完整解决方案
典型位置处（测试桩号 25-1）检查片阴极极化衰减及形成电位曲线 见图 4，结果显示：虽然检查片通电电位受到直流干扰影响而持续波动，但瞬间 断开电位基本保持不变，说明地铁对管道的动态直流干扰属于短极化过程，并没 有影响阴极保护系统对管道的长极化结果。
摘要
根据相关标准规定，钢制埋地管道阴极保护效 果评价应采用断电电位指标，现场测试通常使用同步中断法， 但其并不适用于无法同步中断管中阴极保护电流，以及受杂 散电流干扰的管段。阴极保护电位检查片可以解决这一难题， 通过模拟管道防腐层漏点，利用检查片的瞬间断开电位实现 近似管道断电电位的测量。本文详细介绍了管道阴极保护电 位检查片的适用范围、设计、安装、测试及分析等内容，通 过具体实施案例明确了数据记录的规范性，并验证了测试方 法的可行性，为该方法的推广应用奠定实践基础。
3 检查片安装
阔面应平行于管道，且裸露面背对管道埋设，检查片中心应与管道 中心处于统一标高，与管壁净距离宜为 0.1～0.3m。每处埋设位置分别在管道两 侧安装 2 个检查片，即阴保极化试片和自腐蚀试片。检查片埋设宜符合图 2 规定。
图 2：检查片安装示意图
检查片周围的土壤用水润湿并压实，使检查片与土壤紧密接触，确 保其充分极化。阴保极化试片通过测试桩或其它易连接装置与管道连接，并串联 电气开关或类似装置（例如电流中断器）使检查片能够迅速与管道断开。若检查 片长期埋设监测阴极保护效果，宜使用长效参比电极，且尽量靠近检查片的位置
（3）存在直接连接的、不能中断的牺牲阳极；
（4）存在直流杂散电流影响，导致断电电位不 能代表阴极保护电位；
阴极保护电流分布及电位测量
管道阴极保护电流分布及电位测量施工技术厂家河南汇龙合金材料有限公司1概述在阴极保护中，阳极与保护结构之间的土壤电阻决定了到达保护结构的电流密度，而该电阻又决定于土壤电阻率、埋设位置土壤的截面积，以及阳极到保护结构上某一点的距离。
计算公式为：Ry=r(r/A)(1)式中Ry——阳极与保护结构之间土壤电阻，Wr——土壤电阻率，W·mr——阳极到保护结构上某一点的距离，mA——埋设位置土壤的截面积，m2以位于均匀土壤中的竖直阳极为例，电流以放射状分布，总电流为各方向电流之和。
对于长输管道，由于管道各点距阳极地床的距离不相等，阴极保护电流到达管道各点所经路径的电阻也不相等，因此管道各点的电流密度也不相等。
2阳极与保护结构的距离分析假定其他因素恒定，储罐、管道等保护结构某一点得到的电流与其距阳极的距离成反比。
以储罐底部的阴极保护为例，如果阳极距罐底太近，则电流的分布很不均匀，造成距阳极近的一侧过保护而另一侧保护不够。
如果阳极与罐底的距离增大，则罐底各点与阳极之间的电流回路的电阻差减小，电流分布趋于均匀。
但另一方面，由于阳极与罐底的距离增大，回路的总电阻增大，阴极保护电流减小。
因此需要提高外加电压，从电流分布的角度出发，阳极将有一个最佳位置。
条件允许的情况下，阳极距罐底周边的距离不小于罐直径。
如果做不到这一点，应采用分布式阳极或深井阳极，深井阳极的上端距地面距离不小于10m，以使电流分布均匀。
英国标准BS 7361推荐罐底的阴极保护采用分布式阳极。
对于受阴极保护的长输管道，均匀的电流分布可以通过增大阳极与管道的间距或通过均匀布置阳极来获得。
阳极距管道太近，会使距阳极近的管道部位产生过保护，而距管道远的部位保护不够；阳极距管道太远，会使整条管道欠保护，此时若仍使管道得到充分保护，只有提高外加电压。
阳极的最佳位置应使管道最远端得到有效保护而汇流点处不发生过保护。
由于电流分布还受到土壤电阻率、防腐层状况、管道电阻等多个因素影响，因此阳极与管道的间距应不小于100m，一般为300～500m。
石油天然气管道管路的阴极保护
第二章管路的阴极保护第一节管路的阴极保护一、阴极保护的原理使被保护的金属阴极极化，以减少和防止金属腐蚀的方法，叫作阴极保护。
阴极保护有两种方法，一种叫牺牲阳极保护，另一种叫强制阴极保护。
!"牺牲阳极保护在要保护的金属管路上，连接一种电位更负的金属或合金（如铝合金、镁合金），如图#$%$!（&）所示。
称为牺牲阳极。
原来在金属管路的两部分之间存在的电位差，在土壤中形成腐蚀电池（为了简化，可以把它看成是一对原电池），电流的方向如图。
管路连接牺牲阳极后，构成了一个新的腐蚀电池。
由于管路原来的腐蚀电池阳极的电极电位比外加的牺牲阳极的电位要正，所以整个管路成为阴极，电流从牺牲阳极流出，经土壤流到地下管路，再经导线流回阳极。
这样制止了管路上带正电的金属离子进入土壤，保护了管路免于腐蚀，而外加金属则成为阳极而不断地被腐蚀。
其保护电流的大小，主要决定于两极金属之间的电位差。
牺牲阳极保护的优点是构造简单，施工、管理方便，不需要外加电源，适用于无电源或需要局部保护的地方，对邻近的金属结构影响小。
其缺点是由于受两个金属之间电极电位差时限制，有效电位差及电流受到限制，用于地下管路保护的最大保护距离不过几公里，当土壤电阻率较高时，保护距离则更短，同时调节电流也困难，另一个缺点是阳极消耗量大，要消耗有色金属。
%"强制阴极保护利用外加直流电源，将被保护金属与直流电源负极相连，使被保护的金属整个表面变为阴极而进行阴极极化，以减轻或防止腐蚀，这种方法称为外加电流阴极保护或强制阴极保护如图#$%$!（’）所示。
强制阴极保护中的外加电流在管路和辅助阳极之间所建立的电位差，显然比牺牲阳极保护中，阳极与管路间仅依靠两种金属之间产生的电位差大得多。
因此，它的优点是可供给较大的保护电流，保护距离长。
同时，可以调节电流和电压，适用范围广。
辅助阳极的材料只要求有良好的导电性和抗腐蚀性，不消耗有色金属。
其缺点是需要外电源和经常的维护管理。
管道保护工初级考试(试卷编号211)
管道保护工初级考试(试卷编号211)1.[单选题]当输油管道附近地形起伏较大时,可依据( )条件判断泄漏油品可能的流动方向,高后果区距离进行调整。
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A)流入管道B)流出管道C)较大D)波动答案:B解析:5.[单选题]A0001火灾()在起火后十几分钟内,燃烧面积不大,用较少人力和应急灭火器材就能控制。
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管道阴极保护数值模拟实验
管道阴极保护数值模拟实验张丰;王爱菊;赵君;李秋萍;苏磊;姜有文;刘文会【摘要】为了验证数值模拟软件研究埋地管道阴极保护及其干扰相关规律的可行性和准确性,建立了室内土壤模拟溶液模型和室外埋地环道模型,开展阴极保护实验.其中,室内模型实验通过改变阳极位置获得了2组显著不同的电位分布,而室外环道模型通过电缆连接改变管道和接地系统的电连续性.采用数值模拟软件进行电位分布计算和验证,其结果与电位测量数据基本一致.进一步通过软件对室外环道接地极排负实验的3种施工方案进行了数值模拟计算,优选出最佳方案.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P42-44)【关键词】阴极保护;数值模拟;管道【作者】张丰;王爱菊;赵君;李秋萍;苏磊;姜有文;刘文会【作者单位】中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中石化管道储运公司聊城输油处,山东聊城252052;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中国石油管道公司中原输油气分公司,山东德州253000;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000;中油管道科技研究中心,中国石油天然气集团公司油气储运重点实验室,河北廊坊065000【正文语种】中文【中图分类】TE80 引言数值模拟技术在阴极保护领域的应用使得复杂环境下阴极保护效果的预测和低成本分析研究成为可能。
与传统方法相比，该技术在管道和站场阴极保护各种影响因素的干扰趋势和规律研究方面具有优势，同时可用于阳极位置优化、阴极保护效果的预测和全面评价。
目前，有关工作更多地集中在管道站场区域阴极保护的数值模拟上，此外还进行过的数值模拟研究有均压线对管道阴极保护的影响、储罐阴极保护罐底IR降分析和接地分流效应[1]、试片极化电位和管道保护电位差异[2]以及管道站场与干线多套阴极保护系统之间的干扰[3]等。
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,在管道沿线设置电流及电位测试桩,电位测试桩每公里设置一个；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置一个；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－1.5VCSE.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.。