埋地管道的阴极保护(外加电流法)
外加电流阴极保护设计原则及考虑
外加电流阴极保护设计原则及考虑外加电流阴极保护设计，根据工艺计算对保护范围宜增加10%的余量，对于埋地管道的工艺设计，一般对管道保护长度留有10%的余量。
外加电流阴极保护设计时，一般均已新建结构物或已建结构物的实际条件为基础。
在参数选择、设计计算中只要与管道本身参数相符合，其设计往往是成功的。
随着时间年限的延长，结构物上的防腐层逐渐老化，破损增多，使所需阴极保护电流增大有效保护范围缩小。
因此设计中应对阴极保护所需电流密度的变化做充分的考虑，通常办法是对结构物保护范围留有一定的余量。
②外加电流法阴极保护设计中，辅助阳极的设计寿命应与被保护结构物相匹配。
对各种不同结构物均应考虑辅助阳极的可更换性。
对于埋地管道的外加电流法阴极保护，其辅助阳极的寿命一般不小于20年。
辅助阳极的寿命是保障外加电流法阴极保护系统有效工作的关键。
辅助阳极失效，将使阴极保护系统中断工作。
对于可更换的辅助阳极系统，如船舶或其他工业设备装置中辅助阳极系统，从经济上考虑不必选择昂贵的、寿命很长的阳极。
而对于不可更换或很难更换的辅助阳极系统，如埋地管道辅助阳极系统，则应保证其设计寿命。
③外加电流法阴极保护设计时，应充分注意保护系统与外部金属结构物之间的干扰问题，以及外部信号可能对保护系统产生干扰的问题。
在被保护金属结构物周围往往还存在着一些其他的金属结构物，如埋地管道周围的情况。
这就要求在外加电流法阴极保护设计时应充分考虑这一点。
另一方面，埋地管道周围密集其他金属结构物存在于阴极保护电场中，将不可避免的改变电场电力线的分布，产生对埋地管道阴极保护的屏蔽作用。
在严重情况下，可在被保护结构物上形成阴极保护的死角。
由此产生保护不足甚至导致阴极保护失效。
同时也导致阴极保护运行成本增加。
处于直流电力输配系统、直流电气化铁路、邻近外部结构物阴极保护系统或其他直流源影响范围内的埋地金属结构物，易遭受杂散电流干扰影响而产生腐蚀破坏，从而导致被保护物迅速的电解腐蚀，使其阴极保护系统遭受严重的干扰破坏。
埋地管道的阴极保护(外加电流法)
•
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
埋地管道的阴极保护
主讲：外加电流法
阴极保护的原理
• 金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时,电 位负移,金属阳极氧化反应过电位ηa 减小,反应 速度减小,因而金属腐蚀速度减小,称为阴极保 护效应.
• 实质：由外电路向金属通入电子,以供去极化剂 还原反应所需,从而使金属氧化反应〔失电子反 应受到抑制.
施工中注意的问题：
保护材料及设备,这些是阴极保护成功的前提,但最终的 实现则通过施工来完成.外加电流阴极保护施工应注意以 下问题： 1施工前对所有电极进行检查,主要是外观检查,表面不得沾有 油污等其它杂物,电极体表面是否破损等；另外对连接及 绝缘电阻进行检查,以保证连接或绝缘良好.
2施工时严格按照设计图进行施工,辅助阳极及参比电极均要 求连接良好,且对相应的电缆均要做好标记,以备将来检修 使用.
• 如果是复杂的管路系统中,外加电流阴极保护建议 采用恒电流控制.
2.辅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ阳极地床
• 辅助阳极地床分为深井阳极地床和浅埋阳极地床； • 深层土壤电阻率比地表低； • 基本要求： • 1、 导电性好； • 2、 排流量大； • 3、 耐腐蚀,消耗量小,寿命长； • 4、 具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击震动； • 5、 容易加工、便于安装； • 6、 材料易得、价格便宜.
护 • ④: 每个辅助阳极床的保护范围大,当管道防腐层质量良好
时, 一个阴极保护站的保护范围可达数十公里 • ⑤: 对裸露或防腐层质量较差的管道也能达到完全的阴极
保护
缺点
城市埋地煤气管道的阴极保护方法
城市埋地煤气管道的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。
阴极保护就是利用外加手段迫使电解质中被保护金属表面都成为阴极，以达到抑制腐蚀的目的。
使用阴极保护时，被保护的金属管道应有良好的防腐绝缘层，以降低阴极保护的费用。
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、无需征地或占用其他建构筑物、保护电流利用率高等，因此特别适合于城市范围内的埋地钢管腐蚀。
而我公司输配管网绝大部分均埋设在市区范围，因此我公司予以推荐。
另方面，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或市郊管线的防腐。
如应用于市区范围内时，则由于其会产生干扰电流而影响其他管线及建筑物，且还需要征地或占用建筑物，因此在实施时会带来较大的困难。
因此，城市埋地煤气管道防腐的阴极保护宜用牺牲阳极法。
当条件许可时，也可采用强制流保护法。
目前，在我公司城市燃气输配管网中，已全面采用牺牲阳极法来进行管道防腐。
广州埋地燃气管道阴极保护的设计与施工3.1 牺牲阳极选用及布点的技术要求（1）电防护法在选用时应符合以下要求a）锌阳极不得使用在土壤电阻率＞20O•m的场合；b）镁阳极不宜使用在土壤电阻车＞100Ω•m的场合；c）外加电流阴极保护法在选用时不受土壤电阻率的限制。
（2）采用牺牲阳极法时，选用阳极的保护效果应符合以下要求：a）对地电位应达到-0.85V或更负；b）通电时，阴极电位较自然电位向负方向变化值应大于300mV；c）当土壤或水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于0.5％时，通电后，对地电位应达到-0.95V或更负。
（3）在牺牲阳极法中的镁阳极选用时，必需按照表1来进行选取。
（4）牺牲阳极在埋设时，与保护的燃气管道的距离不宜小于0.3m，也不宜大于7m，埋设深度不宜小于1m，且直埋设在潮湿的土壤中。
外加电流法
❖ 但这并不是两种方法选择的绝对界线 ❖ 应从技术性、有效性和经济性考虑
外加电流法阴极保护技术
—两种方法技术比较
No.2011-wu-3007
❖ 影响方法选择的一些重要因素： ❖ ①所需的CP电流需用量大小 ❖ ②存在杂散电流影响地区，不宜采用牺牲阳极保护 ❖ ③将会对邻近结构物产生源自CP系统的杂散电流影
缺点
1高电阻率环境不宜使用 2保护电流几乎不可调 3要求良好的涂覆层 4投产调试工作复杂 5消耗有色金属 1需要外部电源 2对邻近金属结构物干扰大 3维护管理工作量大
外加电流法阴极保护技术
—两种方法技术比较
No.2011-wu-3004
Hale Waihona Puke ❖ 对埋地金属结构物：❖ （1）外加电流法CP的电源功率与阳极床接地电阻 成正比，后者又与土壤电阻率直接相关
❖ 除参比电极控制点处的电位外，其他部位的电位都 仍在经常性变动之中
❖ 绝对不能认为，通过恒电位仪就可以控制整个结构 物电位恒定！
外加电流法阴极保护技术
—电源设备
No.2011-wu-3018
❖ 受控制的参比电位点的选择是十分重要的：
❖ 参比电位点
❖ 应选择在环境条件变化大，结构物的构型复杂和受 干扰影响大的部位
❖ ◆具有一定机械强度，耐腐蚀、冲击、震动，可靠 性高
❖ ◆加工性能好，易于制成各种形状 ❖ ◆材料来源广泛易得，价格低廉
外加电流法阴极保护技术
—辅助阳极
No.2011-wu-3021
❖ 辅助阳极的材料种类很多 ❖ 根据阳极消耗率（溶解性能）可分为： ❖ ◆可溶性阳极 ❖ ◆低溶性阳极 ❖ ◆难溶性阳极
No.2011-wu-3026
❖ （2）铝和锌
外加电流阴极保护法
外加电流阴极爱护法外加电流阴极爱护法，是通过外加电源来提供所需的爱护电流。
将被爱护的金属作阴极，选用特定材料作为辅助阳极，从而使被爱护金属受到爱护的方法。
外加电流阴极爱护系统由如下几局部组成：① 直流电源，② 辅助阳极，③ 参比电极。
此外，为使阳极输出的爱护电流更均匀，防止阳极附近结构物产生过爱护，有时在阳极周围还须涂刷阳极屏蔽层。
为使船舶的轴及推动器等转动结构获得良好的爱护，应加装轴接地装置。
直流电源在外加电流阴极爱护系统中，需要有一个稳定的直流电源，以提供爱护电流。
目前，广泛使用的有整流器和恒电位仪两种。
一般，当被爱护的结构物所处的工况条件〔如浸水面积、水质等〕根本不变或变化很小时，可以采纳手动操纵的整流器；但当结构物所处的工况条件经常变化时，则应采纳自动操纵的恒电位仪，以使结构物电位总处在最正确爱护范围内。
在工程中广泛使用的恒电位仪主要有三类：可控硅恒电位仪、磁饱和恒电位仪和晶体管恒电位仪。
可控硅恒电位仪功率较大、体积较小，但过载能力不强。
磁饱和恒电位仪紧固耐用，过载能力强，但体积比拟大，加工工艺也比拟复杂。
晶体管恒电位仪输出平稳、无噪声、操纵精度较高，但线路较复杂。
辅助阳极辅助阳极的作用是将直流电源输出的直流电流由介质传递到被爱护的金属结构上。
可作辅助阳极的材料有很多，如废钢铁、石墨、铅银合金、高硅铸铁、镀铂钛、包铂铌以及混合金属氧化物电极等。
这些材料各有其特点，适用于不同的场合。
我所在辅助阳极材料研究与开发方面做了很多工作，开发的铂铌阳极等具有体积小、排流量大、使用寿命长、工作稳定可靠等优点。
已广泛应用于船舶、钢桩码头、循环水泵、冷凝器及海水管道的爱护中。
参比电极参比电极的作用有两个：一方面用于测量被爱护结构物的电位，监测爱护效果；另一方面，为自动操纵的恒电位仪提供操纵信号，以调节输出电流，使结构物总处于良好的爱护状态。
在工程中，常用的参比电极有铜/饱和硫酸铜、银/卤化银及锌参比电极等，这些参比电极各具特点，适用于不同的场合。
埋地管道的阴极保护 PPT课件
2020/3/31
西南石油学院储运研究所
24
计算出钢的保护电位与钢在该电解液中 的初始电位值之差，即可认为是阴极极化值 或负向偏移。例如，钢在干燥土壤中的自然 电位Vx=-0.3V（SHE），其阴极极化值计算 得：
根据电化学理论，阴极保护判据是多因 素决定的，相当复杂。但-0.85V（CSE）是 既有理论基础，又有实践依据，已为世界各 国所接受。
流从其上流出，就需进一步将阴
极极化到使总电位降至等于阳极
的电要初达流始到值电完为位全IPE。保AO从护，图，此上外时可加外以的加看保的出护保护，电
流2要020/比3/31原来的腐蚀电西流南石大油学得院储多运研。究所
5
显然，保护电流IP与最大腐蚀电流IC的差 值决定于腐蚀电池的控制因素。受阴极极化 控制时，二者的差值要比受阳极极化时小得 多。因此，采用阴极保护的经济效果较好。
2020/3/31
西南石油学院储运研究所
4
通上外加电流后，由电解质流
入阴极的电流量增加，由于阴极
的进一步极化，其电位将降低。
如 降
流至入E′阴，极此电时流由为原ID来，的则阳其极电流位
出与I的′腐的蚀差电值流就将是由由I辅C降助至阳I极′流。出ID
的外加电流量。为了使金属构筑
物得到完全保护，即没有腐蚀电
式中
2020/3/31
E
0 Fe
/
Fe—2 —铁的标准电极电位；
R——气体常数；
T——绝对温度；
F——法拉第常数；
Fe2 ——靠近电极的电解液层中铁离
子的活度。
西南石油学院储运研究所
22
当 pH ＞ 5.5 时 ， Fe2和 OH 作 用 生 成 难 溶
埋地管道石油管道管道阴极保护方法管道阴极保护施工条件
埋地管道石油管道管道阴极保护方法管道阴极保护施工条件河南汇龙合金材料有限公司1阴极保护的方法1.1牺牲阳极法牺牲阳极法就是让被保护的金属和另一种金属或者合金链接在一起，被链接的金属或合金的电位比被保护的金属更负。
牺牲阳极的性质比较活泼。
所以在电解液里面它开始溶解的速度非常快，很快就能释放电流让金属金属阴极极化，这样就可以让金属得到保护。
1.2强制电流法强制电流法被保护的电流因为外部直流电源的输入而产生阴极电流，于是就出现了阴极极化的状态，这样就能够让金属得到保护。
强制电流法和众多的因素密切相关，比如阳极、参比电极、直流电源和连接电缆都是必不可少的。
通过辅助阳极能偶让电流进入到被保护的金属当中，所以阳极工作的时候就是处于电解环境里面。
1.3排流保护所谓的排流保护指的是在电流比较散杂的情况下，对这些电流进行排除对被保护构筑物施加阴极保护。
一般而言，有三种方式都可以用来进行排流保护：第一个方法是直接排流。
如果散杂电流干扰电位极性没有太大波动的时候，可以借助电缆把被保护金属和干扰因素连接在一起，让杂散的电流能够排除。
这个方案虽然操作便捷，但是要是判断的不够精准，那么很可能适得其反让杂散的电流更多。
第二个方法是极性排流。
当杂散电流干扰电位极性正负交变时，能够借助二极管让杂散电源回到干扰源，因为二极管在输送电流的时候只能单方向输送，把杂散电流朝正向排出，而负向的就用被当做阴极保护。
现在，极性排流法比较常用。
第三个方法就是强制排流。
前面提到的直接排流法和极性排流都是在排流的过程当中才能实现保护作用，而没有进行排流的时候，金属就不能得到很好的保护作用。
针对这个弊端，于是就有了强制排流这个方法。
在无杂散电流时通过整流器供给保护电流，如果出现杂散电流就借助排流来实现保护。
一般情况下，强制排流采用的都是恒电位仪，在进行排流保护的时候也会有一部分的保护电流输出。
2.阴极保护条件要进行阴极保护，需要满足一下几个特质：首先，腐蚀介质要具备导电性，这样才能产生完整的电路。
埋地管道外防腐与阴极保护的探讨
埋地管道外防腐与阴极保护的探讨埋地长输管道由于年代长久管道老化而遭受到腐蚀是一种正常现象。
为了有效控制长输管道的腐蚀，本文将具体分析埋地长输管道的防腐方法和长输管道阴极保护方法，并详细分析了阴极保护中容易出现的故障，对故障产生的原因及如何查找故障位置进行分析，希望能为从事管道阴极保护工作提供一定的指导。
标签：埋地管道；防腐；阴极保护一、前言钢质埋地管道因发生电化学腐蚀往往对社会造成严重危害，实践证明控制管道腐蚀的主要方法是防腐层和阴极保护。
相关规定对于管道阴极保护有详实的规定，尤其是在城镇天然气管道的铺设、施工管理中，更高要求在整个技术过程中的高压、次高压等管理，形成管道腐蚀管理与阴极保护的整体功能，将能收到更大的保护效果。
二、埋地长输管道腐蚀的原因和危害埋地长输管道腐蚀的原因主要是来自大自然的外力破坏，如土壤酸碱度偏高、白蚁或老鼠啃食、泥石流山体滑坡、电化学腐蚀等方面，这些现象都会对管道外表原有的防护层造成破坏和老化。
由于管道外层的剥落覆盖层长期处于腐蚀当中，常会出现技术人员所兼顾不到的腐蚀死角，死角的产生原因有以下几个方面：1、为了保证伊通联合站油气长输管道的安全运行，在设计过程中，设计工程师们会在管道的转角、弯头和跨越部位采取一些保护措施，例如设置固定墩、套管保护等，一旦工程师们忽视这些地方的防腐措施，就会出现保护不到的死角。
2、由于伊通联合站油气长输管道的施工漫长而复杂，在不少恶劣的施工环境下造成的施工技术有限，从而直接导致了防腐质量的下降，防腐保护层没有起到对管道本体保护的作用，当腐蚀介质侵入时就会产生保护不到的死角。
例如，受到施工环境的制约，在伊通联合站油气长输管道中的一段管道没能按照石油沥青的最低等级要求进行施工，这对日后管道的修养维护会造成难以补救的问题。
3、在长输管道的运行过程中，土壤的物理和化学性质、电流干扰、周边温度等方面都有可能对管道的防腐层表面产生影响，直接导致防腐层和管道表皮发生剥落现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 3）在通电前,应先检查电源的正负输出端,确保其没有短路 现象。随后将输出电压调至最低一档,接通电源,这时通过 电压表测量,确保各阳极接在电源正极上,被保护的金属结 构物接在电源负极上。否则,不但起不到保护作用,反而加 剧金属的腐蚀,这一点千万不可马虎。 • 4）阴极保护系统运行后，辅助阳极有10～20天的极化时 间，极化时间过后电位测试的数据就比较稳定。 • 5）阴极保护系统运行后，应根据各参比电极的反馈数值， 对系统进行调整，以使整个系统达到最佳保护状态。
缺点
• ①: 一次性投资费用偏高，而且运行过程中需要支 付电费 • ②: 阴极保护系统运行过程中，需要严格的专业维 护管理 • ③: 离不开外部电源，需常年外供电 • ④对邻近的及设备，这些是阴极保护成功的前提，但最 终的实现则通过施工来完成。外加电流阴极保护施工应注 意以下问题： • 1）施工前对所有电极进行检查，主要是外观检查，表面 不得沾有油污等其它杂物，电极体表面是否破损等；另外 对连接及绝缘电阻进行检查，以保证连接或绝缘良好。 • 2）施工时严格按照设计图进行施工，辅助阳极及参比电 极均要求连接良好，且对相应的电缆均要做好标记，以备 将来检修使用。
埋地管道的阴极保护
主讲：外加电流法
阴极保护的原理
• 金属—电解质溶解腐蚀体系受到阴极极化时， 电位负移，金属阳极氧化反应过电位ηa 减小， 反应速度减小，因而金属腐蚀速度减小，称为 阴极保护效应。
• 实质：由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原 反应所需，从而使金属氧化反应（失电子反应）受到 抑制。
Evans极化图
常见防腐蚀方法：
电化学保护
阴极保护
阳极保护
牺牲阳极保护法
外加电流阴极保护法
外加电流保护法：
原理： 在回路中串入一个直流电源，借助辅助阳极， 将直流电通向被保护的金属，进而使被保护金 属变成阴极，实施保护。
管线外加电流保护系统示意图
1.恒电位仪
• 如果保护对象为结构简单的单纯管道，那么外加 电流阴极保护系统的控制方式选择恒电位控制， 因为在这样的情况下，外加电流保护系统的保护 电位均衡性易于实现，辅助阳极及参比电极定位 相对容易。 • 如果是复杂的管路系统中，外加电流阴极保护建 议采用恒电流控制。
2.辅助阳极地床
• 辅助阳极地床分为深井阳极地床和浅埋阳极地床； • 深层土壤电阻率比地表低； • 基本要求： 1、 导电性好； 2、 排流量大； 3、 耐腐蚀，消耗量小，寿命长； 4、 具有一定的机械强度、耐磨、耐冲击震动； 5、 容易加工、便于安装； 6、 材料易得、价格便宜。
3.参比电极
• 参比电极的作用有两个：一方面用于测量被保护 结构物的电位，监测保护效果；另一方面，为自 动控制的恒电位仪提供控制信号，以调节输出电 流，使结构物总处于良好的保护状态。
4.其他元件
• ④.接地电池保护器 • ⑤.测试桩： 电位测试桩 电流测试桩 绝缘测试桩 • ⑥.导线
外加电流阴极保护的优点： • ①: 驱动电压高，能够灵活地在较宽的范围内控制阴极保 护电流 输出量，适用于保护范围较大的场合 • ②: 在恶劣的腐蚀条件下或高电阻率的环境中也适用 • ③: 选用不溶性或微溶性辅助阳极时，可进行长期的阴极 保护 • ④: 每个辅助阳极床的保护范围大，当管道防腐层质量良 好时， 一个阴极保护站的保护范围可达数十公里 • ⑤: 对裸露或防腐层质量较差的管道也能达到完全的阴极 保护
参比电位的测试
• 地表参比法是利用数字万用表与Cu/CuSO4参比电 极通过测试桩测试施加有阴极保护管道的保护电 位，通过电位的分布间接评定涂层的质量状况。 测试前需要用标准甘汞电极校准硫酸铜参比电极， 在测试电位的时候，将参比电极竖立安放在测量 管道上方1m（规范规定），如果地表干燥就需要 浇水，将万用表黑表笔连参比电极，红表笔连测 量物（管道测试桩接线柱），用合适的档位测量 电位值。