管道工程阴极保护系统技术服务手册

管道工程阴极保护系统

技术服务手册

2015 年08 月

目录

第一章前言 (3)

第二章阴极保护的简介 (4)

第三章阴极保护相关技术规范与标准 (7)

第四章阴极保护类型的选择及其经济性的分析 (8)

第五章区域性阴极保护系统运行与数据记录 (20)

第六章区域阴极保护系统的维护 (24)

第七章区域阴极保护系统运行维护安全注意事项 (28)

第一章前言

对管道而言，腐蚀是影响油气站场管道安全的主要因素之一，其严重后果是造成站场内的管道穿孔泄漏。为了使管道免于腐蚀威胁，目前国内普遍采用的大多为防腐涂层的方法。防腐层的防腐机理是通过隔绝管道金属体与外部的土壤腐蚀环境来实现的，土壤中的水分、氧气和无机盐等物质由于防腐层的阻隔作用而不能到达管体表面，从而抑制了腐蚀的发生。但是由于防腐层在涂覆和管道安装过程中往往不可避免的会存在一些诸如局部破损等缺陷，如果没有其他的补充有效腐蚀防护手段，在这些涂层缺陷处就会发生腐蚀。因此，对管道而言，单纯的防腐涂层并非完善的腐蚀防护技术体系，在这种情况下，阴极保护保护作为一种有效的电化学腐蚀防护手段，可以有效的对防腐涂层破损处进行腐蚀防护。阴极保护是利用金属的极化原理，通过施加一定的直流电流到金属保护对象，实现对电解质（如站场的土壤）中金属构筑物（如管道）电化学腐蚀防护的方法。

阴极保护系统包括电源设备、被保护结构物、测试系统和阳极床系统四大部分，需要有效的运行维护才能保证其发挥腐蚀防护的功能。本手册编制的目的即在于为管道阴极保护运行维护管理人员提供有效的学习培训、运行维护作业指导，保证管道阴极保护系统的高效稳定运行。

第二章阴极保护的简介

现在，人们已经普通认识到了管道外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防腐措施，这是因为防腐层在生产、运输与施工中无法保护不受到任何损坏，因此不可能完全将管道与腐蚀环境及介质完全隔离。而且用于防腐层的各种材料都有不同程度的吸水和透气性，因此埋地后，在土壤中电解质溶液的作用下会逐步吸水老化。要维持有效的防腐，就必须同时采取阴极保护进行联合保护。阴极保护的使用已经产生了巨大的经济效益，通常采用阴极保护的管道寿命可以延长一倍以上，而阴极保护的投资不及总投资的 3%，此其经济效益与社会效益是显而易见的。国标 GB 50393-2008《钢质石油管道防腐蚀工程技术规范》对管道提出了必须采用阴极保护的要求。

下面介绍阴极保护的原理及其方法。

2.1 阴极保护的原理及类型

对于管道而言，阴极保护是目前最有效减小腐蚀的手段之一。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，因而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。

2.1.1牺牲阳极阴极保护

牺牲阳极阴极保护是将电位更负的金属与被保护金属连接，并处于同一电解质中，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，使整个被保护金属处于一个较负的、相同的电位。该方式简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，埋设后很少需要专业人员来维护，广泛应用于保护小型（电流一般小于 1 安培）或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于 100欧姆•米）的金属结构，如城市管网、小型管道等。根据国内有关资料的报道，对于牺牲阳极的使用有很多失败的教训，如牺牲阳极的使用寿命一般不会超过 3年，最多 5年。牺牲阳极阴极保护失败的主要原因是阳极表面生成一层不导电的硬壳（氧化产物与周围介质的混合物），限制了阳极的电流输出，甚至造成阳极窒息。设计牺牲阳极阴极保护系

统时，除了严格控制阳极成份外，一定要选择土壤电阻率低的阳极床位置。

2.1.2外加电流阴极保护

外加电流阴极保护是通过外加直流电源以及辅助阳极， 迫使电流从阳极流向

被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境。 该方式主要用于保护大型或 处于高土壤电阻率土壤中的金属结构，如：长输埋地管道，大型罐群等。但是外 加强制电流阴极保护的需要建设阴极保护站， 阴极保护站的恒电位仪等电器设备 一般需要专业人员的定期维护。

2.2牺牲阳极与强制电流阴极保护的区别

对于具体的保护对象，是采用牺牲阳极阴极保护还是采用强制电流阴极保 护，应具

体情况具体分析。以杂散电流干扰不大、土壤电阻率较低、保护电流较 低的条件为例，管道采用牺牲阳极阴极保护的方法是既经济又合理的。

衣1柄牲阳极法和强制电流探护法对比

阴极保护技术在国外己有一百多年历史，四十年代开始应用于石油、化工设 备的防

腐之后又发展用在地下油、气、水的输送管道防腐方面。阴极保护不仅可 以防止一般腐蚀，还可以防止金属的小孔腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀裂开、冲击腐蚀 和黄铜脱锌等。我国在六十年代初开始研究阴极保护方法，六十年代末期在主要 在船舶，闸门等钢铁构筑物上得到应用。 我国埋地油气管道的阴极保护始于 1958 年，六十年代在新疆、大庆、四川等油用号 牺牲阳极法

I 野费用与骨道长盛成正比;均匀的电位 分伤叫保护谴细的保护电位调配 2 不需要外部电源 3 对外部管逍仪地卜'金属构筑物「扰小 4 可埋在管沟里或靠近管沟附近 5 在保护电流撈度低时才经沽 6 杂散屯流干扰大时爪能便用 7 电流输出稳定 8 上壤电阴率窩时盂阳械数绘多 9 输岀电流与上壤电率成反比 10 土壤电阻率测试点苓 H 调试工柞毘大.投产调试费时间 12 阳极为消耗件阳极、需定期更换 13 建应厉维护骨理柞业很少 2.3国内外阴极保护使用的现状

强制电流悚护法 对盂娈皎小电流的场合•无法减少堆低限度的独辽 费用;降低通电点的电位，方可达到远距寓的防护

必须冇外部电源

辅助阳様点附近会对外部管道声生円尤

辅助阳极耍远离管道

保护电流轿度不盟

杂散电流「扰大时也可任意调节电流、电位

可按电辭压理调节电流、电压

可通过为数不多的点达到保护

可通过电压调节保护电流

土壤电阳率测试戊少

只石测量樂流利为数不勒的电拉管闽

阳极不盂耍更换

建成厉盂固足岗位管理细护