埋地钢质管道阴极保护测量技术剖析

埋地钢质管道阴极保护测量技术

沈阳龙昌管道检测中心马负

1 前言

埋地钢质管道阴极保护系统一旦投用，就要定期对该系统的性能进行评价，确认阴极保护系统的效果，以判断其是否能够充分控制腐蚀。但是，在实际工作中直接确定管道是否处于腐蚀状态是十分困难和复杂的。且有些技术在工业化的现场条件下是无法实现的，因此必须依赖一些间接的、技术上可行的方法来评估阴极保护系统的有效性。目前我们采用的主要方法是通过测量管道的电位、电流、电阻等相关参数，与选定的判据进行比较以达到评价阴极保护系统有效性的目的。

阴极保护测量技术内涵十分丰富。因为腐蚀是电化学过程，所以是电化学和电学测量技术的结合。为达到测量的规范和统一，最大限度的减少测量误差，国家制定了相关标准。即GB/T 21246—2007 《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》、GB/T 21447—2008《钢质管道外腐蚀控制规范》、GB/T 21448—2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》。这里我们主要结合国家标准对阴极保护测量技术进行讨论。

2 判据

阴极保护理论研究表明，被保护体达到完全阴极保护的真正判据是被保护体上的各阴极均被极化到被保护体上最活性阳极的开路电位。在这一电位点处腐蚀电流已经停止了，再施加更多的保护电流是不必要的，也是不经济的。在这一点上对真正判据的理解是很容易的，但是应用这个判据去解决实际腐蚀问题却是不可能的，因为被保护体上最活性阳极的开路电位是不可能准确计算的也不可能在现场测量获得。因此，必须有替代的判据。一个替代的阴极保护判据，其目的是提供一个基准点，对某个指定物体施加阴极保护的水平可相对于此基准进行比较。一个好的判据有某些期望特征，包括较广泛的结构体适用性、环境的实用性、便于应用、可靠的科学基础、将腐蚀减轻到可接受水平的极大可能性以及过度保护带来的危害性。

目前我们采用的判据为国家标准GB/T 21448—2008《埋地钢质管道阴极保

护技术规范》中的4.3 阴极保护准则。具体内容为：

一般情况：

1、管道阴极保护电位（即管/地界面极化电位，下同）应为-850mV（CSE）或更负。

2、阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比-1200mV（CSE）更负。

3、对高强度钢（最小屈服强度大于550MPa）和耐蚀合金钢，如马氏体不锈钢，双向不锈钢等极限保护电位则要根据实际析氢电位来确定。其保护电位应比-850mV（CSE）稍正，但在-650mV（CSE）至-750mV的电位范围内，管道处于高pH值SCC的敏感区，应予注意。

4、在厌氧菌或SRB及其它有害菌土壤环境中管道阴极保护电位应为-950mV （CSE）或更负。

5、在土壤电阻率100Ω·m至1000Ω·m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-750mV（CSE）；在土壤电阻率ρ大于1000Ω·m环境中的管道，阴极保护电位宜负于-650mV（CSE）

特殊考虑

当一般情况准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差大于100mV 的判据。在高温条件下、SRB土壤中存在杂散电流干扰及异种金属材料偶合的管道中不能采用100mV极化准则。

3 基本测量技术简介

阴极保护参数的测量主要为三个参数：电位、电流和电阻。按GB/T 21246—2007 《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》现分别予以介绍：

3.1、管道电位

⑴、管地电位测量的意义：

①、未加阴极保护的管地电位是衡量土壤腐蚀性的一个参数。（自然电位）

②、施加阴极保护的管地电位是判断阴极保护程度的重要参数。（保护电位）

③、当有干扰时，管地电位的变化是判断干扰影响程度的重要指标。

⑵、测量一般要求：

①、所用电压表内阻要高，通常应大于10MΩ。

②、正确使用参比电极。

测量使用的参比电极应具有下列特点：长期使用时电位稳定，重现性好，不易极化，寿命长，并有一定的机械强度。参比电极的种类很多，管道阴极保护中普遍采用的为饱和硫酸铜电极。其结构如图3.1.1 所示（便携式）。

图3.1.1 参比电极结构示意图

硫酸铜参比电极制作的基本要求是：

●电极采用紫铜棒（纯度不小于99.7%）；

●硫酸铜溶液用蒸馏水和化学纯硫酸铜晶体配制。硫酸铜溶液必须饱和，饱和的标志为在使用过程中，溶液一直存在过剩的硫酸铜晶体。

●流过电极的允许电流密度不大于5μA/ cm2。

③、注意消除IR 降。

⑶、测量方法

①、地表参比法

地表参比法主要用于管道自然电位、保护电位和牺牲阳极开路电位等参数的测试。其测试接线方式见图3.1.2。

图3.1.2地表参比法测试接线示意图

将参比电极放在管道顶部上方的地表潮湿土壤上，保证参比电极与土壤接触良好。

将电压表调至合适的量程上（多用DC20V或DC2V量程），读取数据并做好记录。

②、近参比法

近参比法一般用于防腐层质量差的管道保护电位和牺牲阳极闭路电位的测试。其测试接线方式见图3.1.3。

图3.1.3 近参比法测试接线示意图

在管道（或牺牲阳极）上方，距测试点1m左右挖一个安放参比电极的探坑，将参比电极置于距管壁（或牺牲阳极）3～5cm的土壤上。保证参比电极与土壤

接触良好。

将电压表调至合适的量程上（多用DC20V或DC2V量程），读取数据并做好记录。

③、远参比法

远参比法主要用于强制电流阴极保护受辅助阳极地电场影响的管段和牺牲阳极埋设点附近的管段，测量管道对远方大地的电位，用以计算该点的负偏移电位值。其测试接线方式见图3.1.4。

将硫酸铜参比电极朝远离地电场源的方向逐次安放在地面上，第一个安放点距管道测试点不小于10m，以后逐次移动10m。用数字万用表测试管地电位，当相邻两个安放点测试的管地电位相差小于5mV时，参比电极不再往远方移动。则最远处的管地电位值作为该测试点的管道对远方大地的电位值。

图3.1.4 远参比法测试接线示意图

④、断电法

3.2管道电流

⑴、牺牲阳极输出电流