电化学防护.讲义

重庆科技学院

《电化学保护及设计》课程论文

题目埋地管道外加电流法阴极保护设计

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2014年6 月16 日

埋地管道外加电流法阴极保护设计

摘要：管道运输是当代综合运输体系的重要组成部分，它和铁路、公路、水运和航空一起构成各国经济发展的基础产业。它具有独特的优势和特点：可穿越山河、沙漠、沼泽等地域，大部分埋在地下，占地面积少；管道建设施工易于操作，速度快、投资少、运输成本低；受气候影响较小，运输安全可靠，对环境污染小；适合单一品种，大运量、长距离，单向运输等。因此为了管道的长久耐用，管道的防腐蚀问题也越来越重要。本文主要介绍了埋地管道外加电流法的设计要求、参数选择、工艺计算、安装和施工等内容。

关键词：管道腐蚀外加电流法阴极保护

引言：阴极保护理论、技术、应用的研究已有一百多年的历史，外加电流阴极保护是地下或水下金属构筑物防止或延缓电化学腐蚀、大大延长使用寿命、减少各种危险事故的重要技术措施之一。外加电流保护法是一种非常重要的阴极保护技术，它在实际工程中有着广泛的应用。

1、外加电流法阴极保护的概述

外加电流阴极保护法是利用外部电源对被保护金属结构物施加一定的负电流，使结构物的电极电位通过阴极极化达到规定的保护电位范围、保护电流密度范围，从而抑阻腐蚀获得保护的一种方法。

如图所示：

外加电流法阴极保护系统简明示例

外部电流通过对埋置于土壤中的钢质管道施加负电流而使钢管获得了阴极

保护。整流器（负极）-导线-钢管-土壤-辅助阳极-导线-整流器（正极），构成了一个完整的电流回路。在钢管/土壤及辅助阳极/土壤的界面处发生了电子导电与离子导电之间的转换，这也是通过界面电化学反应来实现的。

2、设计任务要求

某埋地16Mn钢质管道，长度为90公里，直径为530毫米，环氧粉末防腐涂层，处于土壤电阻率80欧姆·米环境中，设计阴极保护系统，该阴极保护系统的设计寿命为30年。

3、设计参数选择

（1）保护电位

对于新建的埋地管道，它的保护电流的选择和确定可按照下列常规的参数选取：

管道自腐蚀电位：-0.55V（CSE）

最小保护电位：-0.85V（CSE）

最大保护电位：-1.23Ｖ（CSE）

（2）保护电流密度

钢在某些环境条件下的保护电流密度（表为部分给出数据）。

根据表中给出的数据结合设计要求可知，埋地管道仅仅是处于土壤中，因此保护电流密度为：

=0.01mA/m2

I

密

（3）电阻率

防腐层电阻率：

石油沥青、煤焦油瓷漆 10000Ω·㎡

环氧煤沥青 5000Ω·㎡

塑料防腐层 50000Ω·㎡

环氧粉末 50000Ω·㎡

三层PE结构 1000000Ω·㎡由设计要求可知，表面为环氧粉末防腐涂层，因此防腐层电阻率为50000Ω·㎡。

钢管电阻率

低碳钢（20#） 0.135Ω·mm2/m

16Mn钢 0.224Ω·mm2/m

高强度钢 0.166Ω·mm2/m 由设计要求可知，钢管为16Mn钢，因此钢管电阻率为 0.224Ω·mm2/m

已知土壤电阻率为80Ω·m。

保护电流密度选取10—50μA/m2

（4）辅助阳极材料

外加电流法阴极保护中的辅助阳极是构成完整电流回路的基本组件。一般分为：可溶性阳极、低溶性阳极和难溶性阳极。

根据表中的数据，结合设计要求，应选择寿命较长的辅助阳极，因为最佳选择为硅铸铁。

4、工艺计算与校验

（1）管道保护长度

102L L = D-s R ρδδ=

⋅⋅π（） 式中 L 1：一个保护站的长度（m ）

L 0：一个保护站单侧保护长度（m ）

∆U ：管道上允许的最大保护电位与最小保护电位之差（V ）

D ：管道外径（m ）

J S ：保护电流密度（A/m 2）

R ：单位长度管道纵向电阻（Ω/m ）

ρS ：钢管电阻率（Ω·mm 2）

ρS ：钢管电阻率（Ω·mm 2）

δ；管道厚度（mm ）

已知 D=530mm ，ρS =0.224Ω·mm 2/m 2, J S = 51.010-⨯A/m 2

∆U=1.25-0.85=0.40V

计算得

R=1.948 ⨯10-5Ω/m

L 1=99327.07 m

L 0=49663,54m

(2)阳极地床的个数 11g

c L N L =+

式子中 c N ：保护站个数

g L ：是管道的总长度（m ）

1L ：一个保护站的保护长度（ｍ）

代入数据算得g L ：是管道的总长度（m ）：900001299327.07

c N =

+≈ （3）阳极保护站的分布 21||2m g c m l L N -=⨯ 式中 m l :第m 个阴极保护站到起点的距离（Km ）

g L ：是管道的总长度（Km ）

c N ：保护站个数

m:小于c N 的一个整数

其中 m=1 L g =90km

21|90|22.54

m l km -=⨯= （4）阴极保护站所需要提供的电流

I 1

=0022s I D J L π=⋅⋅⋅=式中 I 1：一个阴极保护站需提供的保护电流（A ）

I 0：管道单侧保护电流（A ）

计算得 I 1=1.654A ，0I =0.823A

（5）辅助阳极接地电阻

硅铸铁作为辅助阳极

直径： d=50mm 长度：L = 1500mm