管道阴极保护理论与实践

4 施工 （1）地床位置 ） （2）阳极间隔 ） （3）埋设方式 ） 5 牺牲阳极的特殊应用
（1）接地极 ） （2）参比电极 ） （3）防强电干扰接地栅 ） （4）接地电池 ）
第四节 强制电流
4.1 电源
4.1.1 要求
（1）安全可靠； ）安全可靠； （2）电流电压连续可调； ）电流电压连续可调； （3）适应当地环境； ）适应当地环境； （4）有富裕电容量； ）有富裕电容量； （5）与系统电阻相配； ）与系统电阻相配； （6）操作维护简单；价格合理。 ）操作维护简单；价格合理。
第五节 排流保护
5.1 直流干扰危害及防护
5.1.1 DC杂散电流判据 DC杂散电流判据
1 ） / 地电位偏移 地电位偏移+20mV或地电位梯度大于 或地电位梯度大于0.5mV/m （ 1）管 /地电位偏移+20mV或地电位梯度大于 0.5mV/m 确认有干扰； 确认有干扰； 地电位偏移+100mV或地电位梯度大于 或地电位梯度大于2.5mV/m （2）管/地电位偏移 ） 地电位偏移 或地电位梯度大于 要采取措施。 要采取措施。
3.1.1 镁及镁合金 镁及镁合金： （1）品种：高纯镁、高电位、标准； 品种：高纯镁、高电位、标准； 品种 （2）性能：电位高、效率低； ）性能：电位高、效率低； 3.1.2 锌及锌合金 （1）品种：高纯锌、锌-铝-镉、锌-铝； ）品种：高纯锌、 铝 镉 铝 （2）性能：电位低、效率高； ）性能：电位低、效率高； 3.1.3 铝合金 （1）品种：铝-锌-铟、铝-锌-汞； ）品种： 锌 铟 锌汞 （2）性能：不能用于土壤中。 ）性能：不能用于土壤中。 质量要求：要点杂质含量不能大，主要是铁，合金成分合理 质量要求：要点杂质含量不能大，主要是铁，合金成分合理.
Von通电电位 ：施加阴极保护电流情况下测得的管 地电位。 施加阴极保护电流情况下测得的管/地电位 地电位。 因含有IR降 故不宜做为保护准则用。若要用时， 因含有 降，故不宜做为保护准则用。若要用时，应考虑排 除其IR降成分。 除其 降成分。 降成分 施加保护电流后引起管/地电位的偏移 地电位的偏移。 极化电位 ：施加保护电流后引起管 地电位的偏移。 用与土壤相接触的参比电极测得的管道对地电位。 管地电位 ：用与土壤相接触的参比电极测得的管道对地电位。
其中
5000亿元/ 5000亿元/年 5%GDP 亿元 20% 1000亿元 20% 可以避免 1000亿元
1.1.3 腐蚀分类 （1）高温、低温； （2）化学、电化学； （3）湿、干腐蚀。 1.1.4 腐蚀速率表示方法 （1）均匀腐蚀： 失重量、腐蚀深度、腐蚀电流； （2）局部腐蚀 ：点蚀系数。
2.2.2 保护电位密度 覆盖层的质量 环境条件（流速、污染、温度） 环境条件（流速、污染、温度）
2.3 阴极保护方法
1 牺牲阳极法 2 强制电流法
3 排流保护法
方法比较见表6-1
CATHODIC CORROSION PROTECTION
2.4 防腐层与阴极保护
（1）防腐层的作用：隔绝电解质 ）防腐层的作用： （2）防腐层的种类 ） 石油沥青：早期用、面积电阻低、有污染、 石油沥青：早期用、面积电阻低、有污染、应淘汰 环氧煤矿沥青：早期用于补口、面积电阻很低、质量不宜控制、 环氧煤矿沥青 ： 早期用于补口 、面积电阻很低、 质量不宜控制 、 应禁用 煤焦油瓷漆：性能好、寿命长 、面积电阻低 、有污染、 不应大量 煤焦油瓷漆： 性能好、寿命长、面积电阻低、有污染、 应用 环氧粉末(FBE)：性能优、寿命长、面积电阻高、应大力推广应用 ：性能优、寿命长、面积电阻高、 环氧粉末 聚乙烯(PE)：性能优 、 寿命长 、 面积电阻很高 、 但有阴极屏蔽作 ： 性能优、寿命长、面积电阻很高、 聚乙烯 用 三层PE(FBE-胶-PE)：性能优、寿命长、面电阻很高、防腐功能 胶 三层 ：性能优、寿命长、面电阻很高、 强、 但有阴极屏蔽作用 （3）防腐层质量与阴极保护电流密度 ）
2.5 阴极保护技术国内现状
（1）管道
20000km长输管道全施加保护 油田集输管道基本施加了保护 市政供气、水管道有上保护和无保护的
（2）储罐 国内大型储罐基本都施加了保护
城市加油站的小型储罐有的上了保护
（3）标准与法律
中国石油天然气管道保护条例 国内有一套阴极保护的待业标准
第三节 牺牲阳极保护
4.2.3 地床结构及位置
（1）设计原则：接地电阻要适当； ）设计原则：接地电阻要适当； 干扰影响小； 干扰影响小； 电流分布均匀； 电流分布均匀； （2）结构：要加回填料，以防气阻； ）结构：要加回填料，以防气阻； 上部要有粗砂，利于排气； 上部要有粗砂，利于排气； （3）形式：浅埋立式、 ）形式：浅埋立式、 浅埋水平式、 浅埋水平式、 深井可换式、 深井可换式、 深井闭合式。 深井闭合式
3.2 牺牲阳极应用 ⑴ 依据环境条件选用 （表8-13） ） ⑵ 依据保护对象选 ⑶ 依据使用功能选
3.3 牺牲阳极设计
1 阳极种类的选择（表8-13） 阳极种类的选择（ ） 2 计算程序
（1）接地电阻 ） （2）单支输出电流 ） （3）所需阳极数量 ） （4）阳极寿命 ）
3 地床结构 填料的成分和作用
1.1.2 防蚀意义
腐蚀损失 UK，Hoar,1969为13.65亿英镑3.5%GDP； US 1975，700亿 4.2%GDP，820亿，1982年，1260亿， 1992年，1700亿； NACE 新统计为3000亿，GDP4.2%，其中基础设施为 1500亿，1100/人； 中国 石油行业 1987统计，漏泄：容器0.14次/台年，管道2万/年； 1989，石化 约20亿； 西直门桥1979建，1999拆，重修费用3000万，北京立交桥 有200座，仅大北窑桥改造工程就花4000万； 2003年10月发表的《中国腐蚀调查报告》指出: 中国腐蚀调查报告》 我国腐蚀损失为
4.2 辅助阳极
基本要求： 基本要求：
（1）消耗率低， ）消耗率低， （2）阳极极化低； ）阳极极化低； （3）导电性好； ）导电性好； （4）可靠性高； ）可靠性高； （5）足够的机械强度和稳定性； ）足够的机械强度和稳定性； （6）耐磨蚀，抗侵蚀； ）耐磨蚀，抗侵蚀； （7）材料来源广，价格便宜； ）材料来源广，价格便宜； （8）容易制造成各种形状 ）容易制造成各种形状。
4.2.1 阳极分类
（1）石墨阳极 ； ） （2）高硅铸铁阳极 ； ） （3）磁性氧化铁阳极 ； ） （4）金属氧化物阳极 ； ） （5）柔性阳极 。 ） 。
4.2.2 回填料
土壤接触电阻； （1）作用：降低阳极 土壤接触电阻； ）作用：降低阳极/土壤接触电阻 良好导电率； 良好导电率； 腐蚀气体排出； 腐蚀气体排出； 耐阳极产物。 耐阳极产物。 （2）品种： ）品种： 石油焦、 石油焦、冶金焦 （3）粒径 3~15 mm ） (4) 含碳量 大于 大于85%
5.1.2 DC杂散电流的危害 DC杂散电流的危害
（1）电蚀：激烈、集中、量大，铁 9.1kg/A.a； ）电蚀：激烈、集中、量大， ； （2）实例：东北管网，杂散电流干扰区占 ）实例：东北管网，杂散电流干扰区占2%，而腐蚀 ， 穿孔占60%； 穿孔占 ； 高达500A，腐蚀率大于 高达 ，腐蚀率大于10-15mm/a； ； 最快为3个月穿孔 个月穿孔； 最快为 个月穿孔； 电解、 电镀、 （ 3） 主要干扰源 ： 电 （ 地 ） 铁 、 电解 、 电镀 、 电焊 ） 主要干扰源： （ 船的维修)、 阴极保护（城市管道） 、 直流用电设 船的维修 、 阴极保护 （ 城市管道 ） 备。
3.1 牺牲阳极种类
基本要求： 基本要求：
（1）要有足够的负电位，且很稳定； ）要有足够的负电位，且很稳定； （2）工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落； ）工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落； （3）电流效率高； ）电流效率高； （4）电化当量高，单位重量的电容量大； ）电化当量高，单位重量的电容量大； （5）腐蚀产物无毒，不污染环境； ）腐蚀产物无毒，不污染环境； （6）材料来源广，加工容易； ）材料来源广，加工容易； （7）价格便宜。 ）价格便宜。
1.3 腐蚀领域新方向
肖纪美，简易材料观，李金桂，表面工程论
第二节 阴极保护
2.1 阴极保护原理
1 三电极理论 2 E-pH理论 3 极化理论 4 原电池理论 原电池三要素： 原电池三要素： 1）两电极电位不同的两电极； ）两电极电位不同的两电极； 2）两电极必须在同一电解质溶液里； ）两电极必须在同一电解质溶液里； 3）两电极间必须有导线连接 ）两电极间必须有导线连接。
防腐蚀方法： 防腐蚀方法： 阴极保护破坏（ ），防腐层破坏（ ） ），防腐层破坏 阴极保护破坏（1），防腐层破坏（2）。
2.2 阴极保护参数
2.2.1 保护电位准则 保护电位准则（NACE RP 0169-96、SY/T 0036）： （1）通电情况下 -850mV； 通电情况下 ； （2）极化电位 -850mV； ） ； （3）极化电位差 -100mV。 ） 测试条件 (1) 通电条件下测量 含有 降,必须除去 通电条件下测量,含有 含有IR降 必须除去 (2) 通常采用断电法测量 不含 降 通常采用断电法测量,不含 不含IR降 (3) 极化形成或衰减过程中 (4) 管网及杂散电流干扰下 必须采用探 管网及杂散电流干扰下,必须采用探 必须采用探头法测
ISO定义： 金属与环境间的物理-化学相互作用， 金属与环境间的物理 化学相互作用，其 化学相互作用 结果使金属的性能发生变化,并常可导致金属 并常可导致金属、 结果使金属的性能发生变化 并常可导致金属、 环境或由它们作为组成部分的技术体系的功 能受到损伤。 能受到损伤。注：该相互作用通常为电化学 性质。（见GB/T 10123-2001） 性质
1.2 防蚀方法
1 选择耐蚀材料 供应、耐蚀、成本、强度、加工性、外观等因素) (供应、耐蚀、成本、强度、加工性、外观等因素) 2 与环境隔离的防腐层技术 3 适当的结构设计 4 阴极保护 5 缓蚀剂 降温、降速、除氧、 6 改变环境 降温、降速、除氧、改变浓度 防锈技术（电镀、涂料） 7 防锈技术（电镀、涂料） 材料改性（不锈钢） 8 材料改性（不锈钢）
管道阴极保护理论与实践
胡士信
中国石油天然气管道工程有限公司
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节
腐蚀与防护 阴极保护 牺牲阳极保护 强制电流 排流保护 阴极保护管道设计 阴极保护测试 运行与管理
第一节 腐蚀与防护
1.1 腐蚀定义及防腐的意义
1.1.1 定义 可从几方面下定义 （1）由于材料与环境作用而引起的破坏和变质 由于材料与环境作用而引起的破坏和变质； 由于材料与环境作用而引起的破坏和变质 （2）除了单纯机械破坏以外的材料一切破坏 除了单纯机械破坏以外的材料一切破坏； 除了单纯机械破坏以外的材料一切破坏 （3）冶金的逆过程 冶金的逆过程。 冶金的逆过程
4.1.2 电源种类
（1）整流器 （2）太阳电池 （3） CCVT （4） TEG （5）风力发电机
ALTERNATIVE DC-POWER SOURCES
FOR CATHODIC PROTECTION UNITS
4.1.3 电源选用原则
（1）首选整流器； ）首选整流器； （2）优化恒电位； ）优化恒电位； （3）无电看气象； ）无电看气象； （4）发电有无气 ） (5) CCITT和ITU无电地区的电源推荐方案 无电地区的电源推荐方案(P104) 和 无电地区的电源推荐方案
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
术语: 术语 参比电极： 一种不极化电极，可用于测量管/地电位 地电位， 参比电极： 一种不极化电极，可用于测量管 地电位，它具有稳 定的氢标电位。土壤中常用的是Cu/CuSO4电极。在一些不易接 电极。 定的氢标电位。土壤中常用的是 近的地方，有时也用金属电极（如Zn）。测量交流电压时可使 近的地方， 有时也用金属电极（ ） 用金属棒作参比电极。 用金属棒作参比电极。 Voff断电电位 ： 断开阴极保护电流后瞬间直接测得的管 地电位。 断开阴极保护电流后瞬间直接测得的管/地电位 地电位。 因不含IR降，故可视为极化电位。 因不含 降 故可视为极化电位。