燃气管道阴极保护[1]
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燃气管道阴极保护[1]
第七节 阴极保护测试
燃气管道阴极保护[1]
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： 1）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； 3）两电极间必须有导线连接。
防腐蚀方法：
阴极保护破坏（1），防腐层破坏（2）。
燃气管道阴极保护[1]
燃气管道阴极保护[1]
6.5 设计计算
6.5.1 强制电流系统
（1)所需保护总电流 (2)单站保护范围 (3) 所需站数 (4)单站电流
（5)单支阳极电阻 (6)所需阳极质 (7)回路电阻（阳极、阴极导线、阳极导线） (8)电源功率
燃气管道阴极保护[1]
6.5.2 牺牲阳极系统
（1）所需保护电流 （2）单支阳极电流 （3）阳极数量 （4）单支阳极保护范围 （5）阳极寿命
（2）腐蚀影响 对于钢铁相当DC的1%~2% 两性金属不能忽略
燃气管道阴极保护[1]
5.2.3 防护
（1）指标：持续65V(德国Afk3）60V(中国GB6830、TB/T2832）； 瞬间1000V（德国）430V（中国）
（2）防护：接地排流、极性排流、嵌位式排流、电容排流、绝缘 隔断、
AT(自耦变压器）BT(吸流变压器）方式、 绝缘接头防护 （3）国内实践： 宝成线、 哈大线、 秦京线
燃气管道阴极保护[1]
术语: 参比电极： 一种不极化电极，可用于测量管/地电位，它具有稳
定近的的氢地标方电，位有。时土也壤用中金常属用电的极是（C如uZ/Cnu）SO。4测电量极交。流在电一压些时不可易使接 用金属棒作参比电极。 V因of不f断含电IR电降位，：故可断视开为阴极极化保电护位电。流后瞬间直接测得的管/地电位。
（3）防腐层质量与阴极保护电流密度
燃气管道阴极保护[1]
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
燃气管道阴极保护[1]
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
燃气管道阴极保护[1]
3.3 牺牲阳极设计
1 阳极种类的选择（表8-13）
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
燃气管道阴极保护[1]
❖Von通电电位 ：施加阴极保护电流情况下测得的管/地电位。 因含有IR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。
❖极化电位 ：施加保护电流后引起管/地电位的偏移。 ❖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。
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）
燃气管道阴极保护[1]
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；
穿孔占60%； 高达500A，腐蚀率大于10-15mm/a； 最快为3个月穿孔； （3）主要干扰源：电（地）铁、电解、电镀、电焊 （船的维修)、阴极保护（城市管道）、直流用电设 备。
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5.1.3 防护
（1）直接排流 ； （2）极性排流 ； （3）强制排流 ； （4）间接排流 ； (5）镁阳极极性间接排流 。
2003年10月发表的《中国腐蚀调查报告》指出: 我国腐蚀损失为 5000亿元/年 5%GDP
其中 20% 可以避免 1000亿元
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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 阴极保护参数
2.2.1 保护电位准则（NACE RP 0169-96、SY/T 0036）： （1）通电情况下 -850mV； （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IR降,必须除去 (2) 通常采用断电法测量,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,必须采用探头法测
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3.1.1 镁及镁合金： （1）品种：高纯镁、高电位、标准； （2）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； （2）性能：电位低、效率高； 3.1.3 铝合金 （1）品种：铝-锌-铟、铝-锌-汞； （2）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.
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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)
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 6 改变环境 降温、降速、除氧、改变浓度 7 防锈技术（电镀、涂料） 8 材料改性（不锈钢）
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
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第六节 阴极保护管道设计
6.1 阴极保护电绝缘
6.1.1 防腐层 6.1.2 绝缘接头 6.1.3 绝缘法兰 6.1.4 绝缘支撑 6.1.5 与其它构筑物电绝缘(穿跨越处)
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6.2 电连续性
6.2.1 跨接 法兰接处 站外干线管道连接 阀室外连接 预应力混凝土管道的环向筋的连接
（3）粒径 3~15 mm
(4) 含碳量 大于85%
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4.2.3 地床结构及位置ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（1）设计原则：接地电阻要适当； 干扰影响小； 电流分布均匀；
（2）结构：要加回填料，以防气阻； 上部要有粗砂，利于排气；
（3）形式：浅埋立式、 浅埋水平式、 深井可换式、 深井闭合式。
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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
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CATHODIC CORROSION PROTECTION
燃气管道阴极保护[1]
2.4 防腐层与阴极保护
（1）防腐层的作用：隔绝电解质
（2）防腐层的种类
石油沥青：早期用、面积电阻低、有污染、应淘汰
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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
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第四节 强制电流
4.1 电源
4.1.1 要求
（1）安全可靠； （2）电流电压连续可调； （3）适应当地环境； （4）有富裕电容量； （5）与系统电阻相配； （6）操作维护简单；价格合理。
（1）首选整流器； （2）优化恒电位； （3）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(P104)
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4.2 辅助阳极
❖ 基本要求：
（1）消耗率低， （2）阳极极化低； （3）导电性好； （4）可靠性高； （5）足够的机械强度和稳定性； （6）耐磨蚀，抗侵蚀； （7）材料来源广，价格便宜； （8）容易制造成各种形状。
燃气管道阴极保护
2020/11/21
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❖ 第一节 腐蚀与防护 ❖ 第二节 阴极保护 ❖ 第三节 牺牲阳极保护 ❖ 第四节 强制电流 ❖ 第五节 排流保护 ❖ 第六节 阴极保护管道设计 ❖ 第七节 阴极保护测试 ❖ 第八节 运行与管理
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第一节 腐蚀与防护
1.1 腐蚀定义及防腐的意义
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 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
聚乙烯(PE)：性能优、寿命长、面积电阻很高、但有阴极屏蔽作 用
三层PE(FBE-胶-PE)：性能优、寿命长、面电阻很高、防腐功能 强、 但有阴极屏蔽作用
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5.2 交流干扰危害及防护
5.2.1 AC杂散电流感应影响
（1）干扰源： 大于110kV高压线路、 电气化铁路、 发电厂变电站
（2）影响途径： 容性耦合、 阻性耦合、 感性耦合
（3）实例：宝成线油库管线、 东北管道（两线一地、哈大线)
燃气管道阴极保护[1]
HIGH VOLTAGE INTERFERENCE INDUCED PIPE TO SOIL SIGNIFICANT PARAMETERS IN AVNOALLYTSAIGS EOF HVAC INTERFERENCE ON PIPELINES
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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
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ALTERNATIVE DC-POWER SOURCES
FOR CATHODIC PROTECTION UNITS
燃气管道阴极保护[1]
4.1.3 电源选用原则
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第三节 牺牲阳极保护
3.1 牺牲阳极种类
基本要求：
（1）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； （3）电流效率高； （4）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； （6）材料来源广，加工容易； （7）价格便宜。
Electromagnetic field
Soil resistivity W x
m
Length of parallelism
Offset distance
Coating quality Coating resistance
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5.2.2 AC杂散电流感应影响危害
（1）安全 操作人员 设备安全
燃气管道阴极保护[1]
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 。 。
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4.2.2 回填料
（1）作用：降低阳极/土壤接触电阻； 良好导电率； 腐蚀气体排出； 耐阳极产物。
（2）品种： 石油焦、冶金焦
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
（1）管/地电位偏移+20mV或地电位梯度大于0.5mV/m 确认有干扰；
（2）管/地电位偏移+100mV或地电位梯度大于2.5mV/m 要采取措施。
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5.1.2 DC杂散电流的危害
（1）电蚀：激烈、集中、量大，铁 9.1kg/A.a； （2）实例：东北管网，杂散电流干扰区占2%，而腐蚀
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； （2）除了单纯机械破坏以外的材料一切破坏； （3）冶金的逆过程。
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ISO定义： 金属与环境间的物理-化学相互作用，其
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。注：该相互作用通常为电化学 性质。（见GB/T 10123-2001）
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6.3 测试系统
6.3.1 遥控系统 6.3.2 遥测系统 6.3.3 测试桩种类(电位、电流、绝缘、交叉、套管） 6.3.4 测试探头的应用（罐底、杂散电流、管网） 6.3.5 参比电极（恒电位仪、近参比）
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6.4 测试项目与管理（详见第8节）
6.4.1 牺牲阳极系统 6.4.2 强制电流系统 6.4.3 阴极保护管理的三大指标 6.4.4 测试项目
第七节 阴极保护测试
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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： 1）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； 3）两电极间必须有导线连接。
防腐蚀方法：
阴极保护破坏（1），防腐层破坏（2）。
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6.5 设计计算
6.5.1 强制电流系统
（1)所需保护总电流 (2)单站保护范围 (3) 所需站数 (4)单站电流
（5)单支阳极电阻 (6)所需阳极质 (7)回路电阻（阳极、阴极导线、阳极导线） (8)电源功率
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6.5.2 牺牲阳极系统
（1）所需保护电流 （2）单支阳极电流 （3）阳极数量 （4）单支阳极保护范围 （5）阳极寿命
（2）腐蚀影响 对于钢铁相当DC的1%~2% 两性金属不能忽略
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5.2.3 防护
（1）指标：持续65V(德国Afk3）60V(中国GB6830、TB/T2832）； 瞬间1000V（德国）430V（中国）
（2）防护：接地排流、极性排流、嵌位式排流、电容排流、绝缘 隔断、
AT(自耦变压器）BT(吸流变压器）方式、 绝缘接头防护 （3）国内实践： 宝成线、 哈大线、 秦京线
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术语: 参比电极： 一种不极化电极，可用于测量管/地电位，它具有稳
定近的的氢地标方电，位有。时土也壤用中金常属用电的极是（C如uZ/Cnu）SO。4测电量极交。流在电一压些时不可易使接 用金属棒作参比电极。 V因of不f断含电IR电降位，：故可断视开为阴极极化保电护位电。流后瞬间直接测得的管/地电位。
（3）防腐层质量与阴极保护电流密度
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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
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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
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3.3 牺牲阳极设计
1 阳极种类的选择（表8-13）
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
燃气管道阴极保护[1]
❖Von通电电位 ：施加阴极保护电流情况下测得的管/地电位。 因含有IR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。
❖极化电位 ：施加保护电流后引起管/地电位的偏移。 ❖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。
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）
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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；
穿孔占60%； 高达500A，腐蚀率大于10-15mm/a； 最快为3个月穿孔； （3）主要干扰源：电（地）铁、电解、电镀、电焊 （船的维修)、阴极保护（城市管道）、直流用电设 备。
燃气管道阴极保护[1]
5.1.3 防护
（1）直接排流 ； （2）极性排流 ； （3）强制排流 ； （4）间接排流 ； (5）镁阳极极性间接排流 。
2003年10月发表的《中国腐蚀调查报告》指出: 我国腐蚀损失为 5000亿元/年 5%GDP
其中 20% 可以避免 1000亿元
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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 阴极保护参数
2.2.1 保护电位准则（NACE RP 0169-96、SY/T 0036）： （1）通电情况下 -850mV； （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IR降,必须除去 (2) 通常采用断电法测量,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,必须采用探头法测
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3.1.1 镁及镁合金： （1）品种：高纯镁、高电位、标准； （2）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； （2）性能：电位低、效率高； 3.1.3 铝合金 （1）品种：铝-锌-铟、铝-锌-汞； （2）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.
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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)
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 6 改变环境 降温、降速、除氧、改变浓度 7 防锈技术（电镀、涂料） 8 材料改性（不锈钢）
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
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第六节 阴极保护管道设计
6.1 阴极保护电绝缘
6.1.1 防腐层 6.1.2 绝缘接头 6.1.3 绝缘法兰 6.1.4 绝缘支撑 6.1.5 与其它构筑物电绝缘(穿跨越处)
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6.2 电连续性
6.2.1 跨接 法兰接处 站外干线管道连接 阀室外连接 预应力混凝土管道的环向筋的连接
（3）粒径 3~15 mm
(4) 含碳量 大于85%
燃气管道阴极保护[1]
4.2.3 地床结构及位置ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（1）设计原则：接地电阻要适当； 干扰影响小； 电流分布均匀；
（2）结构：要加回填料，以防气阻； 上部要有粗砂，利于排气；
（3）形式：浅埋立式、 浅埋水平式、 深井可换式、 深井闭合式。
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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
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CATHODIC CORROSION PROTECTION
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2.4 防腐层与阴极保护
（1）防腐层的作用：隔绝电解质
（2）防腐层的种类
石油沥青：早期用、面积电阻低、有污染、应淘汰
燃气管道阴极保护[1]
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
燃气管道阴极保护[1]
第四节 强制电流
4.1 电源
4.1.1 要求
（1）安全可靠； （2）电流电压连续可调； （3）适应当地环境； （4）有富裕电容量； （5）与系统电阻相配； （6）操作维护简单；价格合理。
（1）首选整流器； （2）优化恒电位； （3）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(P104)
燃气管道阴极保护[1]
4.2 辅助阳极
❖ 基本要求：
（1）消耗率低， （2）阳极极化低； （3）导电性好； （4）可靠性高； （5）足够的机械强度和稳定性； （6）耐磨蚀，抗侵蚀； （7）材料来源广，价格便宜； （8）容易制造成各种形状。
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❖ 第一节 腐蚀与防护 ❖ 第二节 阴极保护 ❖ 第三节 牺牲阳极保护 ❖ 第四节 强制电流 ❖ 第五节 排流保护 ❖ 第六节 阴极保护管道设计 ❖ 第七节 阴极保护测试 ❖ 第八节 运行与管理
燃气管道阴极保护[1]
第一节 腐蚀与防护
1.1 腐蚀定义及防腐的意义
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 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
聚乙烯(PE)：性能优、寿命长、面积电阻很高、但有阴极屏蔽作 用
三层PE(FBE-胶-PE)：性能优、寿命长、面电阻很高、防腐功能 强、 但有阴极屏蔽作用
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5.2 交流干扰危害及防护
5.2.1 AC杂散电流感应影响
（1）干扰源： 大于110kV高压线路、 电气化铁路、 发电厂变电站
（2）影响途径： 容性耦合、 阻性耦合、 感性耦合
（3）实例：宝成线油库管线、 东北管道（两线一地、哈大线)
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HIGH VOLTAGE INTERFERENCE INDUCED PIPE TO SOIL SIGNIFICANT PARAMETERS IN AVNOALLYTSAIGS EOF HVAC INTERFERENCE ON PIPELINES
燃气管道阴极保护[1]
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
燃气管道阴极保护[1]
ALTERNATIVE DC-POWER SOURCES
FOR CATHODIC PROTECTION UNITS
燃气管道阴极保护[1]
4.1.3 电源选用原则
燃气管道阴极保护[1]
第三节 牺牲阳极保护
3.1 牺牲阳极种类
基本要求：
（1）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； （3）电流效率高； （4）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； （6）材料来源广，加工容易； （7）价格便宜。
Electromagnetic field
Soil resistivity W x
m
Length of parallelism
Offset distance
Coating quality Coating resistance
燃气管道阴极保护[1]
5.2.2 AC杂散电流感应影响危害
（1）安全 操作人员 设备安全
燃气管道阴极保护[1]
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 。 。
燃气管道阴极保护[1]
4.2.2 回填料
（1）作用：降低阳极/土壤接触电阻； 良好导电率； 腐蚀气体排出； 耐阳极产物。
（2）品种： 石油焦、冶金焦
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
（1）管/地电位偏移+20mV或地电位梯度大于0.5mV/m 确认有干扰；
（2）管/地电位偏移+100mV或地电位梯度大于2.5mV/m 要采取措施。
燃气管道阴极保护[1]
5.1.2 DC杂散电流的危害
（1）电蚀：激烈、集中、量大，铁 9.1kg/A.a； （2）实例：东北管网，杂散电流干扰区占2%，而腐蚀
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； （2）除了单纯机械破坏以外的材料一切破坏； （3）冶金的逆过程。
燃气管道阴极保护[1]
ISO定义： 金属与环境间的物理-化学相互作用，其
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。注：该相互作用通常为电化学 性质。（见GB/T 10123-2001）
燃气管道阴极保护[1]
6.3 测试系统
6.3.1 遥控系统 6.3.2 遥测系统 6.3.3 测试桩种类(电位、电流、绝缘、交叉、套管） 6.3.4 测试探头的应用（罐底、杂散电流、管网） 6.3.5 参比电极（恒电位仪、近参比）
燃气管道阴极保护[1]
6.4 测试项目与管理（详见第8节）
6.4.1 牺牲阳极系统 6.4.2 强制电流系统 6.4.3 阴极保护管理的三大指标 6.4.4 测试项目