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1、管道的腐蝕與防護,第一節(jié) 腐蝕的定義和類型 第二節(jié) 管道的腐蝕控制 第三節(jié) 管道陰極保護的基本知識 第四節(jié) 陰極保護系統(tǒng)的管理與維護,第一節(jié) 腐蝕的定義和類型,一 腐蝕的定義 二 腐蝕的分類 三 腐蝕的基本原理,第一節(jié) 腐蝕的定義和類型,一、腐蝕的定義 從廣義上講，腐蝕是材料和環(huán)境相互作用而導致的失效。這個定義包含了所有的天然和人造材料，例如塑料、陶瓷和金屬。我們通常所研究的腐蝕是金屬的腐蝕，金屬腐蝕是金屬與周圍介質發(fā)生化學或電化學作用所引起的金屬損失的現象和過程。 金屬為什么會發(fā)生腐蝕？從熱力學的知識來解釋：金屬從礦石中提煉出來時，需要提供很大的能量，使其處于一個高能級狀態(tài)。這些礦石是典型的

2、金屬氧化物，如用來煉鋼的赤鐵礦（Fe2O3）。熱力學的一個規(guī)律是材料總是趨向最低能量狀態(tài)存在，換句話說，大多數金屬處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，具有尋求低能量狀態(tài)的傾向，如氧化物或其他化合物。所以，金屬轉化成低能量氧化物的過程稱為腐蝕。,腐蝕問題遍及國民經濟和國防建設的各個部門，大量的管道、設備和構件等因腐蝕而損壞報廢，由此增加的維修更新費用不僅加大了企業(yè)的生產成本，對安全生產也造成了極大的隱患，給國民經濟帶來巨大的損失。據統(tǒng)計，1975年美國由于腐蝕造成的經濟損失約為700億美元，占當年國民經濟總值（GDP）的4.2，1986年高達1260億美元，1995年上升到3000億美元。我國石油行業(yè)1987

3、年統(tǒng)計因腐蝕泄漏的容器為0.14臺/年，管道因腐蝕泄漏達2萬次/年，石化系統(tǒng)1989年統(tǒng)計的腐蝕損失約20億元。2003年10月發(fā)表的中國腐蝕調查報告指出：我國腐蝕損失為5000億元/年，占GDP的5，其中20的腐蝕可以避免，可節(jié)省1000億元。因此，減緩和控制腐蝕對企業(yè)、國家都有著極其重要的意義。,成品油管道是埋地的鋼鐵構件，腐蝕是影響管道系統(tǒng)可靠性及使用壽命的關鍵因素。管道穿越各種不同類型的土壤和河流湖泊，土壤冬季、夏季的凍結和融化，地下水位變化，以及雜散電流等復雜的埋設條件是造成外腐蝕的主要原因。它不僅造成因穿孔而引起的油、氣、水泄露損失，以及由于維修所帶來的材料和人力上的浪費，停工停產

4、所造成的損失，而且還可能因腐蝕引起火災。由于管道埋于地下，很難直觀地對其進行腐蝕狀態(tài)的檢查，所以給管道防腐蝕帶來一定的難度。為此，有計劃地開展管道防腐層的修復工作，加強防腐蝕工程的綜合治理是管道安全運營的重要保障。,二、腐蝕的分類,腐蝕按材料的類型可分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕，就腐蝕破壞的形態(tài)分類，可分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕是一種常見的腐蝕形態(tài)，包括均勻的全面和不均勻全面腐蝕。局部腐蝕又分為點腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等。按腐蝕的機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。金屬管道常見的腐蝕按其作用原理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。,1.化學腐蝕,化學腐蝕指金屬表面與非

5、電解質直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞。化學腐蝕是在一定條件下，非電解質中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用，即氧化還原反應是在反應粒子相互作用的瞬間于碰撞的那一個反應點上完成的。在化學腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與氧化劑間直接進行，因而沒有電流產生。,電化學腐蝕指與電解質因發(fā)生電化學反應而產生的破壞。任何一種按電化學機理進行的腐蝕反應至少包含有一個陽極反應和一個陰極反應，并與流過金屬內部的電子流和介質中定向遷移的離子聯(lián)系在一起。陽極反應是金屬原子從金屬轉移到介質中并放出電子的過程，即氧化過程。陰極反應是介質中的氧化劑奪取電子發(fā)生還原反應的還原過程。,2.電化學腐蝕,三、腐蝕的基本原理,腐蝕

6、的基本原理是腐蝕原電池理論。由于不同金屬本身 的電偶序（即電位）存在著差別，當兩種金屬處于同一電解質 中，并由導體連接這兩種金屬時，腐蝕電池就形成了。電流通 過導體和電解質形成電流回路，此時兩種金屬之間的電位差越 大，則電路產生的電壓越大。腐蝕電池一旦形成，陽極金屬表 面因不斷地失去電子，發(fā)生氧化反應，使金屬原子轉化為正離 子,形成以氫氧化物為主的化合物,也就是說陽極遭到了腐蝕;而 陰極金屬則相反，它不斷地從陽極處得到電子，其表面因富集 了電子，金屬表面發(fā)生還原反應，沒有腐蝕現象發(fā)生。腐蝕過 程可表示如下: 氧化反應：Fe-Fe2+2e 還原反應：O2+2H2O+4e-4OH- 2H2O+2e

7、-H2+2OH-,圖1-1 腐蝕電池示意圖,以下是腐蝕電池形成的充分必要條件： 1)必須有陰極和陽極。 2)陰極和陽極之間必須有電位差（這種電位差因金屬內晶間、應力、疲勞程度、電偶等的差異的存在以及金屬表面縫隙、氧濃差等現象的存在，極容易在同一金屬結構體內形成）；亦可在兩個不同電位金屬間形成。 3)陰極和陽極之間必須有金屬的電流通道。 4)陰極和陽極必須浸在同一電解質中，該電解質中有流動的自由離子。 一旦具備以上條件，腐蝕電池即形成并開始工作。換言之，金屬開始發(fā)生電化學腐蝕。然而，上述4項條件中，我們只要阻止其中一項，即可阻止金屬的電化學腐蝕。 不同金屬結構之間（包括同元素金屬）的腐蝕電池主要

8、由不同金屬結構的不同電位所存在的電位差形成的。金屬的電位序列見下表。,表1-1 金屬的電位序列,以上序列表中是常見金屬結構所采用的材料，選擇其中任意兩種的話，處于上方的為陽極，處于下方的為陰極。兩種金屬在電連接的情況下，如果滿足上述腐蝕電池形成的條件，陽極將加速腐蝕，而陰極則停止或減緩腐蝕。 同一種金屬結構內的腐蝕電池也是普遍存在的，它同樣導致了金屬的電化學腐蝕。同種金屬內部不同部位的電位差是因為金屬內部不可避免地存在著晶間、應力、疲勞、電偶、縫隙等諸多因素而產生的，這些諸多的因素又是金屬結構在冶煉、加工、安裝、焊接等過程中造成的。這就導致在同一金屬結構內部存在著眾多小范圍的陽極區(qū)和大片的陰極

9、區(qū)。結構一旦處于電解質的環(huán)境中，腐蝕電池即開始工作。由于陽極區(qū)是分散的、小范圍的，故此時結構表現出來的是孔蝕，也稱為點蝕。,以管道為例：由于上述的多種原因，管道某一處與另一處的電位可能存在著差異，因而在管道內部形成了陰極區(qū)和陽極區(qū)。陰極區(qū)和陽極區(qū)之間的電位差即是形成腐蝕電池的基本條件。同一種材料的金屬，由于新舊程度的不同，其內部的晶體結構是有明顯的差異的，一般新結構的電位較負，為陽極；舊結構的電位較正，為陰極，新舊結構連接后，新結構的腐蝕速度加快。結構外界的環(huán)境差異也是形成腐蝕電池的原因，如由于結構周圍土壤密度的不同而形成的氧濃差電池。氧濃差電池最明顯的例子為鋼筋混凝土結構，處于混凝土中的鋼筋

10、，其周圍物體的致密度極大，表現為陰極區(qū)；處于混凝土以外的鋼筋周圍物體的致密度相對地小，表現為陽極，其腐蝕速度加快。,思考題,1、什么是腐蝕？ 2、什么是金屬腐蝕？ 3、什么是電化學腐蝕？ 4、簡述腐蝕原電池的原理。 5、腐蝕原電池形成的充分必要條件是 什么？,第二節(jié) 管道的腐蝕控制,一 管道腐蝕控制的基本方法 二 管道的外防腐層 三 管道防腐層的維護,第二節(jié) 管道的腐蝕控制,一、管道腐蝕控制的基本方法 管道腐蝕的控制方法應根據腐蝕機理的不同和所處環(huán)境條件的不同，采用相應的腐蝕控制方法，其基本原則有以下幾方面： 1、選用在該管道具體運行條件下的適用鋼材和焊接工藝； 2、選用管道防腐層及陰極保護的

11、外防護措施； 3、控制管輸流體的成分，如凈化處理除去水及酸性組分； 4、使用緩蝕劑控制內腐蝕； 5、選用內防腐涂層； 6、建立腐蝕監(jiān)控和管理系統(tǒng)。 長距離的輸油管道一般采用防腐絕緣層與陰極保護相結合的防腐系統(tǒng)，在實踐應用中有較好的防腐效果。,1、管道防腐絕緣層 防腐絕緣層是埋地輸油管道防腐技術措施的重要組成部分，它將鋼管與外部土壤環(huán)境介質隔離開來，使腐蝕電池的回路電阻增大，以阻礙腐蝕作用，從而減緩金屬的腐蝕速度。防腐絕緣層常用的防腐材料及涂層主要有石油瀝青、煤焦油瓷漆、聚乙烯膠帶、聚乙烯塑料、環(huán)氧粉末樹脂、硬質聚氨酯泡沫塑料等，以及近年來發(fā)展的雙層和多層復合PE結構，如三層PE防腐結構。,2、

12、管道的陰極保護 管道的陰極保護是利用外加的犧牲陽極或外加電流，消除管道在土壤中腐蝕原電池的陽極區(qū)，使管道成為其中的陰極區(qū)，從而受到保護。陰極保護分為犧牲陽極法與強制電流法兩種。 （1）犧牲陽極法：在管道上連接一種電位更負的金屬和合金，如鎂、鋁等，連接上的金屬成為犧牲陽極，使管道成為陰極受到保護 （2）外加電流法：將被保護的管道與直流電源的負極相連，把輔助陽極與電源正極連接，使管道成為陰極受到保護。,3、排流保護 雜散電流是指在土壤介質中存在的一種大小、方向都不固定的電流，管道受到的雜散電流腐蝕是由于外界的雜散電流使處于電解質溶液中的金屬發(fā)生電解而造成的腐蝕。其腐蝕來源有兩種，一種是直流雜散電流

13、腐蝕來源：直流電氣化鐵路、地下電纜漏電、電解電鍍車間、直流電焊機等。另一種是交流雜散電流腐蝕來源：高壓交流輸電線路、交流電氣化鐵路供電線路等。,雜散電流雖然會引起管道的腐蝕，但利用雜散電流也可以對管道實施陰極保護，即排流保護。通常的排流保護有以下三種： （1）直接排流保護：當雜散電流的極性穩(wěn)定時（直流干擾），管道接干擾源的負極，在排流的同時管道得到保護。 （2）極性排流保護：當雜散電流的極性正負交變時（交流干擾），通過串入二極管將雜散電流正向排回干擾源，保留負向電流作陰極保護。 （3）強制排流：在沒有雜散電流時通過電源、整流器供給管道保護電流，當有雜散電流存在時，利用排流進行保護。,二、管道的

14、外防腐層 1、管道的外防腐層的基本要求 （1）與金屬有良好的粘結性； （2）電絕緣性能好； （3）防水及化學穩(wěn)定性好； （4）有足夠的機械強度和韌性，耐熱和抗低溫脆性； （5）耐陰極剝離性能好； （6）抗微生物腐蝕； （7）破損后易修復，并要求價格低廉和便于施工。 2、埋地管道防腐層的主要種類 埋地管道的防腐層種類主要有石油瀝青、環(huán)氧粉末涂層、3層PE以及聚乙烯膠粘帶等，其防腐層結構及使用條件如下表：,表2-1 常見管道防腐層結構及特點,在選擇防腐層時，應根據每一種防腐層的適用范圍，選擇能滿足管道沿線環(huán)境防腐要求防腐層，在此基礎上考慮施工方便、經濟合理等因素，通過技術經濟綜合分析與評價確定最佳

15、方案。,3、單層熔結環(huán)氧粉末 （1）性能 熔結環(huán)氧粉末防腐涂層最早于1961年由美國開發(fā)成功并應用于管道防腐工程，之后在許多國家得到進一步的開發(fā)和應用。由于熔結環(huán)氧粉末防腐涂層與鋼管表面粘結力強、耐化學介質侵蝕性能、耐溫性能等都比較好，抗腐蝕性、耐陰極剝離性、耐老化性、耐土壤應力等性能也很好，使用溫度范圍寬(普通熔結環(huán)氧粉末為-30100，成為國內外管道內外防腐涂層技術的主要體系之一。但由于涂層較薄，抗尖銳物沖擊力較差，易被沖擊損壞，不適合于石方段，適合于大部分土壤環(huán)境和定向鉆穿越粘質土壤。,(2)結構 熔結環(huán)氧粉末涂層簡稱FBE，FBE外涂層為一次成膜的結構，環(huán)氧粉末外涂層的厚度如下表3-5

16、的規(guī)定。 表2-2埋地鋼質管道單層環(huán)氧粉末外涂層厚度,(3)涂敷 涂敷時鋼管外表面噴(拋)射除銹等級應達到GB/T 8923中規(guī)定的Sa2.5級，鋼管表面的錨紋深度應在40l00m范圍內，并應監(jiān)測環(huán)氧粉末涂敷之前瞬間的鋼管外表面的溫度，并把溫度控制在粉末生產商的推薦范圍內，但最高不得超過275。 FBE涂層用電火花檢漏儀做漏點檢測時，檢測電壓以5V/m計，測量電壓按最小厚度計算。 (4)修補 在FBE管道上發(fā)現缺陷時，應先清除掉缺陷部位的所有銹斑、鱗屑、裂紋、污垢和其他雜質及松脫的涂層；將缺陷部位打磨成粗糙面， 用干燥的布或刷子將灰塵清除干凈，用雙組分液體環(huán)氧樹脂涂料進行局部修補。,(5)應用

17、 從國內實際工程看，FBE防腐涂層的損傷缺陷較多，有的管道工程盡管是在平原水網地段采用FBE防腐管，但由于儲存、吊裝、運輸、安裝過程保護不當，甚至是人為破壞造成的損傷缺陷非常普遍，有的防腐管多達數十處。造成FBE防腐管損傷缺陷較多的原因主要在于其抗沖擊性能和耐劃傷性能不足。應該根據國內的實際環(huán)境條件和應用要求，確立合適的沖擊等性能要求，促使粉末涂料和涂敷工藝控制的質量提高。更重要的是應該加強吊裝、運輸和安裝等過程中對防腐層的保護措施。,4、雙層熔結環(huán)氧粉末 雙層環(huán)氧粉末外涂層為復合涂層結構；由防腐型環(huán)氧粉末底層和抗機械損傷型環(huán)氧粉末面層一次噴涂成膜完成。 雙層環(huán)氧粉末防腐涂層由于在普通FBE上

18、復合了一層增塑型環(huán)氧粉末涂料，在保持單層FBE涂層優(yōu)良特性的基礎上，增強了防腐涂層的抗沖擊、耐劃傷能力以及抗?jié)B透性。這種防腐涂層的涂敷工藝與單層熔結環(huán)氧粉末涂層相似，只是需要增加1套環(huán)氧粉末噴涂系統(tǒng)，2套靜電噴涂系統(tǒng)緊挨著連續(xù)涂敷，中間有一個交叉過渡區(qū)間，確保兩層環(huán)氧粉末完全融合為一體。 普通級涂層厚度要求：涂層總厚度大于或等于620m，適用于一般敷設環(huán)境條件，其中涂層的底層最小厚度為250m，面層最小厚度為370m 。 加強級涂層厚度要求：涂層總厚度大于或等于800m，適用于特殊敷設環(huán)境條件，其中涂層的底層最小厚度為300m，面層最小厚度為500m 。,雙層熔結環(huán)氧粉末具有和三層PE相近的綜

19、合性能，機械性能高，涂層表層光滑。另外可避免陰極屏蔽問題，與陰極保護系統(tǒng)的匹配比三層PE好，最適于定向鉆穿越段使用。 雙層熔結環(huán)氧粉末是針對管道單層熔結環(huán)氧粉末防腐涂層(FBE)在工程應用中存在抗沖擊強度不足和耐劃傷性能比較差的問題，美國于1992年推出管道雙層熔結環(huán)氧粉末防腐涂層系統(tǒng)。近年來，國內也有多家單位研究開發(fā)了雙層環(huán)氧粉末材料及其工程應用技術，并在管道工程中進行了實際應用，如:寧波南京、上海進口原油管道工程長江穿越段、儀征長嶺原油管道工程的定向鉆穿越段等都采用了雙層環(huán)氧粉末防腐層。另外，鎮(zhèn)-杭、浙蘇等成品油管道也都采用環(huán)氧粉末防腐。,5、聚乙烯防腐層 （1）防腐層結構 三層結構聚乙烯

20、防腐層簡稱3PE，其底層為環(huán)氧粉末涂料，中層為膠粘劑，外層為聚乙烯，防腐層厚度見表3-8，焊縫部位的防腐層厚度不應小于表中規(guī)定值的70%：,表2-3 三層聚乙烯防腐層厚度,注：要求防腐層機械強度高的地區(qū)，規(guī)定使用加強級；一般情況采用普通級。,（2）性能 3PE第一層為環(huán)氧涂料，第二層為膠粘劑，第三層為擠出聚乙烯，各層之間相互緊密粘接，形成一種復合結構，取長補短。它利用環(huán)氧粉末與鋼管表面很強的粘結力而提高粘結性；利用擠出聚乙烯優(yōu)良的機械強度、化學穩(wěn)定性、絕緣性、抗植物根莖穿透性、抗水浸透性等來提高其整體性能，使得三層PE防腐涂層的整體性能表現更為突出，更為全面，適用于對覆蓋層機械性能、耐土壤應力

21、及阻水性能要求較高的苛刻環(huán)境，如碎石土壤、石方段、土壤含水量高、植物根系發(fā)達地區(qū)。,（3）涂敷 在防腐層涂敷前，先清除鋼管表面的油脂和污垢等附著物，并對鋼管預熱后進行表面預處理，鋼管預熱溫度為4060。表面預處理質量應達到涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級GB/T 8923中規(guī)定的Sa2.5級的要求，錨紋深度達到50m75m。鋼管表面的焊渣、毛刺等應清除干凈。 應用無污染的熱源將鋼管加熱至合適的涂敷溫度，環(huán)氧粉末涂料均勻地涂敷到鋼管表面；膠粘劑的涂敷必須在環(huán)氧粉末膠化過程中進行；聚乙烯層的涂敷可采用縱向擠出工藝或側向纏繞工藝。公稱直徑大于5OOmm的鋼管，宜采用側向纏繞工藝。采用側向纏繞工藝時，

22、應確保搭接部分的聚乙烯及焊縫兩側的聚乙烯完全輥壓密實，并防止壓傷聚乙烯層表面;采用縱向擠出工藝時，焊縫兩側不應出現空洞。聚乙烯層涂敷后，確保熔結環(huán)氧涂層固化完全，然后用水冷卻至鋼管溫度不高于60。 防腐層的漏點工廠內采用在線電火花檢漏儀檢查時，檢漏電壓為25kV，在施工現場檢漏時，檢漏電壓為15kV。,（4）修補 在3PE管道上發(fā)現缺陷時，對小于或等于30mm的損傷，宜采用輻射交聯(lián)聚乙烯補傷片修補。修補時，先除去損傷部位的污物，并將該處的聚乙烯層打毛。然后將損傷部位的聚乙烯層修切成圓形，邊緣應倒成鈍角。在孔內填滿與補傷片配套的膠粘劑，然后貼上補傷片，補傷片的大小應保證其邊緣距聚乙烯層的孔洞邊緣

23、不小于100mm 。貼補時，應邊加熱邊用輥子滾壓或戴耐熱手套用手擠壓，排出空氣，直至補傷片四周膠粘劑均勻溢出。 對大于30mm的損傷，先除去損傷部位的污物，將該處的聚乙烯層打毛，并將損傷處的聚乙烯層修切成圓形，邊緣應倒成鈍角。在孔洞部位填滿與補傷片配套的膠粘劑，貼上補傷片。最后，在修補處包覆一條熱收縮帶，包覆寬度應比補傷片的兩邊至少各大50mm。 補傷時也可以先清理表面，然后用雙組分液態(tài)環(huán)氧涂料防腐，干膜厚度與主體管道相同，然后貼上補傷片或再加熱收縮帶。 補傷質量應檢驗外觀、漏點及粘結力等三項內容，用電火花檢漏儀進行漏點檢查時，檢漏電壓為l5kV。,（5）應用 管道聚乙烯防腐涂層技術是指通過擠

24、壓包覆或纏繞聚乙烯獲得管道外防腐涂層的技術。目前，這種防腐層技術包括2PE、3PE以及3PP，是目前國內管道外防腐的主要技術體系之一，尤其是3PE防腐層技術得到十分廣泛的應用。最早的管道聚乙烯防腐層技術是1950年由美國公司研制成功，之后逐漸在世界上許多國家得到發(fā)展和成功應用。我國從1995年開始引進3PE防腐層涂敷技術，已在陜京管線、庫鄯管線、澀寧蘭管線、蘭成渝管線、忠武管線、西氣東輸和陜京二線等一系列的重大管道建設項目中得到應用，并取得了很好的應用效果。 3PP防腐層的結構原理和涂敷工藝與3PE是一致的，兩者的主要差別在防腐層的使用溫度:聚乙烯防腐層只能適用于80以下的管道外防腐；而聚丙烯

25、防腐層可以適用于12O以下的管道外防腐。比如，中國石油在蘇丹承建的輸油管道就采用了3PP防腐層，來抵御當地的高溫環(huán)境條件。,3PE防腐層在國內應用只有10來年，在國外應用了20多年。目前國內外對該防腐層應用效果的評價普遍較好，對其使用中產生缺陷的報道很少，報導的主要缺陷有漏點、剝離、陰極剝離、陰極保護屏蔽、剝離防腐層膜下腐蝕等，而且大部分有關缺陷的報導還是停留在理論推測階段。例如:陰極保護屏蔽的問題，到目前還沒有關于3PE防腐層實際運行中出現的陰極保護屏蔽的實例。在對經幾年運行的三層聚乙烯防腐管進行現場檢查時，切開與鋼管剝離但沒有缺陷的防腐層并沒有發(fā)現鋼管產生腐蝕，鋼管表面仍然成表面處理后的金

26、屬本色。通過對歐洲聚乙烯防腐層30年的應用史的回顧，雖然理論上剝離防腐層下會發(fā)生腐蝕或應力腐蝕開裂，實際上還沒有發(fā)現剝離防腐層下出現膜下腐蝕或應力腐蝕開裂的案例。陰極剝離產生的條件是在陰極保護的條件下，防腐層有漏點，且鋼管表面有水等腐蝕介質存在。當防腐層完好，沒有缺陷，介質不能到達金屬表面時，不會引起陰極剝離。國內外的調查結果顯示:3PE防腐層的主要缺陷為施工、運行中的機械損傷導致的防腐層破損。,6、冷纏帶 冷纏帶防腐層由底漆、防腐膠粘帶構成。膠帶基膜可以是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯，基膜上有一層丁基膠或EVA等膠粘劑，根據管道防腐的需要，通過纏繞不同層數的膠粘帶可以組成不同等級的膠帶防腐層。冷

27、纏帶具有絕緣性能好、吸水率和濕氣滲透率低、無污染等優(yōu)點，采用冷纏施工，簡單易行。鋼管外表面除銹達到Sa2或St3級，先刷底漆，再纏冷纏帶，可采用機械纏繞或半機械化纏繞，纏繞時應具有一定的拉力，各圈間應平行，不得扭曲皺折，始、末端應壓貼使其不翹起，保證膠帶層緊密連接。表觀：沿管線目視檢查，表面應平整，搭接均勻，無皺折，無凸起，無破損。管道使用電火花檢漏儀檢查管道防腐層，檢漏電壓約為9kV14kV。,表2-4 冷纏帶性能,國內外的應用表明聚乙烯膠帶防腐層的主要缺陷為耐土壤應力差、易起皺變形，而且起皺變形的速率與管徑和土壤條件有關。其缺點在于老一代膠帶的粘結性能較差，尤其是對聚乙烯背材的剝離強度低，

28、搭接部位容易進水，同時由于聚乙烯膠帶防腐層的陰極保護屏蔽效果，導致防腐層下的腐蝕甚至是應力腐蝕開裂。,近幾年，國內外的聚乙烯膠帶有了較大的改進和提高，主要有: （1） 通過改善聚乙烯內帶的機械強度，多數廠家推薦的聚乙烯膠帶防腐層不再加保護外帶，通過增加聚乙烯膠帶的搭接層數來調整防腐層等級，簡化了現場的施工管理和質量控制。 （2.）改進和提高了膠粘劑層的質量，特別是與聚乙烯背材粘結力低的問題得到了大幅度的改善，采用的厚膠層具有較好的自愈性，可以彌補局部損傷的漏點，克服了膠帶防腐層容易進水的缺點。 （3） 研制采用了帶有增強纖維的聚丙烯防腐膠帶，可用于要求抗沖擊強度較大的場合，擴大了膠帶防腐層的應

29、用范圍。,7、現場補口及質量檢驗 管道防腐層的補口工藝主要有：環(huán)氧涂料現場靜電噴涂、無溶劑雙組分液態(tài)環(huán)氧現場冷涂、熱收縮套(帶)、聚乙烯防腐膠帶等。 (1)環(huán)氧涂料現場靜電噴涂工藝與管道原有環(huán)氧涂層相容性好，但操作工藝相對復雜，工藝控制比較嚴格，控制不好時涂膜的防腐蝕性能大幅度下降，同時對環(huán)境和氣候比較敏感，所以施工質量不易掌握； (2)無溶劑雙組分液態(tài)環(huán)氧現場冷涂，施工方便，抗土壤應力和機械性能好，不易產生陰極屏蔽； (3)熱收縮套(帶)施工簡便，先刷環(huán)氧底漆，后熱收縮套(帶)包裹，但管體表面須嚴格預熱且加熱溫度與材料的收縮不同步，易引起涂層的附著力下降。聚乙烯防腐膠帶和熱收縮套易產生剝離，

30、涂層開裂時易產生陰極保護屏蔽； 目前國內管道補口多采用環(huán)氧樹脂/輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮套(帶)三層結構。管道對接焊好后，接口處的焊渣、焊接飛濺物等用電動工具、鋼絲刷等徹底清除干凈，再噴砂除銹至鋼管表面呈現出均勻的近白色光澤，達到GB/T 8923 Sa2.5級，然后刷配套環(huán)氧底漆，用火焰加熱器對補口部位進行預熱，按產品說明書的要求控制預熱溫度并進行補口施工，補口后熱收縮帶表面應平整，無皺折、無氣泡、無燒焦炭化等現象；熱收縮帶周向及固定片四周應有膠粘劑均勻溢出。,補口質量應檢驗外觀、漏點及粘結力等三項內容： 補口的外觀應逐個檢查，熱收縮套 (帶)表面應平整，無皺 折、無氣泡、無燒焦炭化等現象;熱收

31、縮套 (帶)周向及固定片 四周應有膠粘劑均勻溢出。 每一個補口均應用電火花檢漏儀進行漏點檢查。檢漏電壓為 15kV。若有針孔，應重新補口并檢漏，直至合格。 對補口后熱收縮套 (帶)的粘結力進行檢驗，在管體溫度為 25土5時的剝離強度應不小于5ON/cm。每100個補口至少 抽測一個口，如不合格，應加倍抽測；若加倍抽測全不合格， 則該段管線的補口應全部返修。 熱收縮套(帶)分2類，一類用在普通管段，包括：防腐環(huán) 氧底漆層、收縮帶熱熔膠、補口熱收縮帶；另一類適用于定向 鉆穿越管段，熱收縮帶系統(tǒng)包括：防腐環(huán)氧底漆層、收縮帶熱 熔膠、補口熱收縮帶、收縮帶前端的耐磨犧牲帶，耐磨犧牲帶 寬度為150200

32、mm。,其產品符合下表的規(guī)定： 表2-5 熱收縮套（帶）的產品規(guī)格要求,三、管道防腐層的維護,1、防腐層失效的原因 （1）防腐層類型選擇不當 （2）防腐補口的質量不好 （3）外力破壞造成防腐層損傷 （4）防腐層自然老化 （5）陰極保護的參數不適當 （6）管理不善,2、防腐層的維護 管道的腐蝕幾乎都發(fā)生在防腐層嚴重缺陷或破損的地方，由于管道埋在地下，不便于直接觀測和檢查，加上土壤環(huán)境條件復雜多變，給防腐層的管理維護帶來困難。防腐層的維護主要采取以下措施： （1）經常監(jiān)測防腐層狀況。通常采用定期進行防腐層缺陷檢漏、防腐層絕緣電阻測量等方法，分析陰極保護參數的變化情況及原因，判定防腐層質量及損傷程度

33、。 （2）防腐層分級管理。對不同管段、不同狀況的防腐層，按其技術狀況分級，分別采用不同的維修對策。目前對防腐層是根據其絕緣電阻值從大到小分為五個級別：優(yōu)、良、中、差、劣。最差的一級需要及時維修更換原有的防腐層。 （3）制定實施維修計劃。對檢測確定的不同級別的防腐層，分別采取定期檢測、修補或更換的措施。,3、防腐層檢測 防腐層檢測分地面檢測和地下檢測，地面檢測有外觀、厚度、粘結力及電火花檢漏等；地下檢測有管道定位、埋深、音頻檢漏、防腐層絕緣電阻率檢測等。 為了能達到預期的防腐效果, 防腐管道在埋地前必須保證其防腐層質量完好, 這就需要對防腐層質量進行檢測, 檢測防腐層涂敷是否均勻，厚度是否達到要

34、求。還要檢測涂層在工廠制作或運輸中是否造成針孔缺陷、裂紋等。管道焊接后的防腐處理是否符合質量要求。管道在埋地后仍應定期或不定期進行防腐層檢測, 檢測其在埋地后的防腐層質量變化情況: 有否破損? 破損點位置、大?。挥蟹癖I油卡子? 防腐層絕緣電阻變化速率等, 對埋地管道防腐層狀況作出確切的評估，并提出處理建議。需進行檢測的防腐管段, 如果未知其在地表投影的準確位置, 則應首先進行目標管線的位置、走向、埋深探查, 以后再進行防腐檢測。,（1）電火花檢漏 高壓電火花檢測法是國內外廣泛用于在防腐層表面檢測涂層質量的常用方法。這一方法操作簡便、直觀、效率高，且對涂層本身沒有破壞，屬無損檢測，一般用于在線檢

35、測和管道施工過程中檢測。 目前用于高壓電火花檢測法的儀器稱電火花檢漏儀, 亦稱涂層針孔檢測儀。高壓輸出連續(xù)可調；目前國內生產此類儀器的廠家較多, 應用較為廣泛的為國產SL系列電火花檢漏儀。它由主機、高壓槍、探極等部分組成。 （2）音頻信號檢漏法 音頻信號檢漏法也稱“人體電容法”，就是用人體作檢漏儀的感應元件, 通過相應的儀器進行埋地管道防腐層破損檢測。它是目前國內輸油、輸氣管道維護和檢測的通用方法，用這種方法檢測防腐層破損點靈活方便, 速度快效率高(兩人一天可檢測5km左右)。,基本原理及方法 當發(fā)射機向被檢測的管道上施加交流信號時, 若該管道防腐層有破損, 管道金屬部分與大地短路，在防腐層破

36、損點處便會有泄漏電流流入土壤中，這樣在管道防腐層破損漏點和土壤之間就會形成電壓差，且在接近破損點的部位電壓差最大(見圖3-1)，用儀器在埋設管道的地面上方即可檢測到這種電位異常(見圖3-2)，據此即可發(fā)現管道防腐層破損點。作“人體電容法”時兩位檢漏員分別與檢測儀的檢測線芯線兩端相連，兩人保持5-6m的距離，沿管線以步行速度前進，當走到漏點附近時, 儀器顯示器信號發(fā)生變化，漏點中心信號最強，數值最大，據此即可找到漏蝕點(見圖3-3)。據此信號強度變化, 來判斷防腐層有無破損, 并可根據信號異常分布特征來確定漏點位置, 推測漏點大小。該儀器探管、檢漏同步進行，方便快捷,成功率高。,圖2-1 泄漏點

37、在地底下等電位示意圖,圖2-2 泄漏點在地平面等電位示意圖,圖2-3 人體電容法(縱向)檢漏示意圖,適用性 音頻信號檢漏法適用于一般地段的埋地管道防腐層檢漏，不適用于露空管道、覆蓋層導電性很差的管道、水下管道、套管內的管道的防腐層地面檢漏；水田或沼澤地、高壓交流電力線附近的埋地管道，使用本法進行防腐層檢漏比較困難。 設備 音頻檢漏儀主要由發(fā)射機、尋管儀 (探管儀)、接收系統(tǒng)及其配套的電源系統(tǒng)組成。 二臺接收機中一臺探管儀是用來探查管道位置、走向、深度；另一臺檢漏儀用于接收管道防腐層破損點信號。,測量步驟 a) 發(fā)射機的蓄電池應事先充滿電，尋管儀、接收機裝好電池，并在合適的地方將發(fā)射機的信號輸出

38、端用儀器的短線與管道連接，長線與接地極連接。 b) 按儀器的使用說明書調節(jié)發(fā)射機的輸出電流。 c) 按儀器的使用說明書設定尋管儀的尋管方式和接收機的靈敏度。 d) 兩位檢測人員按使用說明書戴好腕表，接好電纜，在距發(fā)射機接入點30m以后，沿管頂一前一后行走，前面人員攜帶尋管儀，后面人員攜帶接收機，保證兩名檢測人員一直沿著管頂前進。 e) 當接收機的聲、電信號越來越強時，預示著前進方向出現破損點，當手持尋管儀者走到破損點正上方時，聲、電信號最強；兩人繼續(xù)前進，聲、電信號逐步減弱，當破損點位于兩人的幾何中心點時，信號最弱；兩人繼續(xù)前進，聲、電信號又逐步增強，當后面持接收機者位于破損點正上萬時，聲、電

39、信號第二次達到最強。 f) 測量中兩次聲、電信號最強，一次聲、電信號相比最弱的位置，即為防腐層破損點的正上方。確定破損點準確位置后，作好地面標志和記錄坐標位置。 局限性 采用音頻檢漏法測量技術，在破損點處其聲、電信號強度受多種因素的影響，不是經驗非常豐富的人員，難以根據信號的強度判定破損點的大小。,（3）交流電流衰減法 基本原理 在具有防腐層的管道上施加一交變電流信號時, 該信號自發(fā)射點開始將沿著管道向兩側傳輸, 該管中電流可看作線電流, 其在管中傳輸時的衰減持性符合下式。 I=I0 e-X 式中：I 在管道上方讀取的任意一點的電流強度值； I0發(fā)射機向管道供入的電流值； X測量點到發(fā)射點的距

40、離； a 衰減系數（與管道防腐層絕緣電阻率，管道直徑、厚 度，材質等有關）。 電流信號強度裒減與傳輸距離、管道電導率、信號頻率等參數按持定的函數關系進行。當管道防腐層完好時管中電流對數值與距離(X)成線性關系, 其電流衰減率取決于防腐層的絕緣電阻,因此可根據電流衰減率的大小來反算防腐層的絕緣電阻,評估防腐層的質量,并可對破損點進行定位。,適用性 交流電流衰減法(PCM)適用于任何交變磁場能穿透的覆蓋層下的管道外防腐層質量檢測。不適用于高壓交流輸電線地區(qū)、處于鋼套管、鋼絲網加強的混凝土配重層(套管)的管道。對埋地管道的埋深、位置、分支、外部金屬構筑物、大的防腐層破損，能給出準確的信息；根據電流衰

41、減的斜率，可以定性確定各段管道防腐層質量的差異，為更準確的防腐層破損點詳查提供基礎。 設備 目前一般采用進口的PCM管內電流測量儀。該儀器包括發(fā)射機和接收機兩大單元，以及配套的電源設備、連接線、接地電極等。接收機用于對沿管道傳送的特殊信號電流進行探測，并顯示信號電流的強度和方向，可以直接讀出該處管道電流、埋深等數據。,測量步驟 a) 在和管道的連接點，按儀器的使用說明書連接好發(fā)射機的輸出和電源接線，并保證接地良好。 b) 根據需要選定合適的檢測頻率和輸出電流。 c) 檢查接收機電池，必要時更換新電池。 d) 調整接收機的接收頻率，使其與發(fā)射機的檢測頻率一致。 e) 按照使用說明書，設定接收機的

42、定位方式為峰值法或峰谷法，并對管道定位。 f) 沿目標管道正上方，使用接收機跳躍式測量并記錄發(fā)射機施加在管道上的信號電流值，并對測量點位置 (里程或坐標)予以記錄，測量點的間隔根據實際需要確定是加密還是放寬，當兩點間的電流量變化較大時，應在這兩點之間加密測量點，盡可能找到電流突變點;并在電流衰減異常(斜率增大)的管段位置使用信號旗或其它合適的標志插在地面上作標記。,數據處理 當管道防腐層有破損時，防腐層破損點就會有電流漏失，由于電流漏失使管中電流減小，管道周圍產生的磁場強度會減弱，接收機測出的管道電流強度數值就會出現異常。根據各測量點的電流值和距離數據，利用計算機專用軟件繪制出電流衰減曲線圖。

43、電流衰減曲線的陡緩程度表征管道防腐層質量的優(yōu)劣狀況，曲線越陡，電流衰減率越大，防腐層質量越差；某一點電流突然衰減，則該處防腐層發(fā)生破損或有支管、搭接等。 據此做出“管道外防腐層評估圖”從而評價管道防腐層的綜合情況，提出防腐層的維護方案。,（4）交流地電位梯度法 適用性 交流地電位梯度法(ACVG)采用埋地管道電流測繪系統(tǒng)(PCM)與交流地電位差測量儀(A字架)配合便用，通過測量土壤中交流地電位梯度的變化，用于埋地管道防腐層破損點的查找和準確定位。對處于套管內破損點未被電解質淹沒的管道本方法不適用，另外下列情況會便本方法應用困難或測量結果的準確性受到影響： a) A字架距離發(fā)射機較近； b) 測

44、試不可到達的區(qū)域，如河流穿越； c) 覆蓋層導電性很差的管段，如鋪砌路面、凍土、瀝青路面、含有大量巖石回填物。 設備 交流地電位梯度法測試設各包括發(fā)射機、接收機、交流地電位差測量儀(A字架)，以及配套的電源設備、連接線、接地電極等。,測量步驟 a) 按交流電流衰減法的測量步驟將發(fā)射機接線連接好，并用接收機對管道定位。 b) 按儀器的使用說明書將接收機固定在A字架上，并與A字架接線連接好后，再將A字架的兩個電極插入地面靠近發(fā)射機的接地極附近，這時會以三位數顯示“dB“(分貝)讀數，交流地電位差測量儀箭頭應顯示遠離接地點方向。 c) 在目標管道正上方檢測。沿著疑有防腐層破損點的管段的路由和測量儀箭

45、頭指示的方向，以一定間隔將A字架觸地測量，箭頭指示無反轉表明無破損點，接近破損點時dB值增大，當走過破損點時，箭頭會反向指向破損點，出現這情況要反向移動，用更小的間隔重復測量，直至將A字架向前向后稍加移動至箭頭變回反向時為止。當A字架正好位于破損點正上方時，顯示的箭頭為兩個方向，同時顯示的dB值讀數最小，在A字架中心劃一條垂直線，之后將A字架旋轉90，并沿這垂直線再進一步準確定位，使A型架向前向后稍加移動至箭頭變回反向為止。這樣兩條線的交又點就是管道防腐層破損點位置。,（5）直流電位梯度法 適用性 直流電位梯度法 (DCVG)測量技術適用于確定埋地管道外防腐層破損點位置；對破損點腐蝕狀態(tài)進行識

46、別；結合密間隔管地電位測量 (CIPS)技術可對外防腐層破損點的大小及嚴重程度進行定性分類。對套管內破損點未被電解質淹沒的管道不適用，另外下列情況會使本方法測量結果的準確性受到影響或應用困難： a) 剝離防腐層下或絕緣物造成電屏蔽的位置，如破損點處外包覆或襯墊絕緣物的管道; b) 測試不可到達的區(qū)域，如河流穿越； c) 覆蓋層導電性很差的管段，如鋪砌路面、凍土、瀝青路面、含有大量巖石回填物。,圖2-4 PCM埋地管道檢測儀,方法介紹 采用周期性同步通/斷的陰極保護直流電流施加在管道上后，利用兩根硫酸銅參比電極探杖，以密間隔測量管道上方土壤中的直流地電位梯度，在接近破損點附近電位梯度會增大，破損

47、面積越大，電位梯度也越大，根據測量的電位梯度變化，可確定防腐層破損點位置；通過檢測破損點處土壤中電流的方向，可識別破損點的腐蝕活性；依據破損點IR%定性判斷破損點的大小及嚴重程度。 設備 a) CIPS/DCVG(管地電位及直流地電位梯度)測量主機一套； b) GPS衛(wèi)星同步斷流器兩臺或更多； c) 探管儀； d) 兩根硫酸銅參比電極探杖； e) 配套測量線軸及連接導線。,測量步驟 a) 在測試之前，應確認陰極保護正常運行，管道己充分極化； b) 檢查測量主機電池電量，并對兩硫酸銅電極進行校正； c) 將兩根探杖與CIPS/DCVG測量主機相連，按密間隔管地電位測量法對管道定位、設備安裝及通/

48、斷周期設置完畢后，測量人員沿管道行走，一根探杖(主機上標有PIPE端)一直保持在管道正上方，另一根探杖放在管道正上方或垂直于管道并與其保持固定間距(2m3m)，以2m間隔進行測量。當兩根探杖都與地面接觸良好時讀數，記錄電流斷續(xù)器接通和斷開時直流地電位梯度讀數的變化，以及柱狀條顯示方向或數字的正負。 d) 當接近破損點時，可以看到電位梯度數值會逐漸增大;當跨過這個破損點后，地電位梯度數值則會隨著遠離破損點而逐漸減小，變化幅度最大的區(qū)域即為破損點近似位置。 e) 在破損點近似位置，返回復測，以精確確定破損點位置。在管道正上方找出電位梯度讀數顯示為零的位置;再在與管道走向垂直的萬向重復測量一次，兩條

49、探杖連線的交點位置就是防腐層破損點的正上方。,f) 在確定一個破損點后，繼續(xù)向前測量時，宜先以每0.5m的間隔測量一次，在離開這個梯度場后，若沒有出現地電位梯度讀數及極性的改變，可按常規(guī)間距繼續(xù)進行測量；否則，說明附近有新的破損點。 g) 在確定的破損點位置處，通過測試觀察測量主機上電流方向柱狀條的顯示方向，來辨別管道在通電和斷電狀態(tài)下，土壤中電流流動的方向；并對破損點部位管道發(fā)生的腐蝕狀態(tài)類型予以記錄。 h) 在確定的破損點位置處，測量并記錄儲存該點的通電電位(Von)、斷電電位(Voff)從電位梯度(VG,on和VG,off)、GPS坐標及里程；應對附近的永久性標志、參照物及它們的位置等信

50、息進行記錄， 并應在破損點位置處作好標志與記錄，尤其是通/斷狀態(tài)下電流均從破損點流出到土壤的點。,數據處理 根據破損點位置處測量的數據，計算表征破損點的大小及嚴重程度的IR%值，并根據使用經驗和對典型破損點的驗證開挖結果，分類記錄。 IR%=(VG,on-VG,off)/( Von -Voff) 式中： IR%破損點位置處百分比IR降； VG,on通電狀態(tài)時測得的直流地電位梯度值，mV； VG,off 斷電狀態(tài)時測得的直流地電位梯度值，mV； Von 破損點位置處的通電電位，mV； Voff 破損點位置處的斷電電位，mV。,思考題 1、管道腐蝕控制有哪些方法？ 2、管道防腐層的基本要求是什么？

51、 3、熔結環(huán)氧粉末防腐層的材料是什么？適應范圍 是什么？如何進行修補？ 4、3PE防腐層的材料是什么？適應范圍是什么？ 如何進行修補？ 5、掌握現場熱收縮帶的補口操作，如何進行質量 檢查？ 6、掌握管道埋設測量方法和防腐層檢漏方法。,第三節(jié) 管道陰極保護的基本知識,一 陰極保護的基本原理 二 陰極保護的基本參數 三 犧牲陽極陰極保護 四 外加電流陰極保護 五 管道實施陰極保護的基本條件 六 雜散電流干擾 七 陰極保護投入運行的調試 八 陰極保護中的幾個屏蔽問題,一 陰極保護的基本原理,一、陰極保護的原理 自然界中，大多數金屬是以化合狀態(tài)存在的，通過煉制被賦予能量，才從離子狀態(tài)轉變成原子狀態(tài)，為

52、此，回歸自然狀態(tài)是金屬固有本性。我們把金屬與周圍的電解質發(fā)生反應、從原子變成離子的過程稱為腐蝕。 每種金屬浸在一定的介質中都有一定的電位, 稱之為該金屬的腐蝕電位（自然電位），腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對難易。腐蝕電位愈負愈容易失去電子, 我們稱失去電子的部位為陽極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽極區(qū)由于失去電子（如鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入土壤）受到腐蝕，而陰極區(qū)得到電子受到保護。 陰極保護的原理是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電位。有兩種辦法可以實現這一目的，即犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。,1、犧牲陽極法 將被保護金屬和一種

53、電位更負的金屬或合金（即犧牲陽極）相連，使被保護體陰極極化以降低腐蝕速率的方法。 在被保護金屬與犧牲陽極所形成的大地電池中，被保護金屬體為陰極，犧牲陽極的電位往往負于被保護金屬體的電位值，在保護電池中是陽極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽極，從而實現了對陰極的被保護金屬體的防護。 犧牲陽極材料有高純鎂，其電位為-1.75V；高鈍鋅，其電位為-1.1V；工業(yè)純鋁，其電位為-0.8V（相對于飽和硫酸銅參比電極）。 2、強制電流法（外加電流法） 將被保護金屬與外加電源負極相連，輔助陽極接到電源正極，由外部電源提供保護電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：恒電位、恒電流等。如圖3-1示。,2.1、恒

54、電位儀 2.1.1、位置：在輸油站場陰保間 2.1.2、作用：向輸油管道提供直流電流，防止輸油管道的腐蝕。（給管道補充大量的電子，使被保護管道整體處于電子過剩的狀態(tài)，使管道表面各點達到同一負電位）。 2.1.3、恒電位儀接線：見圖,圖3-1 恒電位示意圖,圖3-2 恒電位接線示意圖,陽極地床,管道,恒電位儀,圖3-3 陰極保護原理示意圖,外部電源通過埋地的輔助陽極將保護電流引入地下，通過土壤提供給被保護金屬，被保護金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應，不會再發(fā)生金屬離子化的氧化反應，使腐蝕受到抑制。而輔助陽極表面則發(fā)生丟電子氧化反應，因此，輔助陽極本身存在消耗。 陰極保護的上述兩種方法，

55、都是通過一個陰極保護電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護電流，使之恰好抵消金屬內原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產生保護電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負的金屬或合金，另一種則利用直流電源。 強制電流陰極保護驅動電壓高，輸出電流大，有效保護范圍廣，適用于被保護面積大的長距離、大口徑管道。 犧牲陽極陰極保護不需外部電源，維護管理經濟，簡單，對鄰近地下金屬構筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。,圖3-4 金嘉湖管道陰極保護布置圖,圖3-5 陰極保護系統(tǒng)接線布置圖,圖3-6 陰極保護深井陽極安裝圖,圖3-7 陰極保護鋅接地電

56、池安裝圖,圖3-8 陰極保護帶狀鋅陽極安裝圖,圖3-9 陰極保護測試樁安裝圖,二 陰極保護的基本參數,1、最小保護電流密度 陰極保護時，使腐蝕停止，或達到允許程度時所需的電流密度值稱為最小保護電流密度。 最小保護電流密度的大小取決于被保護金屬的種類、表面狀況、腐蝕介質的性質、組成、濃度、溫度和金屬表面絕緣層質量等。防腐絕緣層種類不同，所需要的保護電流密度也不同。防腐絕緣層的電阻值越高，所需的保護電流密度值越小。 2、最小保護電位 為使腐蝕過程停止，金屬經陰極極化后所必須達到的絕對值最小的負電位值，稱之為最小保護電位。 最小保護電位也與金屬的種類、腐蝕介質的組成、溫度、濃度等有關。最小保護電位值

57、常常是用來判斷陰極保護是否充分的基準。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護的重要參數。 實驗測定在土壤中的最小保護電位為0.85V（相對飽和硫酸銅參比電極）。,3、最大保護電位 在陰極保護中，所允許施加的陰極極化的絕對值最大的負電位值，在此電位下管道的防腐層不受到破壞。此電位值就是最大保護電位。 陰極保護電位越大，防腐程度越高，單站保護距離也越長，但是過大的電位將使被保護管道的防腐絕緣層與管道金屬表面的粘接力受到破壞，產生陰極剝離，嚴重時可以出現金屬“氫破裂”。同時太大的電位將消耗過多的保護電流，形成能量浪費。 4、最小保護電流密度 使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時所需要的保護電流密度,稱作最小保護電流

58、密度。新建瀝青管道最小保護電流密度為3050A/m2，環(huán)氧粉末的管道一般為1030A/m2，新建儲罐罐底板最小保護電流密度為15mA/m2表示，老罐為510mA/m2。,5、IR降與斷電電位 IR降指電流在介質中流動所形成的電阻壓降，在電位測量中應去除。 瞬間斷電法是測IR降最普通的方法，斷電意味著I=0，因而IR=0。斷電之后，管道電位立即降落下來。然后再慢慢衰減。前面這一電位瞬間急落便是IR降成分。 瞬間斷電法要求管道上所有相連的接地保護、犧牲陽極均須斷開，管道上多元保護裝置也要同時斷開，在測試點處不應有雜散電流的干擾，測量中應使用響應速度極快自動記錄。,三 犧牲陽極陰極保護,（一）常見的

59、犧牲陽極材料 1.鎂合金陽極 根據形狀以及電極電位的不同，鎂合金陽極可用于電阻率在 20歐姆.米到 100歐姆.米的土壤或淡水環(huán)境。高電位鎂合金陽極的電位為-1.75V (CSE)；低電位鎂陽極的電位為-1.55V(CSE)。,表3-1鎂合金陽極化學成分,表3-2鎂合金陽極的電化學性能,2.鋅合金陽極 鋅合金陽極多用于土壤電阻率小于15 歐姆.米的土壤環(huán)境或海水環(huán)境。電極電位為-1.1V(CSE)。溫度高于40時，鋅陽極的驅動電位下降，并發(fā)生晶間腐蝕。高于60 時，它與鋼鐵的極性發(fā)生逆轉，變成陰極受到保護，而鋼鐵變成陽極受到腐蝕。所以，鋅陽極僅能用于溫度低于40 的環(huán)境。,表3-3鋅陽極化學成

60、分,表3-4鋅陽極的電化學性能,3.鋁合金陽極 大多用于海水環(huán)境金屬結構或原油儲罐內底板的陰極保護。其電極電位為-1.05V(CSE)。 表3-5 Al-Zn-In系合金陽極的化學成分,表3-6 Al-Zn-In系合金陽極的電化學性能,4.回填料 當使用填料時，陽極的電流輸出效率提高。如果將陽極直接埋入土攘，由于土壤的成分不均勻，會造成陽極自身腐蝕，從而降低陽極效率。采用填料，一是保持水分，降低陽極的接地電阻，二是使陽極表面均勻腐蝕，提高陽極利用效率。,表3-7 犧牲陽極填包料的配方,（二）犧牲陽極的埋設方式,圖3-10 犧牲陽極埋設簡圖1,圖3-11 犧牲陽極埋設簡圖2,（三）外加電流陰極保

61、護用陽極材料 外加電流陰極保護是防止地下金屬結構如管道、儲罐、等腐蝕的有效方法，輔助陽極是外加電流系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用是將保護電流經過介質傳遞到被保護結構物表面上. 地下結構物外加電流陰極保護用陽極通常并不直接埋在土壤中，而是在陽極周圍填充碳質回填料而構成陽極地床。碳質回填料通常包括冶金焦炭、石油焦炭和石墨顆粒等。回填料的作用是降低陽極地床的接地電阻，延長陽極的使用壽命。,1. 廢鋼鐵陽極 廢鋼鐵是早期外加電流陰極保護常用陽極材料，其來源廣泛，價格低廉.由于是溶解性陽極，表面很少析出氣體，因而地床中不存在氣阻問題.其缺點是消耗速率大，在土壤中為8.4 kg/A.a，使用壽命較短，多用于

62、臨時性保護或高電阻率土壤中。 2. 石墨陽極 石墨是由碳素在高溫加熱后形成的晶體材料，通常用石蠟、亞麻油或樹脂進行浸漬處理，以減少電解質的滲入，增加機械強度.經浸漬處理后，石墨陽極的消耗率將明顯減小。石墨陽極在地床中的允許電流密度為510 A/m2 石墨陽極價格較低，并易于加工，但軟而脆，不適于易產生沖刷和沖擊作用的環(huán)境，在運輸和安裝時易損壞，隨著新的陽極材料出現，其在地床中的應用逐漸減少。,石墨陽極有以下不足： 為了避免陽極的高消耗率，使得陽極運行電流密度較低；,表3-8 石墨陽極參數,陽極電纜導線或陽極接頭部位引線易斷裂； 在容器內部保護中，剝離下來的石墨顆粒沉淀在表面上，將形成局部腐蝕電

63、池，加速腐蝕； 石墨性脆，導致安裝或環(huán)境條件下，因機械沖擊而導致陽極過早失效。,3. 高硅鑄鐵陽極 高硅鑄鐵幾乎可適用于各種環(huán)境介質如海水、淡水、咸水、土壤中。當陽極電流通過時，在其表面會發(fā)生氧化，形成一層薄的SiO2多孔保護膜，極耐酸，可阻止基體材料的腐蝕，降低陽極的溶解速率.但該膜不耐堿和鹵素離子的作用.當土壤或水中氯離子含量大于2104 mg/L時，須采用加4.0 %4.5 % Cr的含鉻高硅鑄鐵。高硅鑄鐵陽極在干燥和含有較高硫酸鹽的環(huán)境中性能不佳，因為表面的保護膜不易形成或易受到損壞。 高硅鑄鐵陽極具有良好的導電性能，高硅鑄鐵陽極的允許電流密度為580 A/m2，消耗率小于0.5 kg

64、/A.a。除用于焦碳地床中以外，高硅鑄鐵陽極有時也可直接埋在低電阻率土壤中。,高硅鑄鐵硬度很高，耐磨蝕和沖刷作用，但不易機械加工，只能鑄造成型，另外脆性大，搬運和安裝時易損壞。 高硅鑄鐵是指含有Si 14%18%的鐵合金，高硅鑄鐵耐酸腐蝕性極好，其機理是在表面上形成含有大面積水化SiO2保護膜，在這種膜形成之前，合金還是易腐蝕的，所以高硅鑄鐵初期腐蝕率較高，經過數小時氧化之后方可達到穩(wěn)定值。由于SiO2膜在堿性中是可溶的，形成硅酸鹽，所以高硅鑄鐵在堿性溶液中的化學穩(wěn)定性不好。,表3-9 高硅鑄鐵陽極的標準成分,表3-10 常用高硅鑄鐵陽極規(guī)格,高硅鑄鐵在地床中可單獨使用，也可與碳素回填料一起使

65、用。這時的高硅鑄鐵/回填料的高接觸電阻被SiFe合金的低電阻率所補償（SiFe合金電阻率7210-8.m，石墨為1410-6.m）。盡管有時會形成“氣阻”和高的消耗率，不用回填料也是可行的。 與陽極體相連接的電纜接頭是確保陽極使用壽命的關鍵，因陽極在電解質（土壤、水等）中工作，一旦發(fā)生電解質滲入到接頭部位，該部位就處于強電解狀態(tài)，大量的腐蝕產物（固體或氣體）排放不出去，就會導致陽極接頭孔脹裂而報廢。因此，對于陽極電纜接頭結構的基本要求是：a.電纜與陽極體連接牢固可靠，拉脫力數值應大于自身質量的1.5倍；b.接觸電阻小，陽極引出線與陽極的接觸電阻應小于0.01；接頭密封可靠，在強電解狀態(tài)下不滲透

66、電解質（水）。,（四）套管穿越內的犧牲陽極 管道穿越鐵路或公路時，可采用套管，但必須確保套管和管道之間不得有金屬接觸。一旦有這種電接觸，保護電流將從該點流入套管，而套管多是裸管，嚴重影響干線的陰極保護。 套管的直徑應比輸送管的直徑大200mm，在輸送管道穿入套管之前，應在管道上以2m的間距安裝絕緣支撐環(huán)。套管的兩端應絕緣密封，以防止泥水等物滲入套管內。 理想的套管穿越，應是套管內干燥無水，而實際調查表明，絕大多數套管內進了水，在這種情況下，由于金屬套管的屏蔽作用，使得干線上的保護電流對于套管內介質形成的小腐蝕環(huán)境不起作用。所以在設計時對套管內應考慮單獨的陰極保護方式。通常可采用鋅帶陽極纏繞在管壁上或加鐲式陽極，作為有滲水的情況下備用，施工中應注意鋅帶不得與套管內壁有電接觸。,圖3-12 混凝土套管道內鋅帶陽極示意圖,圖3-13 鋼套管內鐲式陽極示意圖,四