一． 原理(lǐ)

每种金属浸在一定的介质中都有(yǒu)一定的電(diàn)位, 称之為(wèi)该金属的腐蚀電(diàn)位（自然電(diàn)位），腐蚀電(diàn)位可(kě)表示金属失去電(diàn)子的相对难易。腐蚀電(diàn)位愈负愈容易失去電(diàn)子, 我们称失去電(diàn)子的部位為(wèi)阳极區(qū)，得到電(diàn)子的部位為(wèi)阴极區(qū)。阳极區(qū)由于失去電(diàn)子（如铁原子失去電(diàn)子而变成铁离子溶入土壤）受到腐蚀，而阴极區(qū)得到電(diàn)子受到保护。

阴极保护的原理(lǐ)：

是给金属补充大量的電(diàn)子，使被保护金属整體(tǐ)处于電(diàn)子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负電(diàn)位。有(yǒu)两种办法可(kě)以实现这一目的，即牺牲阳极阴极保护和外加電(diàn)流阴极保护。

1、牺牲阳极法

将被保护金属和一种電(diàn)位更负的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护體(tǐ)阴极极化以降低腐蚀速率的方法。

在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地電(diàn)池中，被保护金属體(tǐ)為(wèi)阴极，牺牲阳极的電(diàn)位往往负于被保护金属體(tǐ)的電(diàn)位值，在保护電(diàn)池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之為(wèi)“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属體(tǐ)的防护。

牺牲阳极材料有(yǒu)高纯镁，其電(diàn)位為(wèi)-1.75V；高钝锌，其電(diàn)位為(wèi)-1.1V；工业纯铝，其電(diàn)位為(wèi)-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比電(diàn)极）。

2、强制電(diàn)流法（外加電(diàn)流法）

将被保护金属与外加電(diàn)源负极相连，辅助阳极接到電(diàn)源正极，由外部電(diàn)源提供保护電(diàn)流，以降低腐蚀速率的方法。其方式有(yǒu)：恒電(diàn)位、恒電(diàn)流等。如图

外部電(diàn)源通过埋地的辅助阳极将保护電(diàn)流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍為(wèi)阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，使腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢電(diàn)子氧化反应，因此，辅助阳极本身存在消耗。

阴极保护两种方法的对比：

阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护電(diàn)流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属體(tǐ)，提供足够的与原腐蚀電(diàn)流方向相反的保护電(diàn)流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀電(diàn)流。两种方法的差别只在于产生保护電(diàn)流的方式和“源”不同。一种是利用(yòng)電(diàn)位更负的金属或合金，另一种则利用(yòng)直流電(diàn)源。

强制電(diàn)流阴极保护驱动電(diàn)压高，输出電(diàn)流大，有(yǒu)效保护范围广，适用(yòng)于被保护面积大的長(cháng)距离、大口径管道。

牺牲阳极阴极保护不需外部電(diàn)源，维护管理(lǐ)经济，简单，对邻近地下金属构筑物(wù)干扰影响小(xiǎo)，适用(yòng)于短距离、小(xiǎo)口径、分(fēn)散的管道。

一． 阴极保护的基本参数

1、最小(xiǎo)保护電(diàn)流密度

使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护電(diàn)流密度,称作最小(xiǎo)保护電(diàn)流密度。新(xīn)建沥青管道最小(xiǎo)保护電(diàn)流密度為(wèi)30—50μA/m2，环氧粉末的管道一般為(wèi)10--30μA/m2，新(xīn)建储罐罐底板最小(xiǎo)保护電(diàn)流密度為(wèi)1--5mA/m2表示，老罐為(wèi)5—10mA/m2。

2、最小(xiǎo)保护電(diàn)位

為(wèi)使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小(xiǎo)的负電(diàn)位值，称之為(wèi)最小(xiǎo)保护電(diàn)位。

最小(xiǎo)保护電(diàn)位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有(yǒu)关。最小(xiǎo)保护電(diàn)位值常常是用(yòng)来判断阴极保护是否充分(fēn)的基准。因此该電(diàn)位值是监控阴极保护的重要参数。

实验测定在土壤中的最小(xiǎo)保护電(diàn)位為(wèi)－0.85V（相对饱和硫酸铜参比電(diàn)极）。

3、最大保护電(diàn)位

在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大的负電(diàn)位值，在此電(diàn)位下管道的防腐层不受到破坏。此電(diàn)位值就是最大保护電(diàn)位。

阴极保护電(diàn)位越大，防腐程度越高，单站保护距离也越長(cháng)，但是过大的電(diàn)位将使被保护管道的防腐绝缘层与管道金属表面的粘接力受到破坏，产生阴极剥离，严重时可(kě)以出现金属“氢破裂”。同时太大的電(diàn)位将消耗过多(duō)的保护電(diàn)流，形成能(néng)量浪费。

一． 牺牲阳极阴极保护

（一）常见的牺牲阳极材料

1.镁合金阳极

根据形状以及電(diàn)极電(diàn)位的不同，镁合金阳极可(kě)用(yòng)于電(diàn)阻率在 20欧姆.米到 100欧姆.米的土壤或淡水环境。高電(diàn)位镁合金阳极的電(diàn)位為(wèi)-1.75V (CSE)；低電(diàn)位镁阳极的電(diàn)位為(wèi)-1.55V(CSE)。

2.锌合金阳极

锌合金阳极多(duō)用(yòng)于土壤電(diàn)阻率小(xiǎo)于15 欧姆.米的土壤环境或海水环境。電(diàn)极電(diàn)位為(wèi)-1.1V(CSE)。温度高于40°C时，锌阳极的驱动電(diàn)位下降，并发生晶间腐蚀。高于60°C时，它与钢铁的极性发生逆转，变成阴极受到保护，而钢铁变成阳极受到腐蚀。所以，锌阳极仅能(néng)用(yòng)于温度低于40°C的环境。

3.回填料

当使用(yòng)填料时，阳极的電(diàn)流输出效率提高。如果将阳极直接埋入土攘，由于土壤的成分(fēn)不均匀，会造成阳极自身腐蚀，从而降低阳极效率。采用(yòng)填料，一是保持水分(fēn)，降低阳极的接地電(diàn)阻，二是使阳极表面均匀腐蚀，提高阳极利用(yòng)效率。

（二）牺牲阳极的埋设方式

1、牺牲阳极埋设有(yǒu)立式和卧式两，埋设位置分(fēn)轴向和径向。

2、牺牲阳极在管道的分(fēn)布宜采用(yòng)单支或集中成组两种方式。

3、阳极与管道的距离，一般情况下阳极埋设位置应距管道3～5ｍ，最小(xiǎo)不宜小(xiǎo)于0.3ｍ，成组埋设时，阳极间距以2～3ｍ為(wèi)宜。

1）在管道一侧

2）在管道两侧

一． 外加電(diàn)流阴极保护系统的主要设施

外加電(diàn)流阴极保护系统主要由四部分(fēn)组成：直流電(diàn)源、辅助阳极、被保护管道、附属设施。

1、電(diàn)源设备（恒電(diàn)位仪）

强制電(diàn)流系统要求電(diàn)源设备能(néng)够不断地向被保护金属构筑物(wù)提供阴极保护電(diàn)流，要求電(diàn)源设备安全可(kě)靠；電(diàn)源電(diàn)压连续可(kě)调；能(néng)够适应当地的工作环境（温度、湿度、日照、风沙）；功率与被保护构筑物(wù)相匹配；操作维护简单。

目前常用(yòng)的阴极保护電(diàn)源设备有(yǒu)太阳能(néng)電(diàn)池、整流器、恒電(diàn)位仪，國(guó)内多(duō)用(yòng)恒電(diàn)位仪，都能(néng)國(guó)产化，恒電(diàn)位仪不仅能(néng)够恒電(diàn)位输出，还能(néng)恒電(diàn)流输出。用(yòng)户可(kě)以根据需要调节。

2、阳极地床

辅助阳极是外加電(diàn)流阴极保护系统中，将保护電(diàn)流从電(diàn)源引入土壤中的导電(diàn)體(tǐ)。通过辅助阳极把保护電(diàn)流送入土壤，经土壤流入被保护的管道，使管道表面进行阴极极化 (防止電(diàn)化學(xué)腐蚀)，電(diàn)流再由管道流入電(diàn)源负极形成一个回路，这一回路形成了一个電(diàn)解池，管道在回路中為(wèi)负极处于还原环境中，防止腐蚀，而辅助阳极进行氧化反应遭受腐蚀。常用(yòng)的阳极材料有(yǒu)：高硅铸铁、石墨、钢铁、柔性阳极。

阳极地床的设计遵循以下几方面要求：

（1）阳极种类的选择

①在一般土壤中可(kě)采用(yòng)高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极；

②在盐渍土、海滨土或酸性和含硫酸根离子较高的环境中，宜采用(yòng)含铬高硅铸铁阳极。

③高電(diàn)阻率的地方宜使用(yòng)钢铁阳极。

④覆盖层质量较差的管道及位于复杂管网或多(duō)地下金属构筑物(wù)區(qū)域内的管道可(kě)采用(yòng)柔性阳极，但不宜在含油污水和盐水中使用(yòng)。

（2）辅助阳极埋设位置的选择

辅助阳极与管道距离愈遠(yuǎn)電(diàn)流分(fēn)布愈均匀，但过遠(yuǎn)会增加引線(xiàn)上的電(diàn)压降和投资，因此辅助阳极的距离和埋设方式应根据现场情况选定。选择阳极安装位置的原则是:

①地下水位较高或潮湿低洼处；

②土层厚,无块石,便于施工；

③土壤電(diàn)阻率一般应小(xiǎo)于50欧姆米，特殊地區(qū)也应小(xiǎo)于100Ω.m；

④对邻近的地下金属构筑物(wù)干扰小(xiǎo)，阳极地床与被保护管道之间不得有(yǒu)其它

金属管道；

⑤考虑阳极附近地域近期发展规划及管道发展规划以避免建后可(kě)能(néng)出现的搬迁；

⑥阳极位置与管道的垂直距离不宜小(xiǎo)于50m。

⑦地面金属构筑物(wù)较多(duō)，用(yòng)地狭窄时，可(kě)采用(yòng)深井阳极，以减小(xiǎo)对其它金属构物(wù)的干扰又(yòu)节约用(yòng)地。

（3）辅助阳极的结构

①浅埋式地床结构

将電(diàn)极埋入距地表1～5米的土层中, 这是管道阴极保护一般选用(yòng)的阳极埋设形式。浅埋式阳极又(yòu)可(kě)分(fēn)為(wèi)立式,水平式两种,对于钢铁阳极可(kě)能(néng)两种联合称為(wèi)联合式阳极。

a.立式阳极：由一根或多(duō)根垂直埋入地中的阳极排列构成。電(diàn)极间用(yòng)電(diàn)缆联接。其优点有(yǒu):全年接地電(diàn)阻变化不大;当阳极尺寸相同时,立式地床的接地電(diàn)阻较水平式小(xiǎo)。

b.水平式阳极：将阳极以水平方向埋入一定深度的地层中,其优点有(yǒu):安装土石方量较小(xiǎo),易于施工；容易检查地床各部分(fēn)的工作情况。

c.联合式阳极：指采用(yòng)钢铁材料制成地床,它由上端联接着水平干線(xiàn)的一排立式阳极所组成.

②深埋式阳极(深井式)

当阳极地床周围存在干扰、屏蔽、地床位置受到限制,或者在地下管网密集區(qū)进行區(qū)域性阴极保护时,使用(yòng)深埋式阳极,可(kě)获得浅埋式阳极所不能(néng)得到的保护效果。深埋式地床根据埋设深度不同可(kě)分(fēn)為(wèi)浅深井(20～40米)、中深井(50～100米)和深井(＞100米)三种。

深埋式阳极地床的特点是接地電(diàn)阻小(xiǎo),对周围干扰小(xiǎo),消耗功率低,電(diàn)流分(fēn)布比较理(lǐ)想。它的缺点是施工复杂技术要求高,单井造价贵。尤其是深度超过100米的深阳极,施工需要大钻机，这就限制了它的应用(yòng)。

浅埋阳极示意图

3、阴极保护的附属设施

①、埋地型参比電(diàn)极

為(wèi)了对各种金属的電(diàn)极電(diàn)位进行比较，必须有(yǒu)一个公共的对比電(diàn)极，其電(diàn)极電(diàn)位具有(yǒu)良好的稳定性，构造简单，通常有(yǒu)饱和硫酸铜参比電(diàn)极、锌電(diàn)极等。其作用(yòng)是与恒電(diàn)位仪组成信号源。

参比電(diàn)极埋设的位置应尽量靠近管道，以减少土壤介质中的IR降影响。

埋地型参比電(diàn)极的类型：

ａ、液體(tǐ)硫酸铜参比電(diàn)极

主要用(yòng)于测量管地電(diàn)位，用(yòng)于埋地使用(yòng)时，由于密封处理(lǐ)不好，经常会造成渗漏过度，经常添加硫酸铜溶液，且一到冬季又(yòu)容易冻结，影响恒電(diàn)位仪的正常工作，目前已很(hěn)少埋地使用(yòng)。

ｂ、長(cháng)效埋地型硫酸铜参比電(diàn)极

電(diàn)极结构：電(diàn)极由素烧陶瓷罐、管状或弹簧状铜電(diàn)极和硫酸铜晶體(tǐ)所构成。使用(yòng)前应在水中浸泡24小(xiǎo)时，形成饱和硫酸铜溶液。

電(diàn)极地床结构：在参比電(diàn)极周围填充5～10ｃｍ厚的填包料。填包料的主要成分(fēn)為(wèi)石膏粉、硫酸钠、膨润土，其體(tǐ)积比為(wèi)75：5：20

②、测试桩

為(wèi)了定期检测管道阴极保护参数。

③、電(diàn)绝缘装置

作用(yòng)：安装绝缘法兰或绝缘接头可(kě)以将进行阴极保护的管道和不进行阴极保护的管道绝缘。

④、检查片

检查片是為(wèi)了定量测量阴极保护效果，在管道沿線(xiàn)典型地段埋设与被保护管道相同的钢制试片。

⑤、均压線(xiàn)

為(wèi)避免干扰腐蚀，用(yòng)電(diàn)缆将同沟敷设、近距离平行或交叉的管道连接起来，以消除管道之间的電(diàn)位差，此電(diàn)缆称為(wèi)均压線(xiàn)。

⑥、导線(xiàn)

阴极保护系统中导線(xiàn)有(yǒu)：阳极線(xiàn)、阴极線(xiàn)、零位接阴線(xiàn)、参比電(diàn)极引線(xiàn)、测试桩引線(xiàn)

4、管道实施阴极保护的基本条件

①、管道必须处于有(yǒu)電(diàn)解质的环境中，以便能(néng)建立起连续的電(diàn)路。如土壤、海水、河流等介质中都可(kě)以进行阴极保护。

②、管道必须電(diàn)绝缘。首先，管道必须要采用(yòng)良好的防腐层尽可(kě)能(néng)将管道与電(diàn)解质绝缘，否则会需要较大的保护電(diàn)流密度。其次，要将管道与非保护金属构筑物(wù)電(diàn)绝缘，否则電(diàn)流将流失到其他(tā)金属构筑物(wù)上，造成其他(tā)金属构筑物(wù)的腐蚀以及管道阴极保护效果的降低。

③、管道必须保持纵向電(diàn)连续性。

一． 阴极保护投入运行的调试

1、阴极保护投入前对被保护管道的检查

管道对地绝缘的检查：从阴极保护的原理(lǐ)介绍, 已得知没有(yǒu)绝缘就没有(yǒu)保护。為(wèi)了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护電(diàn)流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。 应检查管道的绝缘接头的绝缘性能(néng)是否正常；管道沿線(xiàn)的阀门应与土壤有(yǒu)良好的绝缘；管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有(yǒu)正确有(yǒu)效的绝缘处理(lǐ)措施，管道在地下不应与其它金属构筑物(wù)有(yǒu)"短接"等故障；管道表面防腐层应无漏敷点，所有(yǒu)施工时期引起的缺陷与损伤均应在施工验收时使用(yòng)埋地检漏仪检测，修补后回填。

2、对阴极保护施工质量的验收

（1）对阴极保护间内所有(yǒu)電(diàn)气设备的安装是否符合《電(diàn)气设备安装规程》的要求，各种接地设施是否完成，并符合图纸设计要求。

试桩、阳极地床、阳极引線(xiàn)的施工与连接应严格符合规范要求，尤其是阳极引線(xiàn)接正极，管道汇流点接负极，严禁電(diàn)极接反。

（3）图纸、设计资料齐全完备。

3、阴极保护投入运行的调试

（1）组织人员测定全線(xiàn)管道自然電(diàn)位、土壤電(diàn)阻率、阳极地床接地電(diàn)阻，同时对管道环境有(yǒu)一个比较详尽的了解，这些资料均需分(fēn)别记录整理(lǐ)，存档备用(yòng)。

（2）阴极保护站投入运行

按照恒電(diàn)位仪的操作程序开启，给定電(diàn)位保持在-1.20伏左右，待管道阴极极化一段时间(4小(xiǎo)时以上)开始记录直流電(diàn)源输出電(diàn)流、電(diàn)压，测试通電(diàn)点電(diàn)位、管道沿線(xiàn)保护電(diàn)位、保护距离等。然后根据所测保护電(diàn)位，调整通電(diàn)点電(diàn)位至规定值，继续给管道送電(diàn)使其完全极化 (通常在24小(xiǎo)时以上)。再重复第一次测试工作，并做好记录。若最遠(yuǎn)端保护電(diàn)位过低，则需再适当调节通電(diàn)点電(diàn)位。

（3）保护電(diàn)位的控制

各站通電(diàn)点電(diàn)位的控制数值, 应能(néng)保证相邻两站间的管段保护電(diàn)位达到-0.85伏以上，同时各站通電(diàn)点最负電(diàn)位不允许超过规定数值。调节通電(diàn)点電(diàn)位时，管道上相邻阴极保护站间加强联系，保证各站通電(diàn)点電(diàn)位均衡。

（4）当管道全線(xiàn)达到最小(xiǎo)阴极保护電(diàn)位指标后，投运操作完毕，各阴极保护站进入正常连续工作阶段。

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