管道阴极保护

管道阴极保护•金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学作用成为金属化合物而遭受破坏的一种现象。腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素。它不仅造成因穿孔而引起的油、气、水泄露损失，以及由于维修所带来的材料和人力上的浪费，停工停产所造成的损失，而且还可能因腐蚀引起火灾。第一节腐蚀•一、腐蚀的定义和分类•腐蚀按材料的类型可分为金属腐蚀和非金属腐蚀，按腐蚀的机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。由于本管道的管材多用碳钢，故以下主要讲述金属管道的腐蚀。金属管道常见的腐蚀按其作用原理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。1、化学腐蚀•化学腐蚀指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。化学腐蚀是在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子相互作用，即氧化还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间于碰撞的那一个反应点上完成的。在化学腐蚀过程中，电子的传递是在金属与氧化剂间直接进行，因而没有电流产生。2、电化学腐蚀•电化学腐蚀指与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并与流过金属内部的电子流和介质中定向迁移的离子联系在一起。阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程。阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原过程。第二节阴极保护的原理•由于腐蚀环境几乎无处不在，腐蚀的形态也多种多样。单一的防腐措施往往不能有效地控制金属的腐蚀，尤其是电化学腐蚀。金属结构一旦有腐蚀电池形成，其阳极区因其区域范围相对比阴极区的区域范围小的多，腐蚀速度也极快。此时金属表面发生的不是均匀腐蚀，而是孔蚀。地下的油气管道、储罐、各种存有电解质的容器设备等几乎都是因为孔蚀而发生泄露的。一、阴极保护的定义•阴极保护就是利用腐蚀电池的原理，将需要被保护的金属结构作为阴极，通过阳极向阴极不间断地提供电子，首先使结构极化，进而在结构表面富集电子，使其不易产生离子，因而大大地减缓了结构的腐蚀速度。二、阴极保护的种类：•阴极保护大致分为牺牲阳极法和外加电流法两种。•1.牺牲阳极法是利用电位比被保护金属结构低的金属或合金（如镁合金、锌合金、铝合金等）作为阳极，构成一个腐蚀电池。在阴极（被保护结构）得到保护的同时，阳极不断地被消耗，故称为牺牲阳极。•2.强制电流法（外加电流法）则是给被保护结构加一阴极电流，而给辅助阳极（一般为高硅铸铁或废钢）加一阳极电流，构成一个腐蚀电池。以同样的原理使金属结构得到保护。三、两种阴极保护方法的优缺点：•1.牺牲阳极法的优点在于安装施工简便，对临近金属结构的影响极小，运行成本低，可实现零费用维护，一次投资，长期受益。•2.强制电流法在实施大范围野外阴极保护时比较经济。但对附近金属结构的影响较大，需要有专人管理维护，需要有稳定可靠的不间断电源。故不适合用于市区内的地下结构的阴极保护。•3.根据实施阴极保护工程的现场条件，有时亦可考虑对同一结构同时采用两种阴极保护法。第三节腐蚀电池•以下是腐蚀电池形成的充分必要条件：•必须有阴极和阳极。•阴极和阳极之间必须有电位差（这种电位差因金属内晶间、应力、疲劳程度、电偶等的差异的存在以及金属表面缝隙、氧浓差等现象的存在，极容易在同一金属结构体内形成）；亦可在两个不同电位金属间形成。•阴极和阳极之间必须有金属的电流通道。•阴极和阳极必须浸在同一电解质中，该电解质中有流动的自由离子。第四节阴极保护的主要参数•最小保护电位：是阴极保护时使金属腐蚀达到可接受的程度或完全停止时所需的电位。•对埋在天然水和土壤中的金属管道，其最小保护电位一般为-0.85V（用饱和硫酸铜参比电极测定）。•最大保护电位：在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝缘值最大的负电位值，此电位下管道的防腐绝缘层不受破坏。•最小保护电流密度：使管道停止或达到允许程度时所需要的电流密度值。防腐绝缘层种类不同，所需要的保护电流密度也不同。防腐绝缘层的电阻值越高，所需的保护电流密度值越小。第五节阴极保护设计•阴极保护方案采用外加电流法和牺牲阳极法。•阴极保护站的设置•阴极保护站与线路站场相结合，站间不设阴极保护站；在外加电流保护不到的地方实施牺牲阳极法保护。•牺牲阳极块的设置•本工程下列地段采用牺牲阳极保护：–对于两站间管道外加电流阴极保护不足部分；–大型河流穿越部分；–穿越大型河流采用绝缘接头隔断又不能采用跨接电缆，外加电流阴极保护不到的部分；–穿越等级公路、铁路加套管处需特殊保护的管道。•绝缘装置的设置•本工程在各站进出管道上设置绝缘装置，同时在分输站的分输支线、电气化铁路干扰段、杂散电流段及外加电流和牺牲阳极保护分界处、大型河流穿越的两端设置绝缘装置。•阴极保护测试系统•本工程在管道沿线设置电流及电位测试桩，电位测试桩每公里设置一个；电流测试桩每5公里设一个；套管电位测试桩每个套管处设置一个；绝缘接头电位测试桩每一绝缘处设一个；跨接测试桩，与其他管道、电缆等构筑物交接处设一个；站内设测试桩，按需要数量设置；每个阴极保护站设2套Cu/饱和CuSO4长效参比电极。•穿跨越处的特殊保护•对跨越段，通过电缆将管桥两侧的干线管道进行电跨接，以保证阴极保护电流的连续。并对保护套管内管道增加带状阳极保护。在大型的河流穿跨越的两侧专设绝缘接头及测试桩，对穿跨越采用牺牲阳极保护。•阳极材料的选择•本工程采用带状镁阳极。辅助阳极选择含铬高硅铸铁阳极，规格φ75×1200mm。•保护电流密度：环氧粉末：20μA/m2，三层PE：10μA/m2。•管道保护电位：最小保护电位：-0.85V，最大保护电位：-1.5V。•土壤电阻率：一般地段：50Ω·m，河床：30Ω·m。•填包料厚度100mm。