燃气管道的防腐​ 阴极保护法介绍及工艺要求.docx

一、牺牲阳极保护
牺牲阳极系统适用于敷设在电阻率较低的土壤里、水中、沼泽或湿地环境中的小口径管道或距离较短并带有优质防腐层的大口径管道。选用牺牲阳极时，应考虑的使用因素包括无可利用电源的地方；电气设备不便实施维护保养的地方；临时性保护；强制电流系统保护的补充；永久冻土层内管道周围土壤融化带；保温管道的保温层下方等。
(一)牺牲阳极的应用条件
牺牲阳极的应用条件包括土壤电阻率或阳极填包料电阻率足够低，所选阳极类型和规格应能连续提供最大电流需要量，阳极材料的总质量能够满足阳极提供所需电流的设计寿命。牺牲阳极上应标记材料类型(如商标)、阳极质量(不包括阳极填料)、炉号等。
(二)牺牲阳极施工基本要求
根据现场施工条件，牺牲阳极施工应选择经济合理的施工方式。立式阳极宜采用钻孔法施工；卧式宜采用开挖沟槽施工。按设计要求在埋设点挖好阳极坑和电缆沟，检查袋装阳极电缆接头的导电性能，合格后袋装阳极就位，放入阳极坑内。阳极连接电缆，埋设深度不应小于0.7m,四周垫有5～10cm的细砂，砂的上部应覆盖水泥护板或红砖。确认各焊点、连接点绝缘防腐合格后，回填土壤。在回填土将阳极布袋埋住后，向阳极坑内灌水，使阳极填料饱和吸满水后，将回填土夯实，恢复地貌。牺牲阳极保护参数投产测试必须是在阳极埋入地下、填包料浇水10d后进行。为便于测量，在相邻两组阳极的管段中间，根据需要适当设置电位测试桩。电位测试桩桩间距以不大于500m为宜。牺牲阳极投入运行后，应定期进行监测，至少每个月测试一次保护参数，牺牲阳极阴极保护系统检测每年不少于两次。至少每半年测量一次管道保护电位和阳极输出电流，并根据测量结果进行保护电流的调节(一般以每年调节一次为宜)。对镁阳极保护系统，每年至少应维护一次。
(三)牺牲阳极布置
牺牲阳极常见的有棒状阳极和带状阳极，具体布置如下。
1.棒状阳极
棒状牺牲阳极可采取单支或多支成组两种方式，同组阳极宜选用同一炉号或开路电位相近的阳极。棒状牺牲阳极埋设方式按轴向和径向分为立式和水平式两种。一般情况下牺牲阳极距管道外壁3~5m,最小不宜小于0.5m,埋设深度以阳极顶部距地面不小于1m为宜。成组布置时，阳极间距以2～3m为宜。棒状牺牲阳极应埋设在土壤冰冻线以下。在地下水位低于3m的干燥地带，阳极应适当加深埋没；埋设在河床中的阳极应避免洪水冲刷和河床挖泥清淤时的损坏。在布设棒状牺牲阳极时，注意阳极与管道间不应存在有金属构筑物。
2.带状阳极
带状牺牲阳极应根据用途和需要与管道同沟敷设或缠绕敷设。
3.特殊用途的牺牲阳极
牺牲阳极作为接地极、参比电极等特殊应用时应根据用途和需要进行布置。
(四)牺牲阳极填料包的制作与安装
1.牺牲阳极填料包的性能要求
作为牺牲阳极材料，必须能满足以下要求：
(1)要有足够负的稳定电位。
(2)自腐蚀速率小且腐蚀均匀，要有高而稳定的电流效率。
(3)电化学当量高，即单位质量产生的电流量大。
(4)工作中阳极极化要小，溶解均匀，产物易脱落。
(5)腐蚀产物不污染环境，无公害。
(6)材料来源广，加工容易，价格低廉。
常用的牺牲阳极品种有镁基、锌基和铝基合金三类。
2.制作牺牲阳极填料包
在日常工作中，经常遇到制作牺牲阳极填料包的工作，制作填料包的要求包括根据阳极类型选择填料，根据适用环境确定填料重量配比，选择适合的填料袋，准确称重，填料厚度不小于50mm,填料无杂物。
3.安装牺牲阳极填料包
安装牺牲阳极填料包时，首先检查牺牲阳极表面应无油污、无尘土；用铁刷、砂纸打磨去除牺牲阳极表面的氧化层。其次，检查连接电缆，阳极电缆和钢芯可采用铜焊或锡焊连接，焊接后未剥皮的电缆应与钢芯用尼龙绳捆扎结实，阳极焊接端和底端两个面应采用环氧树脂绝缘，以减轻阳极的端部效应。
最后，除去待连接管道的防腐层，将待连接部位用铁刷和砂纸打磨光滑。
在这之后安装爆破装置，用爆破法将阳极电缆与管道连接。安装完牺牲阳极后，在连接处刷防腐胶，用防腐胶带将连接处做防腐处理。阳极就位后，先回填部分细土，然后往阳极坑中浇一定量的水，再大量回填土壤。
(五)常用牺牲阳极材料
常用的牺牲阳极材料包括镁及镁合金、锌及锌合金和铝及铝合金。
1.镁及镁合金的性能及适用性
镁阳极应储存在室内仓库内，严禁沾染油污、油漆和接触酸碱、盐等化工产品。镁阳极用作导电的钢芯，采用直径不小于6mm的钢筋制成。
镁阳极的优点是对钢铁阴极保护的激励电压为-0.7V,适应的土壤电阻率范围广，阳极表面不极化，腐蚀产物易脱落。
镁阳极的缺点是电流效率低，只有50%左右，碰撞易发生电火花。
2.锌及锌合金的特点
锌是阴极保护中应用最早的牺牲阳极材料。锌的电极电位比铁负，表面不易极化，是理想的牺牲阳极材料。锌阳极不仅可以用于低电阻率土壤中，还可广泛用于海洋中。锌阳极最大的特点是表面不易极化。锌阳极的不足之处是相对铁的保护电位激励电压小，只有0.25V,相当于镁阳极的1/3。
3.铝及铝合金的性能及适用性
铝合金作为牺牲阳极材料是近年发展起来的新品种。由于铝的自钝化性能，所以纯铝不能作为牺牲阳极材料。铝是产量最多的有色金属，资源广，价格便宜；其单位质量产生的电量大，是锌的3.6倍，是镁的1.35倍。铝合金牺牲阳极在海水中的电流效率大于80%,消耗率约为3.8kg/(A·a)。

二、强制电流阴极保护
(一)辅助阳极性能要求
常用的辅助阳极包括高硅铸铁阳极、石墨阳极、钢铁阳极、柔性阳极、金属氧化物阳极等。石墨阳极的石墨化程度不应小于81%,灰分应不大于0.5%,阳极宜经亚麻油或石蜡浸渍处理，阳极的性能应符合表8-4的规定。阳极引出电缆与阳极的接触电阻应小于0.01Ω,拉脱力数值应大于阳极自身质量的1.5倍，接头密封可靠。阳极电缆长度不应小于1.5m,阳极表面应无明显缺陷。柔性阳极是由导电聚合物包覆在铜芯上构成，阳极铜芯截面积为16mm²,阳极外径为13mm。

(二)安装辅助阳极
在安装辅助阳极时，按实际挖宽500mm、深800mm左右、设计长度的阳极沟，在阳极沟内按4m间距挖深为L+500mm、直径约300mm的深洞(L为阳极体长)。然后在阳极洞内填入250mm厚的填料层，阳极体立于正中，继续填入填料至填满。填料填满后，向沟内放水，渗水后补充填料。填料补充完测单体接地电阻，并编号记录。焊接阳极体连接电缆后，测试总体接地电阻。测试接地电阻合格后，在阳极洞上填砾石，把阳极连接电缆引向阳极线或阳极电缆并连接妥善。工作完成后，进行回填并测回填后的总接地电阻，把数据和施工过程填入管道档案。
(三)分析排除杂散电流干扰
分析杂散电流干扰的步骤如下。
1.测量管地电位
在杂散电流干扰区任选一测试桩为起点测量该处的管地电位，向同一方向移动一支参比电极连续测量，当距离起点超过100m时，改测两支参比电极的极间相对电位直至没有干扰区。
2.画管地电位分布曲线图
记录每一点的测试数据，以距离为横轴，电位值为纵轴，画出管地电位分布曲线图，选定干扰源测试点。
3.接线、测量
接线并开始测量，每隔10～15s记录一次数据。
4.计算、判断
经1h测量后，先测量Vab和Ved的最大、最小值，计算其平均值，并在直角坐标系上画出其坐标，求合成电位大小及方向的矢量图，矢量的方向即为杂散电流干扰的方向。
5.重复测试、判断重复测试，综合测试结果，最终判定干扰源方位。

三、阴极保护技术要求
(一)阴极保护装置安装要求
阴极保护装置安装时，装置的测试电缆与管道连接采用铝热焊剂焊接，应做到连接牢固、电气导通，且在连接处必须进行防腐绝缘处理。管道回填时，测试电缆应保持一定的松弛度。装置采用地下测试井设置方式时，应在地面上注明位置标记，其接线端子和测试头均应采用铜制品并封闭在测试盒内。测试电缆应采用双电缆接头。
(二)阴极保护系统保护效果指标
施加阴极保护后，使用铜—饱和硫酸铜参比电极(以下简称CSE参比电极)测得的极化电位至少应达到-850mV或更低。测量电位时，必须考虑IR(电流和电阻)降(电流和电阻引起的偏差)的影响。采用断电法测得管道相对于CSE参比电极的极化电位应达到-850mV或更低。在阴极保护极化形成或衰减时，测得被保护管道表面与接触土壤、稳定的CSE参比电极之间的阴极极化电位值不应小于-100mV。
(三)阴极保护测试装置设置要求
阴极保护测试装置应与阴极保护系统同步安装，测试装置应沿管道线路走向进行设置，相邻测试装置间隔宜为1～3km,在城镇市区或工业区，相邻的间隔JBA012阴极保护不应大于1km,杂散电流干扰影响区域内可适当加密。测试装置可设置在地下或测试装置设置要求地上，市区可采用地下测试井方式。测试装置的功能应分别满足电位测试和组合功能测试的要求。测试装置应坚固耐用、方便测试，且装置上应标明编号。在下列位置处，也应安装测试装置：
(1)管道与交、直流电气化铁路交叉或平行段；
(2)绝缘接头处；
(3)接地系统连接处；
(4)金属套管处；
(5)与其他管道或设施连接处；
(6)辅助试片及接地装置连接处；
(7)与外部管道交叉处；
(8)管道与主要道路或堤坝交叉处；
(9)穿越铁路或河流处；
(10)与外部金属构筑物相邻处；
(11)强制电流阴极保护的汇流点；
(12)牺牲阳极埋设点；
(13)牺牲阳极中间点；
(14)穿跨越管道两端；
(15)杂散电流干扰区；
(16)套管安装处；
(17)绝缘装置处；
(18)强制电流阴极保护的末端。
对不同沟敷设的多条平行管道，每条管道应单独设置测试装置，测试装置应安装在管道上方。每个测试装置中至少有两根电缆与管道连接，电缆应采用颜色或其他标记法进行区分，并做到全线统一。
(四)阴极保护监控装置设置要求
1.与外部管道交叉
在与其他管道交叉时应设置监控装置，并考虑在装置中进行跨接，即从每条管道上分别引出两根电缆连接到同一监控装置中，在装置内，电缆可直接连接或通过电阻跨接。
2.金属套管处
为检测金属套管与输送管之间的电绝缘状况，应在套管和输送管两侧分别安装两根测试电缆，并将电缆连接到监控装置中的对应接线端子上。
3.绝缘接头处
管道绝缘接头两侧应分别引出两根电缆。所有电缆应直接连接或通过电阻跨接至监控装置中不同的接线端子上。在监控装置处，根据需要安装的极化电池、接地电池或避雷器等防电涌装置，通过监控装置中的接线端子进行跨接。
4.排流点处
杂散电流干扰影响区域，直接排流、极性排流或强制排流的排流点，应在输送管、干扰体或接地体上连接所需数目的电缆，并将电缆引至监控装置，通过监控装置中的接线端子与排流装置进行连接。
5.汇流点处
直流电源的负极与管道连接的汇流点处应设置监控装置，并在阴极回路中设置电流监控装置。当有多个阴极连接时，应当配备分流器和阻断二极管。汇流点处的测试装置应当单独从管道上引出测试电缆，用以测量汇流点处的管/地电位。
6.其他监测装置
当管道穿过无人地区或很难接近的地方，应当采用远距离监测、遥感技术或其他数据传输系统，同时配合使用长效参比电极、极化测试探头或试片。
7.消除IR降的测试装置
如果有杂散电流干扰影响或牺牲阳极难以拆除时，应采用极化探头(试片)断电测量技术进行电位测量。
(五)阴极保护附加措施设置要求
阴极保护的附加措施设置应采用铜芯电缆，测试电缆的截面不宜小于4mm²;多股连接导线，每股导线的截面不宜小于2.5mm²。用于强制电流阴极保护的铜芯电缆截面不宜小于16mm²,用于牺牲阳极的铜芯电缆的截面不宜小于4mm²。
焊接位置不应在弯头上或管道焊缝两侧200mm范围内。可采用铝热焊方法，焊接用的铝热焊剂用量不应超过15g。当焊接电缆的截面大于16mm²时，可将电缆芯分成若干股，每股小于16mm²时，分开进行焊接。