1、管道(gundo)阴极保护理论与实践,胡士信中国石油(shyu)天然气管道工程有限公司,第一页，共七十四页。,第一节 腐蚀与防护 第二节 阴极保护 第三节 牺牲(xshng)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,第二页，共七十四页。,第一节 腐蚀(fsh)与防护,1.1 腐蚀定义及防腐的意义1.1.1 定义 可从几方面下定义（1）由于材料(cilio)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。,第三页，共七十四页。,ISO定义：金属与环境间的物理-化学相互作用，其结果使
2、金属的性能发生变化,并常可导致金属、环境或由它们(t men)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）,第四页，共七十四页。,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(rngq)0.14次/台年，管道2万/年；1989，石化 约20亿；西直门桥1979建，1
3、999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；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,第五页，共七十四页。,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(jb)腐蚀：点蚀系数。,第六页，共七十四页。,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
4、改变环境 降温、降速、除氧、改变浓度(nngd)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,第七页，共七十四页。,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(din wi)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）。,第八页，共七十四页。,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-
5、850mV；（2）极化电位-850mV；（3）极化电位差-100mV。测试(csh)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,第九页，共七十四页。,术语:参比电极：一种不极化电极(dinj)，可用于测量管/地电位，它具有稳定的氢标电位。土壤中常用的是Cu/CuSO4电极。在一些不易接近的地方，有时也用金属电极（如Zn）。测量交流电压时可使用金属棒作参比电极。Voff断电电位：断开阴极保护电流后瞬间直接测得的管/地电位。因不含IR降，故可视为极化电位。,第十页，共七十四页。,Von通电
6、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(li s)、污染、温度）,第十一页，共七十四页。,2.3 阴极保护方法 1 牺牲(xshng)阳极法 2 强制电流法 3 排流保护法 方法比较见表6-1,第十二页，共七十四页。,第十三页，共七十四页。,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、应淘汰环氧煤矿
7、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(pngb)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（3）防腐层质量与阴极保护电流密度,第十四页，共七十四页。,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
8、上了保护（3）标准与法律 中国石油天然气管道保护条例(tiol)国内有一套阴极保护的待业标准,第十五页，共七十四页。,第三节 牺牲阳极(yngj)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(jnyn)，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。,第十六页，共七十四页。,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
9、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(hjn)成分合理.,第十七页，共七十四页。,3.2 牺牲阳极应用(yngyng)依据环境条件选用（表8-13）依据保护对象选 依据使用功能选,第十八页，共七十四页。,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(dinz)（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,第十九页，共七十四页。,4 施工（1）地床位置（2）阳极间隔(jin g)（3）埋设方式 5 牺牲阳极的特殊应用（1）
10、接地极（2）参比电极（3）防强电干扰接地栅（4）接地电池,第二十页，共七十四页。,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(cozu)维护简单；价格合理。,第二十一页，共七十四页。,4.1.2 电源(dinyun)种类（1）整流器（2）太阳电池（3）CCVT（4）TEG（5）风力发电机,第二十二页，共七十四页。,第二十三页，共七十四页。,4.1.3 电源选用原则（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(dq)的电源
11、推荐方案(P104),第二十四页，共七十四页。,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(jxi)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。,第二十五页，共七十四页。,4.2.1 阳极分类（1）石墨阳极；（2）高硅铸铁阳极；（3）磁性(cxng)氧化铁阳极；（4）金属氧化物阳极；（5）柔性阳极。,第二十六页，共七十四页。,4.2.2 回填料（1）作用(zuyng)：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（3）粒径 315 mm(
12、4)含碳量 大于85%,第二十七页，共七十四页。,4.2.3 地床结构及位置（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(tinlio)，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。,第二十八页，共七十四页。,第五节 排流保护(boh),5.1 直流干扰危害及防护 5.1.1 DC杂散电流判据(pn j)（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。,第二十九页，共七十四页。,5.1.2 DC杂散电流的危害（1）
13、电蚀：激烈、集中、量大，铁 9.1kg/A.a；（2）实例：东北(dngbi)管网，杂散电流干扰区占2%，而腐蚀 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。,第三十页，共七十四页。,5.1.3 防护(fngh)（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。,第三十一页，共七十四页。,5.2 交流干扰危害及防护 5.2.1 AC杂散电流(dinli)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）
14、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),第三十二页，共七十四页。,第三十三页，共七十四页。,5.2.2 AC杂散电流感应影响危害（1）安全 操作人员(rnyun)设备安全（2）腐蚀影响 对于钢铁相当DC的1%2%两性金属不能忽略,第三十四页，共七十四页。,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(dinrng)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
15、：宝成线、哈大线、秦京线,第三十五页，共七十四页。,第六节 阴极保护管道(gundo)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(zh chng)6.1.5 与其它构筑物电绝缘(穿跨越处),第三十六页，共七十四页。,6.2 电连续性6.2.1 跨接 法兰接处 站外干线(gnxin)管道连接 阀室外连接 预应力混凝土管道的环向筋的连接,第三十七页，共七十四页。,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(to un)）6.3.4 测试探头的应用（罐底、杂散电流、管
16、网）6.3.5 参比电极（恒电位仪、近参比）,第三十八页，共七十四页。,6.4 测试项目与管理（详见第8节）6.4.1 牺牲阳极系统(xtng)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,第三十九页，共七十四页。,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(dinz)(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,第四十页，共七十四页。,6.5.2 牺牲阳极系统（1）所需保护(boh)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,第四十一页，共七十四页。,第七节 阴极保护测试(csh),7.1 阴极保护电位测试 7.1.1 一般(ybn)原则 7.1.2 参比电极 7.1.3 测试仪器 7.1.4 测试方法 7.1.5 电位测试中IR降影响及消除,第四十二页，共七十四页。,7.2 保护准则测试 7.2.1 一般要求 7.2.2 通电电位(din wi)-850mV 7.2.3 极化电位-850mV 7.2.4 10