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陰極保護設計與施工中的幾點補充意見

發布時間:2014-11-04 點擊次數:2528次

一、犧牲陽極的應用
    陰極保護采用犧牲陽極方式,一般用于下列場合
[1]:電流需要量較小,一般小于1A,土壤電阻率足夠低,一般低于100Ω.m的區域,可用適當數量陽極獲得所需保護電流,如果需要的保護電流較大,一般大于1A,外加電流系統就比較經濟,除非當地條件不允許,或供電有問題。良好管道涂層,土壤長年潮濕的地方,犧牲陽極能容易滿足其電流需求。外加電流陰極保護良好涂層管道上個別處保護電流不能達到的地方,也可通過犧牲陽極的方法來滿足。此外,在屏蔽處如套管內、壓塊下。外加電流陰極保護系統產生雜散電流干擾處,犧牲陽極可被用于消除雜散電流干擾。在安裝絕緣接頭處,犧牲陽極(通常用鋅)可作為導電接地之用,鋅陽極作為接地,并同時提供陰極保護。設計中考慮鋅、鎂陽極材料使用的差別,經驗告訴我們,鋅陽極用在電阻率較低的土壤(在15Ω.m以下)較好,而鎂陽極用在土壤電阻率較高的土壤中(在15-100Ω.m之間)較好。用鋅陽極的驅動電壓0.25V(1.1V -0.85V),鎂陽極的驅動電壓0.70V(1.55V -0.85V),對同樣15Ω.m土壤電阻率情況下,鎂陽極要發出更多過剩電流使管道極化更負電位,而負于-0.85V(小保護電位,此時保護度已達95%)以上,如若繼續極化,需要更多消耗保護電流,但對提高保護度的貢獻即是極微的,是一種電流浪費現象,其結果造成鎂陽極加大消耗,減少鎂陽極壽命。與此同時,鎂陽極造成過保護,影響涂層的附著力,對高強度鋼會產生氫脆。從經濟觀點看:在低電阻率土壤中鎂陽極將連續輸出比鋅陽極高的電流,而鋅陽極比較低的輸出電流就可以充分滿足陰極保護的需要。其結果說明鎂陽極電流的浪費,需要更多鎂陽極材料才能得到與鋅陽極相等的壽命,況且鋅陽極有好的自調節特性。
    二、帶狀鎂陽極的使用
    它是由純鎂或鎂錳合金冷軋壓制而成,開路電位-1.7V(vs.Cu/CuSO4)宜在高電阻率≥100Ω.m環境中使用,重量0.37Kg/m。如11Kg鎂錠表面積0.27m2而11Kg鎂帶長度33m,表面積1.9 m2是前者的7倍。同等重量帶狀鎂陽極比錠狀陽極表面積大很多,陽極輸出電流大小與表面積成正比,就是說,表面積決定輸出電流大小,而陽極重量決定陽極壽命。鎂帶在50Ω.m土壤中輸出電流10mA/m,淡水中150Ω.m輸出電流3mA/m,電流輸出大小與電阻率成反比,因此它不適用于電阻率小的場合,因為鎂帶消耗過快。設計上應考慮當地介質電阻率大小,無論在穿越段或套管內輸送管中纏繞鎂帶要考慮它的使用壽命應該與整體管道壽命相當,如果設計壽命為20年,而當地土壤電阻率較低,就不宜采用鎂帶,而應計算一下采用與整體管道壽命相當的錠狀陽極。
  
  三、3層PE管的優越性
    當前管道防腐覆蓋層當中,PE三層是諸多涂層種類中性能優的一種,它不但有良好抗機械性能,而且有良好抗腐蝕性能和抗陰極剝離性能。在與陰極保護配合中又大大降低陰極保護電流密度,從而降低陰極保護的投資。從眾多實例中證實,對新建PE管陸地管線所需保護電流密度每平方米在幾個微安到十幾個微安,海水管線所需保護電流密度約幾百微安,大大低于其它防腐層。但在當前設計中,由于缺乏對三層PE性能及今后使用壽命的估計,往往設計中過于保守,造成犧牲陽極材料使用量過大,有待今后繼續探索。
   
 四、參比電極的使用
    目前陰極保護常用的硫酸銅參比電極分便攜式和長效型兩種,便攜式隨時更換溶液和打磨銅極,使電位易達到穩定、準確。而長效硫酸銅參比電極往往受制作工藝和使用環境的影響,要求埋在長年潮濕土壤,如果全浸在水中或土壤干燥就會影響參比電極的準確度,造成較大偏差。固體鋅參比同樣與使用環境有關,一旦土壤干燥,鋅參比電位正移,基準改變也就失去作為參比的意義,有關長效參比電極有待不斷改進。
五、電源的選擇:外加電流陰極保護國外大多用整流器,因土壤介質,濕度變化不頻繁,用整流器完全滿足陰極保護的要求。它結構簡單、便于維修、價格便宜。恒電位儀適用介質經常變化如海洋潮汐及有雜散電流干擾的保護,況且恒電位儀必需靠長效參比電極反饋信號,如果參比電極不準會影響恒電位儀的輸出,因此建議設計中優先考慮用整流器。
   
 六、陰極保護的絕緣裝置
    陰極保護管路上的絕緣裝置有多種形式,多用于管道的有絕緣法蘭和絕緣接頭,絕緣法蘭必須架空,絕緣接頭可直埋入地。安裝絕緣件會出現兩個問題,一是如何保護絕緣裝置不受強電電涌的破壞,目前絕緣接頭有整體自放電型和無自放電裝置兩種,對整體自放電絕緣接頭由于內部有釋放高壓的裝置,可省去具有相同功能的接地電池。二是如何防止非保護管路不受陰極干擾而加速腐蝕,接地電池有減少管外壁陰極干擾強度,即減少保護段與非保護段之間的電位差,但是在非保護段連接的鋅棒消耗較快,壽命較短,一旦消耗殆盡,保護段通電電位與非保護自然電位之間的電位差會更加大,因非保護段電位正,會從非保護段流出較大的陽極腐蝕電流而加快非保護管段的腐蝕。這種腐蝕與電流離開管壁進入電解質的電流強度與管壁腐蝕率成正比。(1mA/Cm2的陽極電流密度相當于12mm/年的鐵損耗)。解決辦法:要求絕緣裝置兩側各10m內的管外壁應做特加強防腐層,以減輕陰極干擾對非保護側管道的腐蝕。此外,未保護側仍需安裝一支犧牲陽極以減輕絕緣裝置兩端電位差造成的陰極干擾。


 

    七、陽極導線
    對犧牲陽極裝置所有連接到陽極的導線都有被保護的可能,這意味著如果有銅線露出,它將不易腐蝕。這種情況同樣發生在外加電流系統中,如果與直流電源負端連接到被保護管道的連接導線的絕緣有破損也有被保護的可能。正因為如此,犧牲陽極電纜及管道連接處的絕緣要求不很苛刻,但也應該很好地處理,以防電流泄漏及可能產生的銅-鐵電偶腐蝕。對外加電流系統,地下電纜是外加電流地床的組成部分,如果絕緣不好,電纜將流出電流,并在兩端腐蝕從而全部或部分切斷地床電流,因此全部陽極引線和地床主干電纜必須使用高質量絕緣,絕緣少應有600V等級并適合直接埋入地下,具有大分子高密度聚乙烯(HMW/PE)絕緣導線廣泛地應用在地床結構中,在多數情況下是有效的。由于地床運行或苛刻的化學環境產生氯氣(土壤或水中含有氯離子)有必要采用含氟塑料保護性夾克[1]。應該細心檢查電纜,絕對保證安裝時沒有傷痕或破口,以防止以后出現問題。絕緣層上任何傷痕、破口必須用熱收縮套包覆,填料選擇沒有鋒利石頭或其它有害于接觸地床電纜的材料。
    八、陰極保護過河管道安裝
    管道穿越江河時,穩管設施大都采用砼壓塊,有的為保護外防腐層不受損壞在壓塊下管外壁還鋪一層橡膠片,這種做法會造成電屏蔽(壓塊與管道接觸的上半部分得不到保護或欠保護)及橡膠片下的縫隙腐蝕。原因是管道浸在導電介質中,由于金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙,使縫隙內介質處于滯流狀態,引起縫內金屬的加速腐蝕。引起腐蝕的縫隙并非是用一般肉眼可以明辨的縫隙,而是指使縫內介質停滯的特小縫隙,其寬度一般是在0.025-0.1mm的范圍內,寬度大于0.1mm的縫隙,縫內介質不于形成滯流,也就不會形成此種腐蝕。解決的辦法:一是去掉保護用的橡膠片,避免縫隙腐蝕;二是在壓塊下管道的底部焊上小犧牲陽極塊,使保護電流沿壓塊與管道的狹縫中進入管道上半部分,避免砼壓塊造成的屏蔽作用。
    文獻:1、A.W.Peabody Edited by R.L Bianchetti(內部資料)管線腐蝕控制  P92

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