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培训内容 第一章管道阴极保护参数的测量第二章管道阴极保护技术要求及配件第三章管道阴极保护运行与管理第四章阴极保护中的几个问题第五章管道阴极保护有关标准规范 第一章管道阴极保护参数的测量 一 管道阴极保护主要组成二 管道实施阴极保护的基本条件三 管道阴极保护参数四 主要参数测量方法 一 管道阴极保护主要组成 外加电流阴极保护系统主要由四部分组成 直流电源 辅助阳极 被保护管道 附属设施 吴延输油管道全线采用环氧粉末防腐 泡沫塑料 黄夹克 保温 外加电流阴极保护 通过涂层 阴极保护 管道cp 最终形成一个完整的管道保护系统 直流电源的正极连接辅助阳极 负极连接需要保护的管道 电流从管道表面 破损处 流回电源的负极 电子由负极流到管道 使管道电位降低 实现阴极保护 外加电流阴极保护系统的构成 外加电流阴极保护系统的构成 1 电源设备 恒电位仪 强制电流系统要求电源设备能够不断地向被保护金属构筑物提供阴极保护电流 要求电源设备安全可靠 电源电压连续可调 能够适应当地的工作环境 温度 湿度 日照 风沙 功率与被保护管道相匹配 操作维护简单 目前常用的阴极保护电源设备有太阳能电池 整流器 恒电位仪 国内多用恒电位仪 都能国产化 恒电位仪不仅能够恒电位输出 还能恒电流输出 用户可以根据需要调节 hxd型变压整流恒电位金属防腐保护仪 2 辅助阳极 辅助阳极是外加电流阴极保护系统中 将保护电流从电源引入土壤中的导电体 通过辅助阳极把保护电流送入土壤 经土壤流入被保护的管道 使管道表面进行阴极极化 防止电化学腐蚀 电流再由管道流入电源负极形成一个回路 这一回路形成了一个电解池 管道在回路中为负极 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 常用的阳极材料有 高硅铸铁 石墨 钢铁 柔性阳极 浅埋阳极示意图 3 阴极保护的附属设施 埋地型参比电极对金属的电极电位进行比较的对比电极 其电极电位有良好稳定性 构造简单 有饱和硫酸铜参比电极 锌电极 参比电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 埋地型参比电极的类型 液体硫酸铜参比电极 长效埋地型硫酸铜参比电极 测试桩为了定期检测管道阴极保护参数 电绝缘装置作用 安装绝缘法兰或绝缘接头可以将进行阴极保护的管道和不进行阴极保护的管道绝缘 检查片检查片是为了定量测量阴极保护效果 在管道沿线典型地段埋设与被保护管道相同的钢制试片 均压线为避免干扰腐蚀 用电缆将同沟敷设 近距离平行或交叉的管道连接起来 以消除管道之间的电位差 此电缆称为均压线 导线阴极保护系统中导线有 阳极线 阴极线 零位接阴线 参比电极引线 测试桩引线 二 管道实施阴极保护的基本条件 管道必须处于有电解质的环境中 以便能建立起连续的电路 如土壤 海水 河流等介质中都可以进行阴极保护 管道必须电绝缘 首先 管道必须要采用良好的防腐层尽可能将管道与电解质绝缘 否则会需要较大的保护电流密度 其次 要将管道与非保护金属构筑物电绝缘 否则电流将流失到其他金属构筑物上 造成其他金属构筑物的腐蚀以及管道阴极保护效果的降低 管道必须保持纵向电连续性 三 阴极保护的基本参数 1 最小保护电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电流密度 称作最小保护电流密度 新建沥青管道最小保护电流密度为30 50 a m2 环氧粉末的管道一般为10 30 a m2 新建储罐罐底板最小保护电流密度为1 5ma m2表示 老罐为5 10ma m2 2 最小保护电位为使腐蚀过程停止 金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值 称之为最小保护电位 最小保护电位也与金属的种类 腐蚀介质的组成 温度 浓度等有关 最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准 因此该电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保护电位为 0 85v 相对饱和硫酸铜参比电极 3 最大保护电位在阴极保护中 所允许施加的阴极极化的绝对值最大的负电位值 在此电位下管道的防腐层不受到破坏 此电位值就是最大保护电位 阴极保护电位越大 防腐程度越高 单站保护距离也越长 但是过大的电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 严重时可以出现金属 氢破裂 同时太大的电位将消耗过多的保护电流 形成能量浪费 四 管道阴极保护参数测量方法 阴极保护工程测量貌似简单 确有着丰富内涵 是电化学和电学测量技术的结合 腐蚀是电化学过程 腐蚀和阴极保护参数测量主要3个参数 电压 电位 电流及电阻 现场测试不同于实验室测试 影响测试精度的因素很多 如参比电极的位置 土壤干燥程度 气温 杂散电流的干扰等 不过现场测试多用于管理 在管理中对精度有时要求并不十分严格 根据现在所掌握的测试技术 目前所具有的仪器 仪表 只要按通用的标准方法测试就可以满足工程测量的精度要求 阴极保护工程测量所用仪器有了很大的进步 数字显示仪表代替了指针式仪表 计算机已应用于阴极保护测试 scada系统广泛用于管道的阴极保护监控 1 电位测量 管 地电位的测量有3种意义 未加阴极保护的管 地电位是衡量土壤腐蚀性的一个参数 施加阴极保护的管 地电位是判断阴极保护程度的一个重要参数 当有干扰时 管 地电位的变化是判断干扰程度的重要指标 按电化学保护的真实含义来分析管 地电位 测量的管 地保护电位应是纯极化电位 不应含有土壤ir降 为了保证电位测量的可靠性 测量所用电压表应是高内阻的 通常应大于100k v 灵敏阈应小于被测电压值的5 消除ir降的测量方法很多 其中断电法是最常用的 断电法测量管 地极化电位时 要考虑管道的极化时间对测量结果的影响 2 参比电极 电位测量中要注意的另一问题是参比电极的精度 内阻和测量流过的电流 测量用参比电极应具有下列特点 长期使用时电位稳定 重现性好 不易极化 寿命长 并有一定的机械强度 参比电极种类很多 土壤和水一般可以用铜 饱和硫酸铜电极 铜 硫酸铜电极是由铜和饱和硫酸铜溶液所组成 为防止测量过程中电极的极化 制作时要保证铜电极和硫酸铜溶液的接触面足够的大 降低电极工作时的电流密度 3 测试探头 测试探头是由钢盘 参比电极和电解质组成 外部用绝缘体隔离 只留一个多孔塞子作为测量通路 结构可减少土壤电阻压降成分 避免外界电流的干扰 使参比电极和钢盘之间的电阻压降最小 钢盘用和管道相同的材质制成 并用导线与管道相连 极化探头适用于杂散电流区域内的电位测量 用探头测得的电位平滑 可靠 真实 不受干扰的影响 4 电位测量方法一 地表参比法 该法是埋地金属管道的常规测量方法 测试要点是将参比电极放在地下金属管道的顶部地面上 并确保参比电极和土壤电接触良好 用从金属管道上引出地面的测试导线的参比电极引线同时接入高阻电压表 直接测取读数 见图17 5 5 电位测量方法二 近参比法 为更精确地测得管 地电位 尽可能减少土壤电阻压降成分 可将参比电极尽量靠近被测管道表面 测量要点是把参比电极 通常用长效硫酸铜电极或测试探头 尽量靠近被测物表面 如果被测表面带有良好的覆盖层 参比电极对应处应是覆盖层的露铁点 否则意义不大 测试探头是近参比法的典型作法 图17 6是近参比法的另外两种作法 6 电位中消除ir降的测量技术 瞬间断电法 这是最为普通的方法 断电意味着i 0 因而ir o 断电之后 管道电位立即降落下来 然后再慢慢衰减 前面这一电位瞬间急落便是ir降成分 有关 瞬间 概念的数量级 取决于浓差极化的程度和可能产生扩散的速率 图17 8为断电后电位衰减的变化 从图中可以形象的看出阴极保护准则概念中的几个基数 von为通电保护电位 含有ir降 voff为断电瞬间极化电位 不含ir降 这是准则所确认的 0 85v的位置 以voff为起点 测得去极化的电位差 便是100mv准则的实质 不过去极化的过程有时很慢 瞬间断电法要求管道上所有相连的接地保护 牺牲阳极均须断开 管道上多元保护装置也要同时断开 在测试点处不应有杂散电流的干扰 测量中应使用响应速度极快的自动记录仪 有时 由于管道覆盖层缺陷大小不同 导致极化程度不一致 断电后 这种极化程度不一致又会导致产生局部宏电池 使得断电后电位中仍含有ir降成分 图17 9 7 电位中消除ir降的测量技术 试片断电法 管道瞬间断电法固然能消除ir降成分 由于上述因素所限 使得测量精度难以保证 可以用试片断电法 在测试点处埋设一裸试片 其材质 埋设状态和管道相同 试片和管道通过电缆连接 这样就模拟了一个覆盖层缺陷 由管道的保护电流进行极化 如图17 6b所示 测量时 只需断开试片和管道的连接导线 就可测得试片的断电电位 从而避免了切断管道主保护电流及其他电连接的麻烦 杂散电流的影响亦小 可忽略不计 而且不存在断电后的极化率差异的宏电池作用 本方法对工程应用较为实际 对测试桩的功能加以完善 并设置埋设试片及长效参比电极 供测试 使用时应注意试片的极化时间要足够长 由于试片要泄漏电流 故管道上不宜装设太多 一般按标准的技术 可在电流测试桩处设置 即5 10km设一处 8 土壤电阻率测量 1 土壤箱法 此法属实验室方法 在现场采集土样或水样 留用待测 9 土壤电阻率测量 2 原位测量法 wenner四极法具有测量数据可靠 原理简单 操作方便的特点 schlumber法在于电极间距不等 而中间两支电极固定不变 以b的间距改变来测量不同深度的电阻率 b即为土壤深度 10 测量方法标准 gb t21246 2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法 埋地钢质管道阴极保护参数测试方法 sy t0023 97 作废吸收了国外标准nacetm0497 埋地或水下金属管道系统阴极保护准则的测量技术 nacetm0102 埋地管线保护涂层电导测量技术 nacerp0502 管道外腐蚀直接评估方法 din30676 外表面阴极保护的设计和应用 和iso15589 1 管道输送系统的阴极保护 第一部分 陆上管道 中相应测量方法 gb t21246 2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法基本内容 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4基本规定 4 1测量仪表 4 2电压 电流仪表 4 3参比电极 4 4测量基本要求 4 5电位极性 基本内容 5电位测量5 1自然电位 5 2通电电位 5 3断电电位 5 4密间隔电位 5 5消除ir降电位 5 6阴极极化电位偏移 5 7牺牲阳极开路电位 5 8牺牲阳极闭路电位 5 9极化探头法 5 10管道阳极区定位 基本内容 6牺牲阳极输出电流测量6 1标准电阻法 6 2直测法 7管内电流测量7 1电压降法7 2标定法 基本内容 8管道外防腐层电阻率测量8 1适用性8 2方法介绍8 3测量基本要求8 4测量步骤8 5数据处理 基本内容 9绝缘接头 法兰 绝缘性能测量9 1兆欧表法9 2电位法9 3漏电电阻法9 4pcm漏电率测量法9 5接地电阻测量仪法 基本内容 10接地电阻测试10 1长接地体接地电阻测试10 2短接地电阻测试11土壤电阻率测量11 1等距法11 2不等距法 基本内容 12管道外防腐层地面检漏测量12 1交流电流衰减法12 2交流地电位梯度法 acvg 12 3直流地电位梯度法 dcvg 12 4音频检漏法 基本内容 腐蚀培训文件夹 gb埋地钢质管道阴极保护标准 gbt21246 2007埋地钢质管道阴极保护参数测量方法 pdf 第二章管道阴极保护技术要求及配件 一 管道的电连续性 纵向连续导电二 管道具有足够电阻的管道覆盖层三 管道和其他低电阻接地装置的电绝缘四 高电压的防护五 公路 铁路穿越六 邻近其他金属构筑物七 测试桩八 管道的其他考虑 埋地钢质管道通常在埋入地下便应立即施加阴极保护 对于管道施工工期长 永久性阴极保护短时间内投不上的管道 还应考虑对处于强腐蚀性环境中的管段采取临时性阴极保护措施 即使已埋地数十年的旧管道 有时施加阴极保护也是经济合理的 要作到技术上可行 经济上合理 施加阴极保护的管道必须满足下列3个条件 管道纵向连续导电 具有足够电阻的管道覆盖层 管道和其他低电阻接地装置的电绝缘 gb t21448 2008埋地钢质管道阴极保护技术规范 一 管道的电连续性 纵向连续导电 确保阴极保护电流畅通 是管道阴极保护的必要条件 管道的纵向电阻对保护范围有着重要影响 因此管道的电连续性设计是必不可少的 除非另有要求 通常钢质管道的连接均采用焊接连接 由于焊接的电阻很小 完全可以满足阴极保护电连续性的要求 因此不需再作处理 非焊接管道的连接方式有法兰式 大小头承插头 丝扣连接等 这些连接方式 其连接处的接头电阻过大 使管道纵向电阻不能满足阴极保护的要求 为此必须采用电缆跨接方式来确保管道的电连续性 通常选用铜芯电缆 电缆和管道连接可采用铝热焊接方式 二 管道具有足够电阻的管道覆盖层 除非充分调查表明不需要覆盖层 所有新建管道都应带有覆盖层 覆盖层的类型和质量决定了阴极保护的电流密度和衰减 覆盖层通常用电绝缘材料 如沥青 环氧粉末 聚乙烯塑料等 起到了隔绝环境的作用 防止了腐蚀 但十全十美的覆盖层是永不存在的 在施工吊装 搬运 回填 制作过程中都有可能使覆盖层出现破损 针孔 在这些露铁的位置为阳极活化态 覆盖层下的金属则为阴极状态 这样管道在大阴极 小阳极作用下 腐蚀更加集中在阳极区 使腐蚀穿孔的危险比均匀腐蚀还要可怕 也就是 在没有阴极保护的情况下 覆盖层管道的点蚀速率比无覆盖层的均匀腐蚀深度要快得多 阴极保护作为覆盖层的补充 正好在覆盖层缺欠或针孔处通上了阴极电流 使表面阴极极化 防止了腐蚀 而在大部分范围内 由于有覆盖层隔绝了电解质 使得阴极保护所需电流大为减少 根据目前的经验 保护电流密度和覆盖层电阻 单位为 成反比 一般管道新覆盖层对电阻值的要求为大于10000 在这一情况下电流密度为30 50 a 这是管道设计覆盖层的最低要求 只要注意施工质量各种覆盖层均可满足 当前世界上最先进的3层pe覆盖层 电流密度小于1 a dn660的管道保护距离可达200km 覆盖层都必须进行严格的机械性能检测和电绝缘性能检测 前者包括粘结力 抗土壤应力 后者包括抗阴极剥离强度和耐电压 耐电压等级是依覆盖层厚度变化的 覆盖层的电绝缘性能检测一般分为3步 第一步在工厂制造中 成品要用电火花检漏仪检测 第二步在管体焊接后 接头经防腐处理后 在回填土之前再进行电火花检漏一次 第三步则是在管道埋地后在地面上进行覆盖层检漏 对于前二步检测出的漏点必须修补 第三步检测出的漏点应记录在案 是否修补应等阴极保护投产之后再定 三 管道和其他低电阻接地装置的电绝缘 为防止阴极保护电流流到与大地电连接的非保护构筑物上 应对阴极保护管道进行电绝缘 电绝缘可以起到以下作用 防止电流流失 减轻电偶腐蚀 减轻杂散电流干扰 避免不必要的干扰 控制电流流向 电绝缘的设置原则应考虑下列各点 管道所有权改变的分界处 干线管道与支线管道的连接处 干线管道进 出站 泵 热 压缩机站 的连接处 杂散电流干扰区 异种金属 新旧管道连接处 裸管和涂敷管道的连接处 采用电气接地的位置处 套管穿越段 混凝土加重块的钢筋与管道要电绝缘 跨越管段的支架与管道要电绝缘 大型穿 跨越段的两端 电绝缘方法 1 绝缘法兰 指在两法兰间垫入绝缘垫片实现电绝缘 由绝缘垫片 绝缘紧固件和绝缘密封圈所组成 2 整体型绝缘接头 针对绝缘法兰密封性能不佳 现场组装很难保证干燥 洁净 安装中因泥土 潮湿而影响绝缘值 绝缘电阻值随时间延长而下降 接头处易造成短路 耐击穿电压能力弱 不能直埋等不足 出现了整体型绝缘接头 在工厂里预组装 内涂环氧聚合物 埋地后不用管理 在工厂里进行严格的机械 电性能和压力参数测试 整体型结构不容拆开 具有很高的耦合电阻 适合于直接埋地 寿命长 3 绝缘短管 当绝缘装置安装在输水或其他电解质溶液的管道中 4 管道与套管的电绝缘 5 管桥上的电绝缘 电绝缘性能检测 管道电绝缘连接装置的性能检测有两种情况 一是预组装后与管道未连接时的性能检测 二是与管道连接后的性能检测 第一种情况 可使用常规的电工仪表进行绝缘性能测量 如兆欧表法 直接测取兆欧数 第二种情况就比较复杂 因两侧管道可视为良好接地 虽有覆盖层 但面积过大 或管道内有水 兆欧表已摇不出阻值 必须采用专门的测量技术 主要有电位差法 电压电流法 漏电百分率法 不论采用什么方法测试 绝缘装置两侧都应设有预埋的测试导线 有了测试导线 就可在地表上很容易地进行测试了 测试导线的布置 可根据有关的原理图进行 四 高电压的防护 为防止雷电和供电系统的故障电流对电绝缘装置的破坏 通常电绝缘装置上都应装有高电压的防护装置 按nacer0177 95标准的解释 造成破坏的电涌主要来自雷电及邻近的或上面通过的高压交流电缆的感应交流电流和故障电流 防护的装置有避雷器 电解接地电池 极化电池及二极管保护器 使用中应严格遵守制造厂家的说明书中的有关规定 连接电缆的截面应足够的大 装置的耐电压应适应应用场合 五 公路 铁路穿越 管道穿越铁路 公路可采用套管和无套管两种形式 当采用套管时 必须确保套管和管道之间不得有金属接触或低电阻接触 一旦有这种电接触 保护电流将从该点流入套管 而套管多是裸管 严重影响干线的阴极保护 采用无套管穿越 这种穿越的特点是不存在对阴极保护的屏蔽 不影响穿越段的阴极保护效果 采用无套管穿越 应注意施工方法的选择 不得造成管道上覆盖层的破坏 否则将会影响保护效果 六 邻近其他金属构筑物 管道和其他金属构筑物相遇 交叉或平行 存在着两个可能的问题 一是电接触 短路 造成保护电流流失 二是杂散电流干扰 阴极干扰 当埋地管道和其他管道或电缆交叉时 必须确保两者的垂直距离大于30cm 并垫以塑料或橡胶类的绝缘垫 以防电接触 当埋地管道和其他管道或电缆平行时 要考虑两种情况 两者都有阴极保护时 可采用最小间距为0 4m 当对方无阴极保护时 可考虑加大间距 技术规范的要求为1m 根据目前覆盖层技术的进步 这一间距从阴极保护技术上讲 偏保守 有时也难以作到 但从管道安全 维修及施工上讲 这距离要求是合适的 为了监测相互的干扰影响 在交叉点和平行段上安装测试桩 双方构筑物均要引出导线接入桩的接线柱上 七 测试桩 测试桩用于阴极保护参数的检测 是管道管理维护中必不可少的装置 按测试功能沿线布设 可用于管道电位 电流 绝缘性能的检测 也可用于覆盖层检漏及交直流干扰的测试 测试桩基本构造 由桩体 测试接线板 测试导线和铭牌几部分组成 各种功能的测试桩 其桩体可以统一 桩体的选择要立足于美观 好找 耐气候 耐腐蚀 根据中国的国情还要考虑人为破坏的因素 测试桩中的测试接线板是桩的核心 其测试功能就是根据接线板上的接线柱的变化来区别的 接线板上的接线端子 俗称接线柱 可以用各种不同颜色区分 根据测试导线的多少可分为6柱 8柱 10柱型几种 测试导线引入测试桩并与被测构筑物相连接 这样测试工作就可以很方便的在地面上进行 测试桩的铭牌可以提供桩的里程位置 桩的功能及管理者的信息 测试桩的类型 1 电位测试桩电位测试桩用于测量被测管道的电位 它由管道上直接焊接2条测试导线引入桩中接线板上 2 电流测试桩电流测试桩用于测量管道内电流的流向和大小 它由4条测试导线组成 在测量管段两端2条 管段的长度一般为30m 对于大口径管道 因30m管段纵向电阻太小 影响测量精度 应适当加长 3 套管测试桩用于测试套管和输送管的电位 还可用于检测套管和输送管的电绝缘 通常为各引两条导线输入桩内 4 绝缘连接测试桩用于检测绝缘法兰 绝缘接头的绝缘性能 通常接线为6条 一侧4条 具有测电流的功能 另一侧2条可测电位 5 牺牲阳极测试桩设在牺牲阳极埋设点 用于测量牺牲阳极参数 由于牺牲阳极多点和管道相连 投产后很难再测量管道的自然电位 因此 可在该桩处埋设辅助试片和长效参别电极 6 其他测试桩为了方便管理 检测管道各种参数 测试桩还有 交叉点测试柱 与其他电缆 管道交叉时设置 各引2条导线 长距离平行管道测试桩 当管道与其他管道近 间距平行时 应将两条管道的测量线均引入桩内 跨接测试桩 将跨接的管道的测量导线引入桩内 在桩内通过接线柱跨接 测试桩的位置 测试桩的位置一般应选在路边 田埂 沟边 按长输管道敷设的规定 一般位于介质流向的左侧距管道中心1 5m处 按syj36 89标准规定 测试测试桩设置原则为 电位测试桩 汇流点及每公里处设一支 电流测试桩 每5 8km设一支 套管 电位测试桩 每一套管处设一支 绝缘连接测试桩 每一绝缘连接处设一支 交叉测试桩 与其他管道 电缆交叉点处设一支 站内测试桩 视需要设置 牺牲阳极测试桩 两组阳极中间部位设电位测试桩 阳极埋设点处设一支 干扰区 视干扰程度适当加密 一般不得大于500m 大型河流 当穿越段大于200m时在两岸各设一支测试桩 穿铁路 公路 每一穿越点各设一支桩 根据上述原则 各类桩可以结合在一起使用 八 管道的其他考虑 交 直流干扰 1 交流干扰当管道与工作电压超过110kv的输电线路及其变电站相遇 平行或交叉 都将会在管道上感应出一个交流电压 如果输电系统发生故障 其故障电流将会在管道上产生一个几千伏乃至上万伏的瞬间电压 威胁管道的安全 因此管道设计中必须给予考虑 交流电气化铁路虽然运行电压只有27kv 但它由铁轨泄漏一部分电流也将影响到管道 当供电方式不采取措施时 对管道安全也会造成威胁 不过最近建设的电气化铁路多采用at或 t供电方式 对管道的感应影响就小得多了 交流干扰主要是安全问题 腐蚀只是直流杂散电流腐蚀的1 故可忽略不计 2 直流杂散电流干扰由直流杂散电流造成的腐蚀已是埋地管道腐蚀的主要原因 所以管道设计中不可不防 直流杂散电流的干扰源有矿区直流电气化铁路 城市有轨电车 地下铁路 电解 电镀及阴极保护装置 其干扰以mv计 当管 地电位正向偏移20mv时就说明有干扰存在 达到正向100mv时就必须采取措施 混凝土构筑物管道本身采用的混凝土构筑物有固定墩 穿越河流时的加重覆盖物等 若钢筋和管道间存在着电接触 因钢筋的电位只有 0 2 0 3v 因此构成腐蚀电池加速管道腐蚀 所以管道必须与混凝土中钢筋电绝缘 长效埋地型硫酸铜参比电极在电化学保护领域中 测量金属构筑物的电极电位必须要用参比电极 有些场合还必须要用长寿命埋地参比电极 这些应用场合有 恒电位仪自动控制信号源 无法接近位置的测量 如罐底 路下等 杂散电流干扰段 铝热焊技术 铝热焊技术是当前阴极保护领域导线连接的主要技术 用铝热焊接技术焊接电缆有以下优点 焊接点的电流载流量和导线相等 焊接是永久的 不会因松动或腐蚀造成高电阻 设备轻便 携带方便 价格低廉 不需要外部电源和热源 不需要专门的技术 可用肉眼检查质量 第三章管道阴极保护运行与管理 一 运行与管理技术要求二 管道阴极保护管理主要控制指标三 防腐管理周期四 电化学保护故障分析五 档案资料的管理六 阴极保护投入运行的调试 一 运行与管理技术要求 阴极保护工程应与被保护构筑物同时设计 同时施工 同时投产 一旦投入运行 就应确保阴极保护系统持续有效 任何异常现象都应及时处理 这是管理工作者的责任 防腐层绝缘电阻的测定及管理 防腐层检漏修补作业 阴极保护运行管理主要控制指标 电化学保护的运行管理 防腐设备的管理 档案资料的管理 1 被保护构筑物的电位技术要求 阴极保护的有效性判据是保护电位 因此电位参数测试的准确性显得十分重要 通常要注意 测量回路中的ir降影响 参比电极的校准 测试仪表的精确度 内阻及量程 外界干扰的存在 极化时间要求 管理工作中 被保护构筑物的电位是必测项目 测量的时间间隔应有明确的规定 定期测得的数据要纳入技术档案 永久保存 2 牺牲阳极系统技术要求 在牺牲阳极设计时 阳极与被保护构筑物的连接有两种方式 一是直接焊到被保护体上 另一种是通过接线盒与被保护体相连 对于前一种情况 被保护构筑物的自然电位将测不出来 应采用辅助试片 试片不与被保护体相连 并置于同一电解质中 试片的材质应与被保护体相同 牺牲阳极的测试参数有电位 电流和电阻 牺牲阳极的管理要求为 定期检测被保护构筑物的电位 半年或一年检测一次阳极工作电位和电流 必要时检验阳极表面腐蚀状态 牺牲阳极装置系统完整性维护 3 强制电流系统技术要求 强制电流系统由电源和辅助阳极两部分组成 电源设备种类较多 采用交流供电的有恒电位仪 恒电流仪及变压器 整流器 配电装置等形式 它们的维护保养与低压用电设备一样 通常要注意 a 电连接点牢固可靠 b 机体对地绝缘符合规定 c 外壳无锈蚀 d 供气系统畅通无阻 e 散热板无积炭 f 太阳能电池板无积雪灰尘 g 不同地理位置 不同的环境温度要校准仪器设备的工作点 辅助阳极地床结构形式多种多样 都要注意 a 阳极引线接头防水绝缘密封完好 b 阳极对电解质的电阻稳定不变 c 土壤环境中的阳极 气阻 现象 4 管理测量技术要求 由于阴极保护系统管理测量为现场测量 就测量的准确性 重现性和对比性而言 要求操作者力争作到 测试仪表前 后一致 参比电极位置固定不变 环境条件 温度 湿度等 尽量相同 接线连接工具一样 参比电极使用前应校正 二 管道阴极保护管理主要控制指标 按sy t5919 94标准要求 埋地钢质管道阴极保护管理主要控制下面几个指标 1 保护率100 2 运行率 95 3 保护度 85 4 保护电位 一般地区为 0 85v cse 或更负 当土壤或水中含有硫酸盐还原菌时 为 0 95v cse 或更负 保护率反映管道施加有效阴极保护覆盖范围的程度 通常以保护管道的总长和未达有效保护管道长度两参数计算 保护率计算公式为 tc 100 式中tc 保护率 l1 施加保护管道总长 km l0 未达有效保护管道总长 km 阴极保护运行率反映在一年时间内 阴极保护运行时间所占的比例 要求不间断运行 但实际上达不到 主要是测自然电位 设备故障检修和调整时要占去一定的时间 运行率计算公式为 t 100 式中t 阴极保护运行率 t1 年度内有效运行时间 h t0 全年小时数 取8760h 阴极保护保护度反映阴极保护有效程度 通常采用通电 不通电的试片腐蚀速率来计算 保护度计算公式为 tn 100 式中tn 阴极保护保护度 g1 未加保护试片的失重 g s1 未加保护试片的裸露面积 cm2 g2 施加保护试片的失重 g s2 施加保护试片的裸露面积 cm2 三 防腐管理周期 防腐管理周期 防腐管理周期 防腐管理周期 防腐管理周期 防腐管理周期 四 电化学保护故障分析 1 牺牲阳极故障分析 阳极输出电流减小 达不到保护电位 这种现象的可能原因有 a 阳极消耗掉 可能需要更换 b 阳极 阴极的连接断开 c 阳极 导线接头断开 d 阴极 导线接头断开 e 阳极周围土壤干燥 f 环境污染对阳极性能的影响 阳极输出电流增大 但保护构筑物电位极化不上去 这种现象的可能原因有 a 被保护构筑物所需电流过大 阳极输出的电流远小于所需电流 b 被保护体与相邻金属构筑物有电连接 c 环境改变引起迅速去极化或者水的含氧量增大 d 绝缘装置失效 e 覆盖层老化或破坏 牺牲阳极其他故障a 阳极体腐蚀不严重 但阳极已不能工作 可能的原因为 阳极成分不合理 在工作环境中造成钝化所致 影响因素有温度 含盐类型等 b 阳极体局部腐蚀严重 造成阳极体断裂 可能的原因是阳极合金化不均匀 造成局部腐蚀 c 未达设计寿命 阳极失效 可能的原因为 阳极杂质含量高 阳极效率降低 d 在交流电干扰状态下 有时阳极会发生极性逆转 管理中 如有交流干扰要严密监视 2 强制电流阴极保护系统常见故障及原因 通电后 构筑物 电解质电位变正 这是正 负极接反了 必须立即更正 否则将会造成被保护体快速电解腐蚀 危险性极大 施加电压正常 电流小但不为零 可能的原因有 a 阳极或地床破坏 b 地床干燥或阳极露出水面 c 土壤环境中 阳极地床的 气阻 d 阳极接头断开 e 阴极引线断开 施加电压正常 电流为零 可能的原因为阴 阳极引线断开 或阳极完全失效 施加电压 电流偏小 可能的原因有 a 变压比例不合适 b 变压 整流器故障 c 供电系统故障 施加电压 电流偏大 可能的原因是变压比例不合适 施加的电压 电流正常 但构筑物 电解质电位负移不够 可能的原因有 a 电连接点断开或接头电阻过大 b 测试点处土壤干燥或土壤充气过多 c 环境去极化作用过强 或水中含氧量增大 d 绝缘故障 与其他构筑物短路 e 金属构筑物的屏蔽作用 f 相邻阴极保护装置失效 g 防腐覆盖层老化或损坏 施加的电压 电流正常 但构筑物 电解质电位负得不正常 可能的原因有 a 在远端电连续性跨接断开 b 调试之后 电解质的充气降低 c 电解质流速降低 d 干扰跨接断开 施加的电压 电流正常 但构筑物 电解质电位波动 可能的原因是杂散电流干扰 五 档案资料的管理 与防腐保护有关的档案资料管理是非常重要的管理工作内容 档案资料是历史的记载和再现 对于指导现在 决策未来有着不可取代的作用 特别是对于长期预防性质的工作 更具有现实价值 档案资料的管理 是资料的收集 整理 保存的过程 必须认真细致 提高认识 形成制度是作好这项工作的前提 管道设计时与腐蚀防护相关的资料 设计时环境调查获得的资料 管道沿线 管沟 的地质分布 如沼泽 土壤类别 地下水位或水质 特殊化学污染区等 管道敷没方法及局部结构 如电绝缘位置及形式结构 穿越套管部位的长度与结构型式 管子支架或支墩的绝缘或防腐状态 管道与其他沿线分布的埋地金属构筑物的位置关系及尺寸 需处理的处理措施等 管道防腐层材质 结构 等级 施工方法及其分布 补口材料与结构 同时包括防腐层理化性能及生产过程中原材料及产品的主要的技术文件 防腐设计资料 电法保护设计的全部文件和图纸 设计过程中所进行的试验及为设计所采用的相关资料 为设计而进行的腐蚀调查资料 施工与安装资料 管道回填方法及回填施工资料 防腐层 补口施工检验 验收等检测资料与合格证书 施工中防腐层补伤资料 防腐设备安装资料 设计修改及检测验收资料 防腐设备的调试资料 防腐设备使用说明书 图纸等 管道各段埋地时间 运行中的资料 历次防腐层绝缘电阻测量资料 特别是第一次测量结果 历次防腐层检漏修补资料 包括管体腐蚀损伤状况及修补资料 历次腐蚀调查资料 包括调查过程及结果报告 电法保护投运时间 投运调试结果 历次电法保护系统全面检验及修理 改造资料 历次管地电位等测量成果 按规定周期 三项控制指标结果 阴极保护运行记录 输出电压 保护电流记录等 进行腐蚀与防护实验记录 腐蚀事故抢修记录 包括地点 时间 损失 腐蚀状态及抢修方法等 上述1 2项的资料中 收集的只是初期的情况 运行期间某些项目 如管道沿线环境 沿线埋地金属构筑物等会发生变化 仍然要通过调查予以补充 但原有的资料一定要长期保留 通过对比可对正在运行的管道指导维护 对新建管道的设计施工及科研都有重要的参考价值 对上述记录资料加以整理 绘制必要的曲线或表格 使用时会更加方便有效 目前我国石油部门已初步建立腐蚀与防护数据库 对实现计算机管理 并为用户提供软件和查询数据有很大的实用价值 说明我国的腐蚀与防护资料档案的管理工作已经开始走上有序管理的轨道 六 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 从阴极保护的原理介绍 已得知没有绝缘就没有保护 为了确保阴极保护的正常运行 在施加阴极保护电流前 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是否正常 管道沿线的阀门应与土壤有良好的绝缘 管道与固定墩 跨越塔架 穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施 管道在地下不应与其它金属构筑物有 短接 等故障 管道表面防腐层应无漏敷点 所有施工时期引起的缺陷与损伤均应在施工验收时使用埋地检漏仪检测 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电气设备的安装是否符合 电气设备安装规程 的要求 各种接地设施是否完成 并符合图纸设计要求 2 对阴极保护的站外设施的选材 施工是否与设计一致 对通电点 测试桩 阳极地床 阳极引线的施工与连接应严格符合规范要求 尤其是阳极引线接正极 管道汇流点接负极 严禁电极接反 3 图纸 设计资料齐全完备 3 阴极保护投入运行的调试 1 组织人员测定全线管道自然电位 土壤电阻率 阳极地床接地电阻 同时对管道环境有一个比较详尽的了解 这些资料均需分别记录整理 存档备用 2 阴极保护站投入运行按照恒电位仪的操作程序开启 给定电位保持在 1 20伏左右 待管道阴极极化一段时间 4小时以上 开始记录直流电源输出电流 电压 测试通电点电位 管道沿线保护电位 保护距离等 然后根据所测保护电位 调整通电点电位至规定值 继续给管道送电使其完全极化 通常在24小时以上 再重复第一次测试工作 并做好记录 若最远端保护电位过低 则需再适当调节通电点电位 3 保护电位的控制各站通电点电位的控制数值 应能保证相邻两站间的管段保护电位达到 0 85伏以上 同时各站通电点最负电位不允许超过规定数值 调节通电点电位时 管道上相邻阴极保护站间加强联系 保证各站通电点电位均衡 4 当管道全线达到最小阴极保护电位指标后 投运操作完毕 各阴极保护站进入正常连续工作阶段 第四章阴极保护中的几个问题 一 杂散电流对埋地管道腐蚀二 排流保护的管理三 阴极保护中的屏蔽问题四 阴极保护的费用 一 杂散电流对埋地管道腐蚀 埋地钢质管道在直流杂散电流作用下会造成干扰腐蚀 据统计分析 在我国较长的东北原油管道系统 有埋地钢质管道2000余公里 其中受到杂散电流干扰的管段约5 管道投产后20余年内 共发生腐蚀穿孔事故40起 其中80 是杂散电流腐蚀造成的 穿越某石棉矿区的管道 埋地三年就发生了杂散电流腐蚀穿孔 腐蚀速度2 0 2 5mm a 一条直流电气化铁路密集地区的管道 埋地仅半年就发生了腐蚀穿孔 腐蚀速度高达10 12mm a 这些例证说明了 杂散电流在腐蚀穿孔事故中占相当大的比例 有杂散电流时腐蚀速度比自然腐蚀速度大许多倍 所以防止杂散电流腐蚀 在管道防腐保护中占重要的地位 地下钢管及电缆铠甲钢网等每安培年腐蚀率约9 10kg 铅约33 9kg 铜约10 1kg 铝约2 9kg 由此可见杂散电流腐蚀是严重的必须采取防护措施保护管道 杂散电流干扰防护 从单一排流发展到目前采用极化电池 接地 箝位 多功能排流 屏蔽 分段隔离 干扰方被干扰方联合行动 综合治理的方向发展 bsen50162 2004直流系统中杂散电流引起腐蚀的防护 德国腐蚀问题工作协会推荐标准第2号阴极保护的管线电缆和容器对地下金属设备的影响 bsen50122 21999铁路设施 固定设备 第2部分直流牵引系统杂散电流防护措施 修改件a1 iso15589 1 2003油气管道的阴极保护 美国腐蚀学会nacerp0177 tm0497 rp0502 rp0102 asnzs4853 2000金属管道上的电危害 澳 新西兰 as2885 3油气管道运行操作与维护sy t0017埋地钢质管道直流排流保护技术标准 sy t0032埋地钢质管道交流排流保护技术标准 gbt17682 1999矿山杂散电流的测定 mt670煤矿井下牵引网络杂散电流防治技术规范 cjj49地铁杂散电流腐蚀防护技术规程 sy t0023埋地钢制管道阴极保护测试方法 sy t007管道腐蚀设计规范 sy t0036阴极保护设计规范等 1 杂散电流的定义腐蚀原理分类危害直流杂散电流干扰 电气化铁轨 轻轨 交流杂散电流干扰 强电 高压传输线 地电场杂散电流干扰 无线电 接地床 接地线 埋地管道及地下金属构筑物遭受直流杂散电流干扰影响 可用地电位偏移 地电位梯度 漏电流密度判定 通常以对地电位较自然电位正向偏移值 20mv作为干扰腐蚀的指标 以地电位梯度作为判定直流杂散电流强弱的指标 2 杂散电流的监测与检测方法常规方法 电流中断 万用表 土壤电阻率 ur 电位梯度电流测绘 rd pcm rd scm 采用dcvg cips测试交直流电位梯度智能电位测试 原位电流 试片断电 3 杂散电流数据处理土壤腐蚀综合分级判定杂散电流pcm scm专业软件分析杂散电流流入点 流出点智能电位 原位电流 试片断电测试与数据分析 4 杂散电流对管道涂层与电法保护cp效果影响涂层与电法保护 cp 有效性测试 分析 评价干扰区电位测量结果中ir降消除研究成果有干扰腐蚀时cp电位指标 电流保护参数设计杂散电流对牺牲阳极钝化及效率影响研究 二 排流保护的管理 1 测试项目a 管道自然电位 b 管道干扰电位 c 地电位梯度测试 d 管内电流测试 e 接地排流的接地极对地电阻 f 干扰源侧的测试项目 视需要 2 测量时间间隔要求应不少于强制电流系统的测试要求 当干扰严重时或参数变化大时 应增加测试频率 3 特殊的考虑a 应每年对干扰源侧的铁轨的接头电阻 扼流圈接点电阻进行一次检测 必要时协同干扰源管理单位修复不合格项目 b 每3年至少检查一次负回归线与大地之间的绝缘状态 c 应获取干扰源侧的运行图 并每年和干扰源的管理单位核对一次 修订运行图 d 每次排流参数的改变 都可能引起相邻金属构筑物的干扰状态的改变 所以 任何排流调试和改动都要通知相邻构筑物的业主或联合进行 在埋地管道的日常管理中 对排流保护装置的监测要比常规阴极保护装置更严格 其原因有 a 当保护装置出故障时 杂散电流危害性大 b 由于杂散电流的波动 装置更易发生故障 c 铁轨线路和供电所的变化 将造成杂散电流状态的改变 三 阴极保护中的屏蔽问题 当管道周围有绝缘层或金属结构存在时 会影响阴极保护电流的流动 使管道得不到有效的阴极保护 即 电流屏蔽 目前 国内采用 管中管 进行防腐保温的长输管道都不同程度的发生了腐蚀事故 某些套管内的输油管和固定墩内的管道也存在较为严重的腐蚀 这种状况除了与施工质量控制不严有关外 阴极保护电流的屏蔽也是一个重要原因 绝缘层 套管 混凝土固定墩 区域阴极保护 以及罐底板阴极保护时都可能存在屏蔽问题 应该引起管道及储罐设计 施工 管理人员的重视 1 管道穿越时套管金属结构对管道的屏蔽 在管道穿越公路 铁路 以及河流时 经常需要将输油管放在金属套管中 以对管道进行附加保护 套管与输送管充分绝缘 1 输送管与套管完全绝缘 套管与输送管的环型空间内没有电解液存在 在这种情况下 阴极保护电流被完全屏蔽 但输送管仅受大气腐蚀 2 输送管与套管之间没有电气连接 但套管内有电解液或泥土 此时 阴极保护电流从土壤中经过套管到达输送管 在这种情况下 输送管以及套管的外壁会得到阴极保护 而套管的内壁因为排放电流而加快腐蚀 3 套管与输送管短路 一旦套管与输送管发生短路 阴极保护电流沿套管通过接触点返回到输送管 此时 如果套管与输送管之间有电解液 输送管将发生严重腐蚀 即使没有电解液 如果套管防腐层较差 也会泄漏大量电流 使套管附近的一段管道得不到充分保护 在设计中 应该尽量避免采用套管 而靠提高输送管的壁厚来提高强度 在必须使用套管的情况下 应采取必要的密封措施 防止电解液进入 并保证套管与输送管的绝缘 2 固定墩钢筋的屏蔽 当固定墩内的钢筋与输送管发生意外接触时 其影响相当于一个短路的套管 阴极保护电流通过钢筋并通过接触点返回管道 尽管钢筋之间存在间隙 但密布的钢筋仍能阻断大部分阴极保护电流 使固定敦内的管道得不到充分保护 因此 在设计中应减小钢筋与套管短路的可能性 在施工中也要经常检测钢筋与输送管的电阻 3 管中管 防腐保温结构绝缘体对管道的屏蔽 当管道周围有绝缘体存在 而且绝缘体与管道间有电解液存在时 由于阴极保护电流无法通过绝缘体到达管道表面 管道得不到阴极保护 有人认为 阴极保护电流可以通过绝缘体与管道之间的空隙到达管道表面 事实是如果该空隙之间充满电解液 电阻率很小 这种看法是正确的 通过对 管中管 的腐蚀情况进行调查发现 如果防水层破坏 水分进入保温层 如果水分充足 管道会得到阴极保护 一般不会发生腐蚀 如长期处于水下的管道 如果仅有少量的水分进入管道 则在漏点两侧 2 3倍间隙的距离以外 一般会发生较严重的腐蚀 另外 如果管道附近有其他绝缘体或岩石存在 也会影响电流的流动 对管道的保护电流起到屏蔽作用 因此 当管道通过岩石地带时 应采取措施 如 采用柔性阳极或带状阳极 保证阴极保护电流顺利的到达管道表面 4 区域性阴极保护时 土壤的屏蔽 对于位于开阔地带的管道 土壤不会对阴极保护电流产生屏蔽 但对于站内的管网和管群 可能会有这种屏蔽问题 由于管道密度较大 尤其当管道防腐层不好时 电流的泄漏会使其附近区域的土壤电位随之降低 此时