NACE 阴极保护标准6.doc

第六章现场测试总则对于一个阴级保护技术员而言，具有正确的测试程序知识是一项必备的技能。你必须完成可能所要求的测试，并能够给入门级人员教授这些程序。期望学习这门课程的学生应当具有完成这些测试并进行检验的多年现场经验。他们必须了解仪表使用，掌握这些测试背后的相关理论，熟悉能够导致结果发生歪曲的误差来源。阴极保护有效性的测量各种技术可以用于测量一种构件在阴极保护下，实际上为了防止构件腐蚀的保护程度。这些技术包括：阴极保护实际上是为了防止构件腐蚀，一种构件在阴极保护下的保护程度可以采用各种技术来测量，包括：l 构件对参比物电位l 试样l 电流测量l 表面电位测量l 土壤电阻率l 直接观测l 漏频l 在线检测构件对溶液电位除了又被称作管道对溶液电位、管道对土壤电位、储罐对溶液电位或构件对土壤电位，构件对溶液电位的定义是：构件的金属表面与溶液的电位差，该电位差由与溶液相接触的电极作为参比电极测量得到。构件对溶液电位采用与电路并联的伏特计进行测量。测量的外电路电阻很高，因此要求采用高输入电阻伏特计以避免有过多电流从构件分流出来，从而造成测量结果不准确。此外，如前所述的参比电极，通常被称做参比电池，用于与土壤连接。构件对溶液电位分布测量用于：l 探测未进行阴极保护的管线的阳极区l 确定阴极保护构件的阴极保护效率l 探测杂散电流l 探测短路l 探测涂层漏涂区电位测量是一种用于测量是否达到充分保护的常用方法。对构件施加来自环境的电流，其电位相对于环境将发生改变。电位的改变是极化的反映。测量结果用以确定是否满足了其中的某一阴极保护标准（见第二章关于阴极保护标准的论述）。根据NACE标准，除了构件对溶液边界部位外，必须考虑电压降以便用固定（恒）电位测量方法评估阴极保护体系的效率。多种方法可考虑用来降低电压降：l 参比电极与构件表面的距离最小化l 电流中断时测量电位（瞬时断路电位）l 施加电流或断开电流时测量构件极化的形成或衰减l 在构件附近安装外接阴极保护试样以模拟涂层漏涂构件对参比电极电位方法的优点在于它相对直接，并且电位测量符合标准。其缺点是所有的阴极保护电流源必须同时断开，杂散电流会影响读数，无法获得带有直接偶合电偶阳极构件的极化电位，并且表面电位测量实际上测的是平均电位。这种实际构件对溶液电位的平均意味着表面测量可能无法探测到那些不被阴极保护的微腐蚀电池。电位测量电路和测量误差电位测量的目的是精确测定试验点的管道点位。测量电路可近似用图6.1表示。图6.1 构件对溶液测量电路示意图其中：Rtl=试验引线电阻Rm=电压表电阻Rp,e=管道对地电阻Rr,e=参比电极对地电阻Im=仪表电流Etrue=构件对溶液电位VM=电压表读数理想上说来就只有管道与参比电极之间的真实电位差应当经过仪表两端，因为仪表电路是一种串联电路，通过仪表的电压降高低将正比于仪表电阻与总仪表电路电阻的比值。对于测量电路，基尔霍夫电压定律是适用的，真实电位差等于串联电路电压降的总和。6-1 令Vcirc等于除了电压表电压降外的所有电压降，即但 及且于是有 6-2因此，通过电压表的电压值（Vm）与真实电位差(Etrue)正比于仪表电阻（Rm）与总电阻的比值。例如考虑以下情况：真实电位(Etrue)为1000mV，每个试验引线电阻（Rtl）为0.01，管道对地电阻（Rp,e）为10，参比电极对地电阻（Rr,e）为100k，电压表电阻为1M。计算将通过电压表的电压。由方程6-2误差为：在上例中如果电压表的输入电阻增加到10M，电压表的读数将是990mV，误差将降为1%。在测量电路中电压表的电阻比其它电阻大很多情况下，经过电压表的电压接近真实电位。除了电压表要高输入电阻外，在测量电路中应当避免高电阻。当参比电极置于干燥土壤、水井排水沟砂粒、碎石、冰冻地面、沥青或混凝土上时参比电极接触电阻可能成为误差源。为了使误差最小化，可通过润湿参比电极周围区域提高接触电导。在极端情况下，可以钻一个孔，该孔从表面直到永久潮湿层深度，将参比电极放于孔内，或者在参比电极与大地间搭接一电解液桥（见图6.2a和6.2b）。a)干土或冰地 b)沥青或混凝土图6.2 参比电极接触电阻最小化的方法由图6.2a，从地面到黏土的深度必须低于冰冻土壤的冰冻线和干燥土壤的永久潮湿深度。对于沥青或混凝土，即使孔内水位下降，肥皂水溶液通常也能提供足够的电解液接触。高测量电路电阻也会出现于试验引线破损、试验引线连接电阻破损以及如果管线很短且涂装完整出现管道对地电阻破损情形。当测量管道对土壤电位时，可能不会立刻出现明显的高电路电阻。如果电压表有一输入电阻选择开关，在测量电路中高阻可通过转换较低或较高的输入电阻量程所测得。如果在两个输入阻抗间电压表指示的电位区别非常明显（也就是说大于10%），那么测量电路存在高电阻。进一步通过了解两个输入电阻以及相应测得电压，通过方程6-3可计算真实电位。 6-3其中：Etrue=真实电位K=输入电阻比Rl/RhRl=低输入电阻Rh=高输入电阻Vl=用低输入电阻测得电压Vh=用高输入电阻测得电压例如，如果输入电阻（Rl）为1.0M时测得的电位差(Vl)为-650mV，输入电阻（Rh）为10M时测得的电位差(Vh)为-800mV，那么真实电位（Etrue）计算如下：Etrue与极化电位相同。此外，总电路电阻（Rt）可通过方程6-2测得。这意味着除电压表电阻外的测量电路电阻大小是：由于电荷流动于土壤和管道之间，且由于土壤的电阻，对于裸露管道，土壤的电压降造成管道周围形成电位梯度，见图6.3所示。图6.3 受到阴极保护电流的裸露管道周围的电压和电流线来源：射线代表电流路径，而与电流线垂直的线代表由电流产生的等电位线表面。这些垂直于电流线等电位线表面，并不是在空间上平均分布的，而是随着远离管道的距离而增加，因为连续的土壤每一外层具有更大的表面积，因而电阻更低。如果电位测量参比电极位于A处，电流方向朝向管道（如阴极保护情形），那么在土壤里参比电极和管道表面间形成电压降(Vs)。在A点的土壤比紧邻管道表面的土壤电位更正。如果临近等电位表面的电位差为10mV，土壤里管道表面和参比电极位置处的电压降将为10X10mV=100mV。在管道表面土壤相对参比电极土壤的电位为-100mV。例如，如果管道极化电位（Ep）为-790mVcse，电压表读数将为：这样，测量中有100mV误差使它看起来比实际受到更好的保护。对于一涂装良好的管线，等电位场形成于漏涂区附近，如图6.4和6.5所示。图6.4 涂装管道上漏涂区附近的电流和电压线图6.5 紧邻漏涂区附近的电流和电压线在涂装过的管道上，大多数的电压降集中于紧邻漏涂区附近。通常在参比电极和暴露于漏涂钢铁之间95%的总电压降落在大约10倍于漏涂直径范围内。对于1cm直径漏涂区，95%的电压分布在离漏涂处起半径10cm内。电位测量中由于管道电流造成的电压降误差电压降也发生于携带电流的金属通道。如果到管道的连接远离参比电极位置，如图6.6所示，则在电位测量时会出现IR降误差(Vp)。图6.6 携电流管道的电压降IR降误差测量和校正电位测量常常包括因IR降造成的误差，尤其是在如前面所讨论的电解溶液中。另外，当测量和评估现场数据时，必须测定IR降误差大小并适当补偿。相应地，有许多种常用方法测量和校正IR降：l 主要去极化发生前中断电流并测量电位（时常称为“瞬时断电”电位）l 将参比电极放置于靠近构件的暴露金属表面处。在涂装过的构件上，参比电极必须置于紧靠涂层缺陷（漏涂）处。l 将参比电极置于包含最大IR降误差的远地处，再在参比电极离构件最近处所测得的电位中减去这个误差。l 分步降低电流，同时测量构件对溶液电位的变化和测量因此得到的表面电位梯度。由此数据作图并外推到零电流，用以确定在满电流时构件对溶液电位下的总IR降误差。在有些情形下，如果电流和/或电流路径的阻碍（它是路径的横截面积、电阻率和长度的函数）很小，则IR降误差可以忽略。在忽略IR降前，应当测量IR降的大小以核实其不重要性。断电法消除IR降误差的一个有效方法是使电流为零，因而IR乘积等于零。通常，零IR降通过暂时中断电流，瞬时读取构件电位获得。此电位必须迅速读取，因为随时间推移，构件将开始去极化（见图6.7）。图6.7 在断电循环周期去极化的波形图然而，由于与阴极保护电流中断相关的诱导效应和电容效应，可能会出现强的尖峰。“瞬时断电”电位应当在这些尖峰衰减后再进行测量（见图6.8），但必须在构件的强去极化发生之前测量。图6.8 在断电期间构件对溶液电位展示“尖峰”的“波形图”为了测量“断电循环期间”构件对溶液电位，所有影响研究区域的电流源都必须中断。这可由在研究区域内影响体系的所有电流源安装一电流中断器来实现。中断器实质是一个连接着非常精准计时器的机械或电子继电器。多个单元可同步响应，允许多个电流源同时中断，这样在同一瞬时有效地移走构件的所有电流。没有电流流动，电位降为零，测得的电位是管道的极化电位。测得电势（Em）=Ecorr+极化电势+IR降 6-4具体见图6.9所示。图6.9 通过断电和随后的去极化消除IR降该技术的额外优势在于电路的金属路径中的IR降也消除了。在多个电流源影响电位读数的构件上可能很难中断所有的来源或同时中断这些电流源。由于任何给定位置的IR降是所有施加电流源效应的加合，因而总的IR降可以通过计算单个效应的加合得到。断电循环周期基于所进行的构件对溶液电位研究的类型而变化。选择断电循环周期的关键因素包括：l 白天期间将去极化减小到最小l 在断电期间将去极化减小到最小l 在研究项目期间保持极化l “尖峰”消退后能够测量精确的断电电位数据维持80%/20%或75%/25%工作循环对于白天期间将去极化减小到最小及在研究项目期间保持极化非常重要。工作循环是通电时间对断电时间的百分比。例子之一是3秒置于“开”和1秒置于“关”。此外，在夜间关闭电流继电器十分重要，这将减少电流源的循环时间，并且当电流源在“开”和 “关”档循环时，帮助重建白天期间可能失去的任何极化。保持电流继电器的同步有几种方式。现在提供的电流继电器包括石英晶体计时装置，一旦计时装置同步运行，继电器将在一段时间里维持计时。美国政府的全球定位卫星（GPS）系统也提供精确的计时，并且免费对公众服务。GPS同步继电器无限期地维持精确的计时，因为它们全天都可“重新调整”预先设定的时间。注意到如果失去卫星信号，某些定位系统将不在开关的工作位置，那么当其返回时需重新启动。除非有一固定的数据记录器监控这些数据，否则这个事件将不被注意，真正的极化电位也不会出现。一种核实继电器同步和检查诱导、电容峰的大小和持续时间的方法是记录“波形图”。波形图是在一个断电循环周期每秒记录的成百或数千的构件对溶液电位的曲线图。将数据对时间作图，回顾如下：l 继电器同步（见图6.10）l 在“断电”期间去极化（见图6.7）l 尖峰强度和持续时间（见图6.8）l 动态杂散电流（见图6.11）图6.10 非同步电流中断器波形图图6.11 动态杂散电流干扰波形图临近构件的参比电极为了使溶液的IR降误差最小，参比电极应当定位于离构件尽可能近的地方。但这样可能不能消除所有的IR降。当涉及地下管道或储罐时，电极的理想位置会在裸露构件表面或在涂层漏涂处。然而有时参比电极会有意置于离构件一定距离的地方，这将在“远地”一节进行讨论。在储水罐内，电极应当定位于离储罐壁尽可能近的地方。在水边码头或近海构件该原则同样适用；电极应当离钢桩尽可能近。在流动水中，电极可能会晃动，因此许多构件安装了金属导管或凿孔的塑料管以限制轻便电极的移动。对于地上储罐，常常在罐的边缘采集数据，这在罐底以下部位可能不会得出精确的电位数据，尤其是当阳极是以环的形式绕着储罐或储罐的直径足够大时会如此。将固定的参比电极置于罐底能得出最佳数据。或者，如果将凿孔的塑料管安装于罐底并充满水，参比电极可通过该管，在下面电位可每隔一段距离进行测量（见图6.12）。图6.12 地上储罐的参比电池将参比电极放在离构件很近的地方使溶液的IR降误差最小，误差的大小与电极到表面的接近程度成正比。不幸的是，对于地下构件，除了在构件对土壤的出入口各点外，它不是一个实际可行的技术方法。在涂装过的构件上，电极通常也不可能放在比涂层外最近点离构件更近的地方，并且它穿过存在许多IR降的涂层。外部阴极保护试样有证据表明阴极保护操作可采用与保护构件同样的金属试样获得。事先这些试样小心进行称重，然后与被保护构件进行电连接。这些试样应当放在所遭受的暴露环境与构件接受的阴极保护电流相同的地方，然后，经过一定的暴露时间再移走并称重。腐蚀率是单位时间的失重。外部阴极保护试样也可用于阴极保护标准的监查，这在几乎没有漏涂涂层、涂装良好的构件上尤其有用。试样作为替代漏涂区，且极化到同样的构件电位（见图6.13）。9cm2试样图6.13 外部阴极保护试样采用阴极保护试样的优点是无需中断复合电源即可获得无IR降电位，构件对参比电极电位可通过带有直接连接电偶阳极的构件上测得，且在不去阴极保护电流情况下可在构件上进行去极化测试。应当可以理解，在试样和构件的极化电位间会存在一定差异。有许多特殊阴极保护监测测试桩可供选用。它们由金属试样通过试样站金属导线连接到受到阴极保护的构件。试验站是固定的，以便试样安放在构件附近相同的回填区内，该回填区在构件周围。参比电极放在测试桩的立管内，试样旁的土壤里，或可以测量试样对溶液电位的地基处。试样与构件瞬间断开并读取其对溶液电位。这实质上得到试样对参比电极的无IR降读数，因此等效于构件的瞬间断电电位，因为在读数读取前它们本该具有相同的电位。在试验桩底部，一些试验桩安装有电阻型腐蚀探针供使用。元件（探针）连着构件并和构件处于同样的阴极保护水平。如果腐蚀发生，电阻探针将通过显示随时间变化的更高电阻反映腐蚀状况。图6.14示出一类试验桩，它包括以上所描绘的特征。图6.14 监测阴极保护的特殊特殊试验桩图6.15显示了一个试样测试桩设计用于监测管线或其它埋件的阴极保护程度。试样也可用于水下构件（如水罐、澄清池、码头构件及近海构件）、增强混凝土构件或其它被阴极保护的构件。图6.15 两种类型的试样测试桩电阻探针可以不用从环境中移走就直接监测腐蚀率。当金属腐蚀时，其体积减小，导致其电阻增加。当金属腐蚀时，这些探针工作原理是感应探针的电阻增加（探针由被测金属构成）。试验桩装置测量电阻变化，然后用于测定腐蚀率。在进行了阴极保护的构件上，探针的腐蚀率将为零。探针也可用于电位和极化的测量。远地处的参比电极随着参比电极远离构件，当施加电流时，电位读数包括最大总电压降误差。相应地，通过将一参比电极置于管道表面和远处所确定的最大值，只要电流密度和路径电阻率保持相对恒定，这个值可从构件对溶液电位读数中减去。当存在恒定条件，该方法很可能导致电位读数校正过度，因过校正使结果安全可靠。远地法可通过参比电极离开构件的不同距离测量一系列构件对溶液电位。通常，以一定间距进行测量并以图像形式呈现出来。由图6.16可见，在远离构件一定距离的点，电位几乎没有增加。对于实际用途可以认为超出这个距离电流极小。图6.16 参比电极远离构件的测定对于一构件而言，远地距离并不需要在所有点都相同，土壤电阻率和电流密度都有影响。在高电阻率土壤区域，远地距离要比低电阻率土壤大得多。电流阶降方法当阴极保护电流降低时，电流阶降技术包括记录构件对溶液电位测量中的电位改变和侧排电压测量两个部分。测试布局见图6.17所示。图6.17 在线测量电位确定IR降的电流阶降方法现场测试布局电压计记录的在线测量电位(Vm)是：6-5如果Icp电流降低，在线测量电位也降低，因为土壤电压降（IcpRe）会降低。如果阴极保护电流的阶降一直进行直到Icp=0，则Vm=Ep，IR降将为0。另外，因Icp趋近于0，侧排电压Vs,c和Vs,a也应当趋近于0。假定土壤电压降IcpRe和侧排电压服从欧姆定律，那么这些参数应当线性相关。按增加步长方式降低阴极保护电流并测量Von，Vs,c和Vs,a，所列数据可构成图6.18。图6.18 电流阶降技术数据绘图步骤 在满电流下将Vs,c或Vs,a绘于横坐标步骤 降低Icp，计算Vs1和Von，1，绘出Vs1和Von，1得到点步骤 重复步骤，绘出Vs2和Von，2得到点步骤 画出通过数据点的最佳拟合直线并外推直线直到与纵坐标交与A点。纵坐标上的A点表示初始在线测量电位的IR降的量。极化电位（Ep）由位置B处测得的在线测量电位减去A处的IR降测得。也就是：6-5如果在管道周围电流和土壤电阻率呈对称分布，则侧排点位测量绘制的两条线应当具有同样的截距A。电流降低时间间隔应当尽可能短，否则极化电位（Ep）会降低，同时土壤IR降也降低，从而导致大的IR降指示。如果记录的点位改变很快，该方法可被用于出现动态杂散电流情形。该方法很耗时，很少使用因为可能降低阴极保护电流。如果对电流可能有干扰，可采用断电方法。理论上，通过施加递增测试电流，该方法可用于连有电偶阳极的管道上，这即是电流阶跃方法。在涂装良好的管道上，侧排电位可能较小，这样将增加直线的角度。在绘制的图形的小误差可能导致截距点处位置改变较大。因此，对于涂装良好的管道，其精确性将受到影响。表面电位测量表面电位测量用于多方面目的，可分成构件对溶液电位测量、涂层缺陷测量和土壤电流测量。构件对溶液电位是构件与标准参比电极的电位差，必须记录四个要素即数值、极性、单位及使用的何种参比电极。由于测量经常用于确定是否满足某阴极保护标准，因此读数必须无IR降，必须读取足够量的读数以保证有代表性的位置已进行测试，从而能为整个构件的阴极保护状况提供精确的描述。在每隔一段足够近的距离进行电位测量以清楚掌握保护状况，在沿着管线电位可能变化很快处，应进行密间隔电位测量（CIS）。密间隔电位测量 一系列的构件对溶液电位决定是否沿着构件的所有点都达到足够的阴极保护，图6.19示出密间隔电位外形图。图6.19 密间隔电位测量在密间隔电位测量（CIS）中，构件对溶液电位数据在近间距（15米）进行采集，这通常由携带的电压表或数据记录器及线路分配设施完成。有些线路分配设施具有距离测量功能，因而技术员能了解它们的位置及何时数据进入数据记录器。另外一些则简单地采用一条测量链或标准绳及公司的管道建造资料定位管道。在阴极保护和无阴极保护构件上均可完成密间隔电位测量。在电极柱的尾端安装一个或两个参比电极，小的标准导线，常常在30-34 AWG尺寸大小，连到测试桩或其它地上导电构件，操作人员走在管道上，在紧密相同间隔连接参比电极和大地。操作人员沿着路径记录地上构件和可识别物，这样可锁定数据测量位置。在测量时，数据载入电脑里并通常以图的形式打印输出（见图6.20）。如果仅用一个参比电极，在参比电极连接好后操作者发出信号给数据记录器保存读数。在土壤状况良好时可采用“移动电极”方式，即参比电极始终连接土壤，数据记录器根据通过它的导线测得的计步器输入来保存读数。图6.20 通电/断电下管道对溶液电位分布图当测试连接在一起的多管道时，测量数据将代表所有管道的平均电位。如果目标阴极保护标准是-0.850 VCSE极化电位标准，那么典型地影响电流源的中断CIS(密间隔电位)测量被中断，通电电位和无IR降电位过程完成。对于100mV极化标准，采集通电/断电数据后，断开电流源，让构件去极化一段时间。一旦去极化，如最初的CIS一样，第二个CIS完成了在参比电极位置去极化的管道对溶液电位的采集。于是这些数据会覆盖在有通电/断电数据的同样的图上以确定是否以满足100mV的标准（见图6.21）。图6.21 通电/断电下密间隔测量显示去极化电位表面电位测量分析阴极保护构件测量所完成的管道对溶液电位数据对距离可以描绘在图上以便于观看（见图6.22和6.23）。通常，画一条线通过图页以容易区分-0.850 VCSE阴极保护标准。构件对溶液电位图绘出满足阴极保护标准的管道其所有构件对溶液电位将比-0.850 VCSE线（如果这是标准）更负。如果采用100mV的极化标准，则极化电位将比静止（自然的或去极化的）构件对溶液电位负100mV（见图6.21）。相应地，绘出实际极化图。图6.22采用通电12秒、断电3秒循环对一管道进行数据采集，IR降约为300mV。在这段管道，断电电位都不比-0.850 VCSE更负，表示阴极保护级别不够。图6.23的极化电位在后半段不及-0.850 VCSE负。在前半段高的负电位表明所有电流源可能还没有中断。图6.22 通电/断电电位测量(原始数据由数据记录器采用移动电极方法获得)图6.23采用通电3秒、断电1秒循环进行数据采集，但在绘制的图中，通电和断电电位数据线迥然不同。令人感兴趣的是管道对溶液电位变化怎样如此之大，从具有足够的保护等级到保护级别不够且在通电电位具有几乎零IR降。图6.23 绘出了两条分离线的通电/断电电位测量图6.24包含沿着管道分布了外加电流阳极在管道上采集的数据。对通电和断电电位，数据又一次绘出分离线。极负的通电电位峰揭示分布阳极的位置，而又可以看出断电电位在阳极之间没有-0.850 VCSE负。图6.24 分布阳极的管道上的通电/断电电位测量图6.25示出更大比例的数据图，这个例子中1英寸相当于0.5公里。这样5公里的数据可在一页纸上绘出。这个“大图”的绘制可能有助于分析管道对溶液电位，指出杂散电流干扰，短路或阴极保护等级是否不够。图6.25 更大比例的通电/断电电位测量侧排流表面测量在CIS工程中常常要对未施加阴极保护的管道完成一项附加的现场试验，就是侧向排流测量。正如在管道上直接测量和记录构件对溶液电位，在管道的一侧或两侧也可测量和记录构件对溶液电位。典型的距离是3米（10英尺），并垂直于管道7.5米（25英尺）。记录这些信息的好处在于对于未进行阴极保护的管道，很难从直接在管道上测得的数据进行分析并得出结论。阳极区各位置会出现都更负或更正的不正常情形，但当和侧向管道对土壤电位相比较，就可以得出结论，因为阳极区只出现在侧向电位不如管道上电位负的区域。在本章的分析部分可找到这种数据的例子。电流测量测量阴极保护电路的电流是一必要的程序用于评价体系性能。典型的电流测量如下：l 电偶阳极电流l 外加电流体系输出电流l 构件电流l 联合电流直接和间接方法均可用于测量电流。直接方法包括将一电流计插入阴极保护电路，如图6.26所示。图6.26 采用电流计测量阴极保护电流电流计通常由电压测量装置构成，该装置测量通过低阻内部分流的电压降。理想上说来，一台电流计对于电路电阻应具有低输入电阻（也就是RmRcp）以防止测量误差。例如对图6.26，由欧姆定律：6-6 但当电流计插入串联电路体系，电流计上测量的电流（Im）为：6-7因此，所测电流（Im）将小于I cp，小多少取决于电流计电阻。在许多数字式多量程仪上，当选择mA档刻度，电流计的输入电阻为几个欧姆。如果电流计用于测量来自电偶阳极的电流，这会导致很大的误差。即使选择10A或20A刻度档，输入电阻可能低达0.1，在某些情形下也仍然太高而得不到精确的测量结果。例如，如果电流计与一套并联组成的排流电缆中的一根负极排流电缆串联，如图6.27所示，则会产生明显误差。图6.27 串联排流导体的电流测量如果电流表内的分流电阻为0.01，负回路电缆电阻为0.01，那么电流表的插入使负回路电缆电阻加倍，从而使回路电流减半。在以上两个例子中，更精确的方法是在每一回路安装一适当的永久分流系统，只需简单地测量通过分流器的电压降并计算电流（见本手册后文提供的阴极保护技术员实际测验参考页分流表部分）。采用分流器测量电流强度在并联负极排流电缆例子里，同样大小的分流器，其电阻因而也相同，应当如图6.28所示与每一个负极排流电缆串联安装。图6.28 分流器用于并联导体电流测量当选择了一个分流器，其额定电流必须超过预计的电路电流，预计工作电流的毫伏降应当在标准多量程计上容易测量。例如，如果额定为5A，50mV的分流与具有输出为5mA的电偶阳极相串联，通过分流的电压降将为：6-8这么小的分流电压降低于绝大多数用于现场测试的数字式电压计的分辨率。对于5mA的电流，至少1的分流电阻更加合适（见本手册后文提供的阴极保护技术员实际测验参考页分流表部分）。零电阻电流计有时电流非常小（例如小于0.1mA），如果不采用非常高阻抗的分流器，其测量结果会不准确。因其阻抗，分流器电流大小会发生改变。图6.29显示了关于试样电流的测量例子。图6.29 使用零电阻电流计（ZRA）电流测量如果试样表面积为10cm2，电流密度为10A/ cm2，试样电流（Icp）将为用电流计测量这么小的电流将引入几个欧姆的电阻到电路里，如同分流器一样，因为测量10mV范围需要100的电阻。在这种情况下，应当采用零电阻电流计。夹式电流计测量一段导体电流的相对非破坏性的方法是采用夹式电流计，如图6.30所示。图6.30 采用夹式电流计测量电流夹式电流计包括一个具有“霍尔效应”的装置，其输出电压正比于磁场强度，而磁场强度正比于流过导体的电流大小。对固定的电流（Im），霍尔效应见图6.31所示。由于电流垂直于磁场（B）流动，侧向力作用于电荷上，产生电势差似乎穿过铜板的两端。图6.31 霍尔效应传统电流方向示意图电压的大小正比于磁场强度（B），磁场强度又反过来取决于导体中的电流大小（Idc）。在几个mA下夹式电流计的精度降低。当有多个携流导体挤在一个区域内，如果相邻导体间存在磁场干扰，其精度将降低。管道电流测量使用管道电流测量用于探测杂散电流和短路，也用于从临时或永久阴极保护体系确定电流分布。电流可用夹式电流计进行测量，或使用已知电阻的一段管道作为分流器进行测量。夹式电流计的使用夹式电流计的使用见图6.32。离开主体管线的土壤电流是0.9-0.4=0.5A图6.32 使用感应环和Swain电流计测量管道电流双金属导线电流测试流经管道的电流由以下方式测得：IR降，或如图6.33所示的校准过的测试桩，或通过使用测试桩和地上设备作为临时IR降测试桩。在IR降测试中，管道模拟一低阻分流器。经过适当的校正，电压表可用来测量这两根金属导线或管道连接点间的电压降。用欧姆定律可以计算管线钢的电流。两根导线测试点距离用于已知管道长度和直径以及壁厚或每英尺重量情形。这段管道的电流通过跨过这段距离的电压降测量、通过管道数据表确定这段距离的电阻并通过使用欧姆定律计算得到，就像使用分流器一样。图6.33示出了测试装置用于测量管线段的电压降。表6.1提供了常用尺寸管道的一些电阻值。管道部分必须连续，具有相同的直径和壁厚，无附属装置通过要使用的管道区域。图6.33双金属导线电流测试因为通过一段距离管道的电压降相对较小，早期的仪器需要对由仪表电流引起的测试导线电压降进行校正，然而现在有了高输入电阻仪表，不再需要校正。例如，如果通过61m长、直径762mm、重176.65kg/m的管道电压降为0.17mV，那么电流计算如下：管道电阻/英尺（自表6.1）总电阻或测得电压降电流表6.1 管道电阻表钢管电阻*（A）(B)*转化率：1in.=2.54cm 1ft=0.3048m(A) 基于钢密度7832kg/m3和钢电阻率18cm(B) R=16.061X电阻率（cm ）=每英尺管道重量1英尺的电阻，再次参考图6.33。注意到电流表显示正值，表明电流在正极接线端进入电流表。正极接线端连着这段管道的西端。由于电流表与这段管道并联，因此管道上电流流动方向自西向东。本测试方法的精确度极大地取决于对管道尺寸的精确了解，如果在这段区间有尺寸不固定的接头，或某些附件如阀门，计算的电阻将不正确。4金属导线测试方法克服了这些障碍。四金属导线电流测试管道电流也可由图6.34所示的四金属导线区间段进行测量。为精确测量，区间段通过施加已知直流测试电流经过管道，使用外部测试引线和进行校正，并测量通过测试引线和的目标电压降。图6.34 校正一段管线电流区间段 在管道测试点和间的电阻由欧姆定律计算：6-9在测试之前，可参考表6.1预计结果。测量中注意极性很重要，因为很可能会在测试中出现残余电流，并且测试电流可能导致电压降极性反转。例如：V2-3=+21mV (在施加测试电流前) V2-3=-19mV (在施加测试电流后) It=10A被测试管道部分的电阻为：校正因子计算如下：6-10其中：K=管道部分的校正因子（A/mV）Itest=施加到管道部分的测试电流Etest=施加电流的电位-未施加电流的电位(mV)因此电流校正因子为：残余电流强度为：方向由2到3。通常，如果管道操作温度恒定，只需进行一次校正操作，因为在其后的测试中在同一位置校正因子会相同。在管道温度变化明显（电阻随之变化）的管线上，可能需要多次频繁地校正。一旦知道校正因子，就可以计算正常电流强度。首先，使用内测试线路测量通过测量段（无电池电流）的电压降，用mV档量程。电压降来自正常的管道电流。通过校正因子与测得的电压降计算电流：6-11其中：I=管线电流（A）K=管道的校正因子Emv=管道区域的电压降电压降的极性将决定电流方向。如果电压降读数为正，那么电流方向为由电压表的正接线端到负接线端。如果读数为负，那么电流方向为由电压表的负接线端到正线端接。大多数的数字式仪表的读数不会低于0.1mV。如果期望读数低于0.1mV，或如果测试中要得到零读数，必须使用更灵敏的测试仪。土壤电流测量（也见第七章）在两参比电极间的一系列电位可以指示电流流动和在土壤中的方向，如图6.35所示。这种类型的测量有时用于确定是否电流流向或离开构件。如果电影机的数值显示正值，则电流方向由正极流向负极。图6.35 两参比电极间的电位测量未加阴极保护的构件在未加阴极保护的管线，在电位比周围电位更负的位置可发现腐蚀区，或“热点”。这与有阴极保护的构件情况相反，且常常使人迷惑。此外，在管线的侧向完成管道对溶液电位测量会有所益处。通常，到管道的一侧或两侧距离是15到25英尺。这些测量在未受保护的裸露管线上或预应力混凝土管道（PCCP）上完成。图6.36显示了管线上方电位测量和侧向管道对土壤电位测量所探测到的杂散电流干扰例子。在这个例子里，发现一块面积出现放电现象。当管线上方电位相对周围电位变正且侧向电位比管线上方电位更正时，可识别出杂散电流干扰。应当分析这块区域以确定是否该采取以阴极保护方式或减少连接形式等纠正措施。杂散电流控制在第七章“杂散电流和阴极保护干扰”进行讨论。图6.36 受到阴极保护干扰的管道电位分布图图6.37显示了数据的类型，由数据的类型可以看出电偶腐蚀行为影响未进行阴极保护的管道。图6.37受到电偶腐蚀的管道电位分布图阳极区是那些管线上方电势比周围电势更负的地方，并且当电势远离管道（侧面），比管线上方电势更负之处。管道的阴极区是侧面电势比管线上方电势更负的地方。每一阳极区的确切位置可以这样定义：在这块面积不断进行测量，同时逐步减少电极间距，并测量两端电势。图6.38显示了管道存在双金属耦合情况下完成于管道上方和侧面的密间隔测量。管线上方电势比周围电势更负，且侧面电势比管线上方电势更负。图6.38 显示双金属效果的电势分布图埋地管线上表面涂层评价技术这一部分将讨论用于评价埋地管线涂层的各种技术。这些技术包括：l 皮尔逊测量l DCVG测量l 管线电流制图l 涂层电阻皮尔逊测量皮尔逊测量是管线埋地后探测管线涂层漏涂的方法。此方法用发射器将交流音频信号外加到管道上，发射器连接到管线上（使它成为一传导定位器）和临时接地。接地越好，信号越强。穿着接地钉鞋子的两个人直接走在管线上，他们彼此电连接在一起，其中一个带着电波接收器。当到达涂层漏涂区，在接收器上电波信号变强。两个人继续行走，信号将为零。当第二个人走近漏涂区，信号再次出现峰值。信号为零的点就是涂层漏涂位置。图6.39示意了这种方法。图6.39 监测漏涂的皮尔逊方法示意图直流电压梯度（DCVG）测量DCVG是一种在涂层漏涂区探测阴极保护电流接收的方法。DCVG系统由模拟捆绑式电压计、连接线、两支带有充满水电极的探针所构成。该技术由现有整流器内安装一电流继电器或采用临时阴极保护系统实现。继电器与整流器的任一直流输出串联安装，或安装于交流电路中。继电器设置循环周期非常快，通电阶段比断电阶段要短，如1/3秒位于通电、2/3秒位于断电。这种短的循环周期可以用模拟电压计进行快速偏差测量（图6.40）。图6.40 DCVG测量模拟电压计（图6.41）是一种非常敏感的仪器，具有调节输入阻抗的能力，其量程显示数据。这种电压表上很容易观察到小于1mV的偏转。此外，在离零点的阳极和阴极方向指针都能偏转，这有助于确定电流流入土壤的方向。图6.41模拟电压计测量方法由在所有遇到的测试点、阀门、立管处测量通电和断电电位以确定信号强度（也就是通电和断电的不同读数）所构成。数字电位差就是信号强度。举例如下：通电电位=-1.45V断电电位=-0.95V信号强度=1.45V-0.95V=0.5V或500mV当沿着管线路径行走，探针用作行走拐杖，必须确保电极顶端始终与地接触。一探针始终保持在管线中心线附近，另一探针置于侧向1到2米处。当接近涂层缺陷时，可以观察到电压计上出现明显的摆动，与继电器的转换循环速度相同。当趋近于缺陷时，针尖摆动幅度增强，当离开时摆动幅度减弱。信号强度通过图6.42所示数据进行估计：在测试桩A处信号强度=200mV在测试桩B处信号强度=300mV缺陷距离测试桩A=1372米缺陷距离测试桩B=457米图6.42 信号强度估计缺陷处的信号强度为：6-12其中：SD=缺陷处的信号强度(mV)SA=点A处的信号强度(mV)SB=点B处的信号强度(mV)dA=离A的距离dB=离B的距离为计算中心缺陷位置的信号强度，认为在测试位置之间呈直线减弱效果。通过标出显示最大强度缺陷区域的大致位置来定位缺陷中心。在两个不同位置（图6.43的A和B），偏离管线大约4m，探针沿着电压梯度放置以在电压计上得到零电位。过探针中心位置的垂线会通过涂层缺陷中心。在管线的两侧重复上述几何操作过程将能定位缺陷上的确切点。这个过程见图6.43所示。找到涂层缺陷的中心，随着移向远地，测量一系列的侧向读数。缺陷附近的侧向读数会产生最大的电压差异，在那里电压梯度最大。远地处读数会示出0-1mV的偏移。这些读数的总和通常被称作管线上对远地电压。采用“IR百分比”表述来表示缺陷大小。例如，如果一系列的侧向读数如下：25、15、6、4、3、1、1、0，则IR百分比可计算如下：管道对远地电压=土壤电压梯度总和IR百分比= 6-13图6.43 电压梯度理论上，此IR百分比用于预测忽略极化效应保护等级的降低。因此，已知管道系统的通电电位，通过将其与IR百分比相乘可以得到缺陷区的理论构件对溶液电位读数。管线电流绘图管线电流绘图（PCM）是一种评价和绘制采集的阴极保护电流的方法。它被发展为临时施加于构件上近直流电的无破坏和精确测量方法，电流因此沿着管线分布。PCM系统由两部分系统构成：一个便携的发送器将特殊的近直流信号发送到管线和一个手提接收器能定位和显示近直流信号电流强度和方向。如果主管或修补涂层破损导致漏涂，或者如果在管线和另一金属构件间有电连接，将导致能足够采集到感应近直流信号，见图6.44所示。图6.44 电流采集涂层电阻计算涂层电阻测量是确定涂层在构件和环境间提供绝缘屏障能力的一种方法。涂层的屏障效果越好，涂层电阻就越高。涂层电阻仅是构件对环境的电阻与构件表面面积的乘积。因此单位为ft2。隔数年的涂层电阻测量可以揭示涂层的长期性能，且如果发生问题会影响到整个构件涂层（例如，短路、建造损伤和异常土壤应力）。数据来自于可以为任何长度的研究管线管段，尽管通常长度为3到5英里。管道对溶液电位读数（通电和断电）和管线电流测量采用继电器使最近的整流器循环或临时电源获得。管线段的电阻由计算得到，涂层阻抗由已知的管道表面面积计算得到。例如（见图6.45）：图6.45 涂层电阻测量装置假定以下现场数据：管径：610mm试验长度：1609m总管道表面积6-14或用米为单位6-15既然已知由电流导致的平均电势变化，必须计算仅仅影响这一段管道的电流。为此，将离开测试段电流减去进入测试段的电流。就是这个电流值是管道在这一段所采集的。Ic=研究中管线段电流6-16管道对地电阻6-17比涂层电阻6-18或用米为单位 假定由电流导致的构件电位变化是线性的，且在测试区上的构件电位平均变化是开始和结束测试点变化的平均值。更有代表性的值可能通过沿着测试区各位置所测得的多构件电位变化的平均得到。当讨论涂层电阻，常常使用术语“涂层电导”。电导是电阻的倒数，单位通常用西门子（S）或微西门子（S）。6-19其中，g=电导（S）rCE=比涂层电阻()在以上例子中：需