管道阴极保护评价

1、管道阴极保护评价管道阴极保护评价主讲：寇主讲：寇 杰杰中国石油大学（华东）储运工程系中国石油大学（华东）储运工程系2022-6-262管道阴极保护评价管道阴极保护评价一、管道阴极保护评价指标一、管道阴极保护评价指标二、管道阴极保护参数测试二、管道阴极保护参数测试三、管道阴极保护故障分析三、管道阴极保护故障分析四、阴极保护系统维护周期四、阴极保护系统维护周期2022-6-263一、管道阴极保护评价指标一、管道阴极保护评价指标管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-264一、管道阴极保护评价指标一、管道阴极保护评价指标管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-265一、管道阴极保护评价指

2、标一、管道阴极保护评价指标管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-2664. 4. 保护电位保护电位管道阴极保护电位应为管道阴极保护电位应为-850mV-850mV（CSECSE）或更负。）或更负。阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比阴极保护状态下管道的极限保护电位不能比-1200mV-1200mV更负。更负。对高强度钢和耐蚀合金钢，如马氏体不锈钢，双相不锈钢对高强度钢和耐蚀合金钢，如马氏体不锈钢，双相不锈钢等，极限保护电位则要根据实际析氢电位来确定。其保护等，极限保护电位则要根据实际析氢电位来确定。其保护电位应比电位应比-850mV-850mV（VSEVSE）稍正，但在）稍正，但在-

3、650mV-650mV至至-750mV-750mV的电的电位范围内，管道处于高位范围内，管道处于高pHpH值值SCCSCC的敏感区，应予注意。的敏感区，应予注意。一、管道阴极保护评价指标一、管道阴极保护评价指标管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-267一、管道阴极保护评价指标一、管道阴极保护评价指标在厌氧菌或在厌氧菌或SRBSRB及其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护及其他有害菌土壤环境中，管道阴极保护电位应为电位应为-950mV-950mV（CSECSE）或更负。）或更负。在土壤电阻率在土壤电阻率100100 m m至至10001000 m m环境中的管道，环境中的管道，阴极保护电位

4、宜负于阴极保护电位宜负于-750mV-750mV（CSECSE）；在土壤电阻率）；在土壤电阻率大大于于10001000 m m的环境中的管道，阴极保护电位宜负于的环境中的管道，阴极保护电位宜负于- -650mV650mV（CSECSE）。）。当上述准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差当上述准则难以达到时，可采用阴极极化或去极化电位差大于大于100mV100mV的判据。的判据。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-2681. 1. 管地电位测试管地电位测试2. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试3. 3. 阳极接地电阻阳极接地电阻4. 4. 绝缘法兰绝缘性能测试绝

5、缘法兰绝缘性能测试二、阴极保护参数测试二、阴极保护参数测试管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-2691. 1. 管地电位测试管地电位测试u地表参比法地表参比法 CSE CSE放在管道顶上放在管道顶上方潮湿土壤，保证方潮湿土壤，保证与土壤接触良好。与土壤接触良好。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-2610u近参比法近参比法 当土壤当土壤IRIR降较大时，推降较大时，推荐采用近参比法。荐采用近参比法。 沿管顶方向，距测试桩沿管顶方向，距测试桩1m1m范围内挖一个安放参范围内挖一个安放参比电极的探坑，将参比比电极的探坑，将参比电极置于距管壁电极置于距管壁3 35cm5cm处。处

6、。 1. 1. 管地电位测试管地电位测试管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26111. 1. 管地电位测试管地电位测试u自然电位自然电位 测量前，应确认管道是处于没有施加阴极保护的状态下。测量前，应确认管道是处于没有施加阴极保护的状态下。对已实施过阴极保护的管道宜在完全断电对已实施过阴极保护的管道宜在完全断电 24h 24h 后进行。后进行。 将电压表调至适宜的量程上，读取数据，作好管地电位值将电压表调至适宜的量程上，读取数据，作好管地电位值及极性记录，注明该电位值的名称及极性记录，注明该电位值的名称。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26121. 1. 管地电位测试管

7、地电位测试u通电电位通电电位 本方法适用于施加阴极保护电流时，管道对电解质电位的本方法适用于施加阴极保护电流时，管道对电解质电位的测量。本方法测得的电位是极化电位与回路中所有电压降测量。本方法测得的电位是极化电位与回路中所有电压降的和。的和。 测量前，应确认阴极保护运行正常，管道已充分极化。测量前，应确认阴极保护运行正常，管道已充分极化。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26131. 1. 管地电位测试管地电位测试u断电电位断电电位 消除了由保护电流所引起的消除了由保护电流所引起的IRIR降后的管道保护电位。对有降后的管道保护电位。对有直流杂散电流或保护电流不能同步中断的管道本方法

8、不适直流杂散电流或保护电流不能同步中断的管道本方法不适用。用。 测量之前，确认阴极保护正常运行，管道充分极化。测量之前，确认阴极保护正常运行，管道充分极化。 测量时，在所有电流能流入测量区间的阴极保护电源处安测量时，在所有电流能流入测量区间的阴极保护电源处安装电流同步断续器，并设置在合理的周期性通装电流同步断续器，并设置在合理的周期性通/ /断循环状断循环状态下同步运行，同步误差小于态下同步运行，同步误差小于 0.1s0.1s。典型的通。典型的通/ /断周期设断周期设置为：通电置为：通电 12s12s，断电，断电 3s3s。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26141. 1. 管地

9、电位测试管地电位测试u断电电位断电电位 断电电位测量接线同自然电位的接线。断电电位测量接线同自然电位的接线。 将电压表调至适宜的量程上，读取数据，读数应在通将电压表调至适宜的量程上，读取数据，读数应在通/ /断断电电 0.5s 0.5s 之后进行。之后进行。 记录管道对电解质的通电电位和断电电位以及相对于硫酸记录管道对电解质的通电电位和断电电位以及相对于硫酸铜电极的极性。铜电极的极性。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26151. 1. 管地电位测试管地电位测试管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26161. 1. 管地电位测试管地电位测试u密间隔电位密间隔电位 密间隔电

10、位测量（密间隔电位测量（CIPSCIPS）适用于对管道阴极保护系统的有）适用于对管道阴极保护系统的有效性进行全面评价的测试。本方法可测得管道沿线的通电效性进行全面评价的测试。本方法可测得管道沿线的通电电位（电位（VonVon）和断电电位（）和断电电位（VoffVoff）。）。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-2617CIPS测量简图CIPSCIPS测量简图测量简图管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26181. 1. 管地电位测试管地电位测试u密间隔电位密间隔电位 在所有电流能流入测量区间的阴极保护直流电源处安装电在所有电流能流入测量区间的阴极保护直流电源处安装电流同步断

11、续器，并设置在合理的周期性通流同步断续器，并设置在合理的周期性通/ /断循环状态下断循环状态下同步运行，同步误差小于同步运行，同步误差小于 0.1s0.1s。典型的循环时间：通电。典型的循环时间：通电 12s12s，断电，断电 3s3s。 设置为设置为 CIPS CIPS 测量模式，设置与同步断续器保持同步运行测量模式，设置与同步断续器保持同步运行的相同的通的相同的通/ /断循环时间，并设置合理的断电电位测量延断循环时间，并设置合理的断电电位测量延迟时间，典型的延迟时间设置宜为迟时间，典型的延迟时间设置宜为 50100ms50100ms。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26191

12、. 1. 管地电位测试管地电位测试u密间隔电位密间隔电位 从测试桩开始，沿管线管顶地表以密间隔（一般是从测试桩开始，沿管线管顶地表以密间隔（一般是 13m13m）逐次移动硫酸铜电极，每移动探杖一次就采集并记录存储逐次移动硫酸铜电极，每移动探杖一次就采集并记录存储一组通电电位（一组通电电位（VonVon）和一组断电电位（）和一组断电电位（VoffVoff）。）。 同时应使用米尺线轴、同时应使用米尺线轴、GPSGPS坐标测量或其它方法，测量硫坐标测量或其它方法，测量硫酸铜电极安放处沿管线的距离，应对管道通电电位（酸铜电极安放处沿管线的距离，应对管道通电电位（VonVon）和断电电位（和断电电位（V

13、offVoff）异常位置处作好标志与记录。）异常位置处作好标志与记录。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26201. 1. 管地电位测试管地电位测试u 密间隔电位管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26212. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试u牺牲阳极开路电位牺牲阳极开路电位 测量前，应断开牺牲阳极与管道的连接。测量前，应断开牺牲阳极与管道的连接。 测量中，将数字万用表的正极与牺牲阳极连接，负极与硫测量中，将数字万用表的正极与牺牲阳极连接，负极与硫酸铜电极连接。酸铜电极连接。 将硫酸铜电极放置在牺牲阳极埋设位置正上方的潮湿土壤将硫酸铜电极放置在牺牲阳极

14、埋设位置正上方的潮湿土壤上，应保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好。上，应保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好。 将数字万用表调至适宜的量程上，读取数据，作好电位值将数字万用表调至适宜的量程上，读取数据，作好电位值及极性记录，注明该电位值的名称。及极性记录，注明该电位值的名称。 测量完成后将牺牲阳极与管道恢复连通测量完成后将牺牲阳极与管道恢复连通。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26222. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试u牺牲阳极开路电位牺牲阳极开路电位管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26232. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试u牺

15、牲阳极闭路电位牺牲阳极闭路电位 将硫酸铜电极朝远离牺牲阳极的方向逐次安放在地表上，将硫酸铜电极朝远离牺牲阳极的方向逐次安放在地表上，第一个安放点距管道测试点不小于第一个安放点距管道测试点不小于 20m20m，以后逐次移动，以后逐次移动 5m5m。 将数字万用表调至适宜的量程上，读取数据，作好电位值将数字万用表调至适宜的量程上，读取数据，作好电位值和极性记录。和极性记录。 当相邻两个安放点测试的管地电位相差小于当相邻两个安放点测试的管地电位相差小于 2.5mV 2.5mV 时，时，参比电极不再往远方移动，取最远处的管地电位值作为该参比电极不再往远方移动，取最远处的管地电位值作为该测试点的管道对远

16、方大地的电位值。测试点的管道对远方大地的电位值。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26242. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试u牺牲阳极闭路电位牺牲阳极闭路电位管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26252. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试u牺牲阳极输出电流牺牲阳极输出电流 标准电阻法标准电阻法 标准电阻的两个电流接线柱分别接到管道和牺牲阳极的接标准电阻的两个电流接线柱分别接到管道和牺牲阳极的接线柱上，两个电位接线柱分别接数字万用表，并将数字万线柱上，两个电位接线柱分别接数字万用表，并将数字万用表置于用表置于DCDC电压最低量程。电

17、压最低量程。 接入导线的总长不大于接入导线的总长不大于 1m1m，截面积不宜小于，截面积不宜小于 2.5mm2.5mm2 2。 标准电阻的阻值宜为标准电阻的阻值宜为 0.10.1，准确度为，准确度为 0.02 0.02 级；级；管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26262. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试u牺牲阳极输出电流牺牲阳极输出电流 标准电阻法标准电阻法管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26272. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳极电位、电流测试 管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26282. 2. 牺牲阳极电位、电流测试牺牲阳

18、极电位、电流测试u牺牲阳极输出电流牺牲阳极输出电流 直测法直测法管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26293. 3. 阳极接地电阻阳极接地电阻 在土壤电阻率较均匀地区，在土壤电阻率较均匀地区，d d1313取取2L2L，d d1212取取L L； 在土壤电阻率不均匀的地在土壤电阻率不均匀的地区，区，d d1313取取3L3L，d d1212取取1.7L1.7L 在测试过程中，电位极沿辅助阳极与电流极的连线移动三在测试过程中，电位极沿辅助阳极与电流极的连线移动三次，每次移动的距离为次，每次移动的距离为d d1313的的5%5%左右，若三次测试值接近，左右，若三次测试值接近，取其平均值

19、作为辅助阳极接地电阻值；若测试值不接近，取其平均值作为辅助阳极接地电阻值；若测试值不接近，将电位极往电流极方向移动，直至测试值接近为止。但将电位极往电流极方向移动，直至测试值接近为止。但d d1313不得小于不得小于40m40m，d d1212不得小于不得小于20m20m。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26304. 4. 绝缘法兰绝缘性能测试绝缘法兰绝缘性能测试u电位法电位法已建成的管道上的绝已建成的管道上的绝缘接头（法兰），缘接头（法兰），当阴极保护可以当阴极保护可以运行时，可用电运行时，可用电位法判断其绝缘位法判断其绝缘性能。性能。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-

20、6-26314. 4. 绝缘法兰绝缘性能测试绝缘法兰绝缘性能测试u电位法电位法 在对被保护管道通电之前，用数字万用表测试绝缘接头在对被保护管道通电之前，用数字万用表测试绝缘接头（法兰）非保护侧（法兰）非保护侧a a的管地电位的管地电位V Va1a1； 保持硫酸铜电极位置不变，对保护管道通电，并使保护侧保持硫酸铜电极位置不变，对保护管道通电，并使保护侧b b点的管地电位点的管地电位V Vb b达到达到-0.85V-0.85V-1.20V-1.20V之间，测试之间，测试a a点的管点的管地电位地电位V Va2a2。 若若V Va2a2与与V Va1a1基本相同，认为绝缘法兰绝缘性能良好；基本相同，

21、认为绝缘法兰绝缘性能良好； 若若V Va2a2VVa1a1，且，且V Va2a2接近接近V Vb b的数值，则一般认为绝缘法兰绝缘的数值，则一般认为绝缘法兰绝缘性能很差。性能很差。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26324. 4. 绝缘法兰绝缘性能测试绝缘法兰绝缘性能测试uPCMPCM漏电率检测法漏电率检测法已建成的管道上的绝缘接头（法兰），可用管道电流测已建成的管道上的绝缘接头（法兰），可用管道电流测绘系统（绘系统（PCMPCM）测量漏电率，判断绝缘性能。）测量漏电率，判断绝缘性能。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26334. 4. 绝缘法兰绝缘性能测试绝缘法兰绝

22、缘性能测试 断开保护侧阴极保护电源。断开保护侧阴极保护电源。 按按 PCM PCM 操作步骤，用操作步骤，用 PCM PCM 发射机在保护侧接近绝缘接头发射机在保护侧接近绝缘接头（法兰）处向管道输入电流（法兰）处向管道输入电流 I I。 在保护侧电流输入点外侧，用在保护侧电流输入点外侧，用PCMPCM接收机测量并记录该侧接收机测量并记录该侧管道电流管道电流I I1 1。 在非保护侧用在非保护侧用PCMPCM接收机测量并记录该侧管道电流接收机测量并记录该侧管道电流I I2 2。uPCMPCM漏电率检测法漏电率检测法管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26344. 4. 绝缘法兰绝缘性能

23、测试绝缘法兰绝缘性能测试uPCMPCM漏电率检测法漏电率检测法管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-2635三、阴极保护故障分析三、阴极保护故障分析1. 1. 牺牲阳极阴极保护故障分析牺牲阳极阴极保护故障分析2. 2. 强制电流阴极保护故障分析强制电流阴极保护故障分析管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26361. 1. 牺牲阳极阴极保护故障分析牺牲阳极阴极保护故障分析u阳极输出电流减小，达不到保护电位阳极输出电流减小，达不到保护电位 阳极消耗掉，可能需要更换；阳极消耗掉，可能需要更换； 阳极阳极/ /阴极的连接断开；阴极的连接断开； 阳极阳极/ /导线接头断开；导线接头断开

24、； 阴极阴极/ /导线接头断开；导线接头断开； 阳极周围土壤干燥；阳极周围土壤干燥； 环境污染对阳极性能的影响。环境污染对阳极性能的影响。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26371. 1. 牺牲阳极阴极保护故障分析牺牲阳极阴极保护故障分析u阳极输出电流增大，但保护构筑物电位极化不上去阳极输出电流增大，但保护构筑物电位极化不上去 被保护构筑物所需电流过大，阳极输出的电流远小于所需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；电流； 被保护体与相邻金属构筑物有电连接；被保护体与相邻金属构筑物有电连接； 环境改变引起迅速去极化或者水的含氧量增大；环境改变引起迅速去极化或者水的

25、含氧量增大； 绝缘装置失效；绝缘装置失效； 覆盖层老化或破坏。覆盖层老化或破坏。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26381. 1. 牺牲阳极阴极保护故障分析牺牲阳极阴极保护故障分析 阳极体腐蚀不严重，但阳极已不能工作。阳极体腐蚀不严重，但阳极已不能工作。可能的原因为，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。有温度、含盐类型等。 阳极体局部腐蚀严重，造成阳极体断裂。阳极体局部腐蚀严重，造成阳极体断裂。可能的原因是阳可能的原因是阳极合金化不均匀，造成局部腐蚀。极合金化不均匀，造成局部腐蚀。

26、未达设计寿命，阳极失效。未达设计寿命，阳极失效。可能的原因为，阳极杂质含量可能的原因为，阳极杂质含量高，阳极效率降低。高，阳极效率降低。 在交流电干扰状态下，有时阳极会发生极性逆转，管理中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。，如有交流干扰要严密监视。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26392. 2. 强制电流阴极保护系统故障分析强制电流阴极保护系统故障分析u通电后，构筑物通电后，构筑物/ /电解质电位变正。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

27、性极大。被保护体快速电解腐蚀，危险性极大。u 施加电压正常，电流为零。施加电压正常，电流为零。 阴、阳极引线断开，或阳极完全失效。阴、阳极引线断开，或阳极完全失效。u施加电压、电流偏小。施加电压、电流偏小。 变压比例不合适；变压比例不合适； 变压、整流器故障；变压、整流器故障； 供电系统故障。供电系统故障。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26402. 2. 强制电流阴极保护系统故障分析强制电流阴极保护系统故障分析u施加电压正常，电流小但不为零。施加电压正常，电流小但不为零。 阳极或地床破坏；阳极或地床破坏； 地床干燥或阳极露出水面；地床干燥或阳极露出水面； 土壤环境中，阳极地床的

28、土壤环境中，阳极地床的“气阻气阻”； 阳极接头断开；阳极接头断开； 阴极引线断开。阴极引线断开。u施加电压、电流偏大。施加电压、电流偏大。 变压比例不合适。变压比例不合适。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26412. 2. 强制电流阴极保护系统故障分析强制电流阴极保护系统故障分析u施加的电压、电流正常，但构筑物施加的电压、电流正常，但构筑物/ /电解质电位负移不够电解质电位负移不够 电连接点断开或接头电阻过大；电连接点断开或接头电阻过大； 测试点处土壤干燥或土壤充气过多；测试点处土壤干燥或土壤充气过多； 环境去极化作用过强，或水中含氧量增大；环境去极化作用过强，或水中含氧量增大；

29、 绝缘故障，与其他构筑物短路；绝缘故障，与其他构筑物短路； 金属构筑物的屏蔽作用；金属构筑物的屏蔽作用； 相邻阴极保护装置失效；相邻阴极保护装置失效； 防腐覆盖层老化或损坏。防腐覆盖层老化或损坏。管道阴极保护评价管道阴极保护评价2022-6-26422. 2. 强制电流阴极保护系统故障分析强制电流阴极保护系统故障分析u施加的电压、电流正常，但构筑物施加的电压、电流正常，但构筑物/ /电解质电位负得不正电解质电位负得不正常常 在远端电连续性跨接断开；在远端电连续性跨接断开； 调试之后，电解质的充气降低；调试之后，电解质的充气降低； 电解质流速降低；电解质流速降低； 干扰跨接断开。干扰跨接断开。u施加的电压、电流正常，但构筑物施加的电压、电流正常，但构筑物/ /电解质电位波动电解质电位波动 杂散电流干扰。杂散