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陰極保護(hù)法介紹及工藝要求
一、犧牲陽極保護(hù)
犧牲陽極系統(tǒng)適用于敷設(shè)在電阻率較低的土壤里、水中、沼澤或濕地環(huán)境中的小口徑管道或距離較短并帶有優(yōu)質(zhì)防腐層的大口徑管道。選用犧牲陽極時(shí)，應(yīng)考慮的使用因素包括無可利用電源的地方；電氣設(shè)備不便實(shí)施維護(hù)保養(yǎng)的地方；臨時(shí)性保護(hù)；強(qiáng)制電流系統(tǒng)保護(hù)的補(bǔ)充；永久凍土層內(nèi)管道周圍土壤融化帶；保溫管道的保溫層下方等。
(一)犧牲陽極的應(yīng)用條件
犧牲陽極的應(yīng)用條件包括土壤電阻率或陽極填包料電阻率足夠低，所選陽極類型和規(guī)格應(yīng)能連續(xù)提供最大電流需要量，陽極材料的總質(zhì)量能夠滿足陽極提供所需電流的設(shè)計(jì)壽命。犧牲陽極上應(yīng)標(biāo)記材料類型(如商標(biāo))、陽極質(zhì)量(不包括陽極填料)、爐號等。
(二)犧牲陽極施工基本要求
根據(jù)現(xiàn)場施工條件，犧牲陽極施工應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)合理的施工方式。立式陽極宜采用鉆孔法施工；臥式宜采用開挖溝槽施工。按設(shè)計(jì)要求在埋設(shè)點(diǎn)挖好陽極坑和電纜溝，檢查袋裝陽極電纜接頭的導(dǎo)電性能，合格后袋裝陽極就位，放入陽極坑內(nèi)。陽極連接電纜，埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.7m,四周墊有5～10cm的細(xì)砂，砂的上部應(yīng)覆蓋水泥護(hù)板或紅磚。確認(rèn)各焊點(diǎn)、連接點(diǎn)絕緣防腐合格后，回填土壤。在回填土將陽極布袋埋住后，向陽極坑內(nèi)灌水，使陽極填料飽和吸滿水后，將回填土夯實(shí)，恢復(fù)地貌。犧牲陽極保護(hù)參數(shù)投產(chǎn)測試必須是在陽極埋入地下、填包料澆水10d后進(jìn)行。為便于測量，在相鄰兩組陽極的管段中間，根據(jù)需要適當(dāng)設(shè)置電位測試樁。電位測試樁樁間距以不大于500m為宜。犧牲陽極投入運(yùn)行后，應(yīng)定期進(jìn)行監(jiān)測，至少每個(gè)月測試一次保護(hù)參數(shù)，犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測每年不少于兩次。至少每半年測量一次管道保護(hù)電位和陽極輸出電流，并根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行保護(hù)電流的調(diào)節(jié)(一般以每年調(diào)節(jié)一次為宜)。對鎂陽極保護(hù)系統(tǒng)，每年至少應(yīng)維護(hù)一次。
(三)犧牲陽極布置
犧牲陽極常見的有棒狀陽極和帶狀陽極，具體布置如下。
1.棒狀陽極
棒狀犧牲陽極可采取單支或多支成組兩種方式，同組陽極宜選用同一爐號或開路電位相近的陽極。棒狀犧牲陽極埋設(shè)方式按軸向和徑向分為立式和水平式兩種。一般情況下犧牲陽極距管道外壁3~5m,最小不宜小于0.5m,埋設(shè)深度以陽極頂部距地面不小于1m為宜。成組布置時(shí)，陽極間距以2～3m為宜。棒狀犧牲陽極應(yīng)埋設(shè)在土壤冰凍線以下。在地下水位低于3m的干燥地帶，陽極應(yīng)適當(dāng)加深埋沒；埋設(shè)在河床中的陽極應(yīng)避免洪水沖刷和河床挖泥清淤時(shí)的損壞。在布設(shè)棒狀犧牲陽極時(shí)，注意陽極與管道間不應(yīng)存在有金屬構(gòu)筑物。
2.帶狀陽極
帶狀犧牲陽極應(yīng)根據(jù)用途和需要與管道同溝敷設(shè)或纏繞敷設(shè)。
3.特殊用途的犧牲陽極
犧牲陽極作為接地極、參比電極等特殊應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)用途和需要進(jìn)行布置。
(四)犧牲陽極填料包的制作與安裝
1.犧牲陽極填料包的性能要求
作為犧牲陽極材料，必須能滿足以下要求：
(1)要有足夠負(fù)的穩(wěn)定電位。
(2)自腐蝕速率小且腐蝕均勻，要有高而穩(wěn)定的電流效率。
(3)電化學(xué)當(dāng)量高，即單位質(zhì)量產(chǎn)生的電流量大。
(4)工作中陽極極化要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落。
(5)腐蝕產(chǎn)物不污染環(huán)境，無公害。
(6)材料來源廣，加工容易，價(jià)格低廉。
常用的犧牲陽極品種有鎂基、鋅基和鋁基合金三類。
2.制作犧牲陽極填料包
在日常工作中，經(jīng)常遇到制作犧牲陽極填料包的工作，制作填料包的要求包括根據(jù)陽極類型選擇填料，根據(jù)適用環(huán)境確定填料重量配比，選擇適合的填料袋，準(zhǔn)確稱重，填料厚度不小于50mm,填料無雜物。
3.安裝犧牲陽極填料包
安裝犧牲陽極填料包時(shí)，首先檢查犧牲陽極表面應(yīng)無油污、無塵土；用鐵刷、砂紙打磨去除犧牲陽極表面的氧化層。其次，檢查連接電纜，陽極電纜和鋼芯可采用銅焊或錫焊連接，焊接后未剝皮的電纜應(yīng)與鋼芯用尼龍繩捆扎結(jié)實(shí)，陽極焊接端和底端兩個(gè)面應(yīng)采用環(huán)氧樹脂絕緣，以減輕陽極的端部效應(yīng)。
最后，除去待連接管道的防腐層，將待連接部位用鐵刷和砂紙打磨光滑。
在這之后安裝爆破裝置，用爆破法將陽極電纜與管道連接。安裝完?duì)奚?/span>極后，在連接處刷防腐膠，用防腐膠帶將連接處做防腐處理。陽極就位后，先回填部分細(xì)土，然后往陽極坑中澆一定量的水，再大量回填土壤。
(五)常用犧牲陽極材料
常用的犧牲陽極材料包括鎂及鎂合金、鋅及鋅合金和鋁及鋁合金。
1.鎂及鎂合金的性能及適用性
鎂陽極應(yīng)儲存在室內(nèi)倉庫內(nèi)，嚴(yán)禁沾染油污、油漆和接觸酸、堿、鹽等化工產(chǎn)品。鎂陽極用作導(dǎo)電的鋼芯，采用直徑不小于6mm的鋼筋制成。
鎂陽極的優(yōu)點(diǎn)是對鋼鐵陰極保護(hù)的激勵(lì)電壓為-0.7V,適應(yīng)的土壤電阻率范圍廣，陽極表面不極化，腐蝕產(chǎn)物易脫落。
鎂陽極的缺點(diǎn)是電流效率低，只有50%左右，碰撞易發(fā)生電火花。
2.鋅及鋅合金的特點(diǎn)
鋅是陰極保護(hù)中應(yīng)用最早的犧牲陽極材料。鋅的電極電位比鐵負(fù)，表面不易極化，是理想的犧牲陽極材料。鋅陽極不僅可以用于低電阻率土壤中，還可廣泛用于海洋中。鋅陽極最大的特點(diǎn)是表面不易極化。鋅陽極的不足之處是相對鐵的保護(hù)電位激勵(lì)電壓小，只有0.25V,相當(dāng)于鎂陽極的1/3。
3.鋁及鋁合金的性能及適用性
鋁合金作為犧牲陽極材料是近年發(fā)展起來的新品種。由于鋁的自鈍化性能，所以純鋁不能作為犧牲陽極材料。鋁是產(chǎn)量最多的有色金屬，資源廣，價(jià)格便宜；其單位質(zhì)量產(chǎn)生的電量大，是鋅的3.6倍，是鎂的1.35倍。鋁合金犧牲陽極在海水中的電流效率大于80%,消耗率約為3.8kg/(A·a)。
二、強(qiáng)制電流陰極保護(hù)
(一)輔助陽極性能要求
常用的輔助陽極包括高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極、柔性陽極、金屬氧化物陽極等。石墨陽極的石墨化程度不應(yīng)小于81%,灰分應(yīng)不大于0.5%,陽極宜經(jīng)亞麻油或石蠟浸漬處理，陽極的性能應(yīng)符合表8-4的規(guī)定。陽極引出電纜與陽極的接觸電阻應(yīng)小于0.01Ω,拉脫力數(shù)值應(yīng)大于陽極自身質(zhì)量的1.5倍，接頭密封可靠。陽極電纜長度不應(yīng)小于1.5m,陽極表面應(yīng)無明顯缺陷。柔性陽極是由導(dǎo)電聚合物包覆在銅芯上構(gòu)成，陽極銅芯截面積為16mm2,陽極外徑為13mm。
(二)安裝輔助陽極
在安裝輔助陽極時(shí)，按實(shí)際挖寬500mm、深800mm左右、設(shè)計(jì)長度的陽極溝，在陽極溝內(nèi)按4m間距挖深為L+500mm、直徑約300mm的深洞(L為陽極體長)。然后在陽極洞內(nèi)填入250mm厚的填料層，陽極體立于正中，繼續(xù)填入填料至填滿。填料填滿后，向溝內(nèi)放水，滲水后補(bǔ)充填料。填料補(bǔ)充完測單體接地電阻，并編號記錄。焊接陽極體連接電纜后，測試總體接地電阻。測試接地電阻合格后，在陽極洞上填礫石，把陽極連接電纜引向陽極線或陽極電纜并連接妥善。工作完成后，進(jìn)行回填并測回填后的總接地電阻，把數(shù)據(jù)和施工過程填入管道檔案。
(三)分析排除雜散電流干擾
分析雜散電流干擾的步驟如下。
1.測量管地電位
在雜散電流干擾區(qū)任選一測試樁為起點(diǎn)測量該處的管地電位，向同一方向移動(dòng)一支參比電極連續(xù)測量，當(dāng)距離起點(diǎn)超過100m時(shí)，改測兩支參比電極的極間相對電位直至沒有干擾區(qū)。
2.畫管地電位分布曲線圖
記錄每一點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)，以距離為橫軸，電位值為縱軸，畫出管地電位分布曲線圖，選定干擾源測試點(diǎn)。
3.接線、測量
接線并開始測量，每隔10～15s記錄一次數(shù)據(jù)。
4.計(jì)算、判斷
經(jīng)1h測量后，先測量Vab和Ved的最大、最小值，計(jì)算其平均值，并在直角坐標(biāo)系上畫出其坐標(biāo)，求合成電位大小及方向的矢量圖，矢量的方向即為雜散電流干擾的方向。
5.重復(fù)測試、判斷重復(fù)測試，綜合測試結(jié)果，最終判定干擾源方位。
三、陰極保護(hù)技術(shù)要求
(一)陰極保護(hù)裝置安裝要求
陰極保護(hù)裝置安裝時(shí)，裝置的測試電纜與管道連接采用鋁熱焊劑焊接，應(yīng)做到連接牢固、電氣導(dǎo)通，且在連接處必須進(jìn)行防腐絕緣處理。管道回填時(shí)，測試電纜應(yīng)保持一定的松弛度。裝置采用地下測試井設(shè)置方式時(shí)，應(yīng)在地面上注明位置標(biāo)記，其接線端子和測試頭均應(yīng)采用銅制品并封閉在測試盒內(nèi)。測試電纜應(yīng)采用雙電纜接頭。
(二)陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)效果指標(biāo)
施加陰極保護(hù)后，使用銅—飽和硫酸銅參比電極(以下簡稱CSE參比電極)測得的極化電位至少應(yīng)達(dá)到-850mV或更低。測量電位時(shí)，必須考慮IR(電流和電阻)降(電流和電阻引起的偏差)的影響。采用斷電法測得管道相對于CSE參比電極的極化電位應(yīng)達(dá)到-850mV或更低。在陰極保護(hù)極化形成或衰減時(shí)，測得被保護(hù)管道表面與接觸土壤、穩(wěn)定的CSE參比電極之間的陰極極化電位值不應(yīng)小于-100mV。
(三)陰極保護(hù)測試裝置設(shè)置要求
陰極保護(hù)測試裝置應(yīng)與陰極保護(hù)系統(tǒng)同步安裝，測試裝置應(yīng)沿管道線路走向進(jìn)行設(shè)置，相鄰測試裝置間隔宜為1～3km,在城鎮(zhèn)市區(qū)或工業(yè)區(qū)，相鄰的間隔JBA012陰極保護(hù)不應(yīng)大于1km,雜散電流干擾影響區(qū)域內(nèi)可適當(dāng)加密。測試裝置可設(shè)置在地下或測試裝置設(shè)置要求地上，市區(qū)可采用地下測試井方式。測試裝置的功能應(yīng)分別滿足電位測試和組合功能測試的要求。測試裝置應(yīng)堅(jiān)固耐用、方便測試，且裝置上應(yīng)標(biāo)明編號。在下列位置處，也應(yīng)安裝測試裝置：
(1)管道與交、直流電氣化鐵路交叉或平行段；
(2)絕緣接頭處；
(3)接地系統(tǒng)連接處；
(4)金屬套管處；
(5)與其他管道或設(shè)施連接處；
(6)輔助試片及接地裝置連接處；
(7)與外部管道交叉處；
(8)管道與主要道路或堤壩交叉處；
(9)穿越鐵路或河流處；
(10)與外部金屬構(gòu)筑物相鄰處；
(11)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的匯流點(diǎn)；
(12)犧牲陽極埋設(shè)點(diǎn)；
(13)犧牲陽極中間點(diǎn)；
(14)穿跨越管道兩端；
(15)雜散電流干擾區(qū)；
(16)套管安裝處；
(17)絕緣裝置處；
(18)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的末端。
對不同溝敷設(shè)的多條平行管道，每條管道應(yīng)單獨(dú)設(shè)置測試裝置，測試裝置應(yīng)安裝在管道上方。每個(gè)測試裝置中至少有兩根電纜與管道連接，電纜應(yīng)采用顏色或其他標(biāo)記法進(jìn)行區(qū)分，并做到全線統(tǒng)一。
(四)陰極保護(hù)監(jiān)控裝置設(shè)置要求
1.與外部管道交叉
在與其他管道交叉時(shí)應(yīng)設(shè)置監(jiān)控裝置，并考慮在裝置中進(jìn)行跨接，即從每條管道上分別引出兩根電纜連接到同一監(jiān)控裝置中，在裝置內(nèi)，電纜可直接連接或通過電阻跨接。
2.金屬套管處
為檢測金屬套管與輸送管之間的電絕緣狀況，應(yīng)在套管和輸送管兩側(cè)分別安裝兩根測試電纜，并將電纜連接到監(jiān)控裝置中的對應(yīng)接線端子上。
3.絕緣接頭處
管道絕緣接頭兩側(cè)應(yīng)分別引出兩根電纜。所有電纜應(yīng)直接連接或通過電阻跨接至監(jiān)控裝置中不同的接線端子上。在監(jiān)控裝置處，根據(jù)需要安裝的極化電池、接地電池或避雷器等防電涌裝置，通過監(jiān)控裝置中的接線端子進(jìn)行跨接。
4.排流點(diǎn)處
雜散電流干擾影響區(qū)域，直接排流、極性排流或強(qiáng)制排流的排流點(diǎn)，應(yīng)在輸送管、干擾體或接地體上連接所需數(shù)目的電纜，并將電纜引至監(jiān)控裝置，通過監(jiān)控裝置中的接線端子與排流裝置進(jìn)行連接。
5.匯流點(diǎn)處
直流電源的負(fù)極與管道連接的匯流點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置監(jiān)控裝置，并在陰極回路中設(shè)置電流監(jiān)控裝置。當(dāng)有多個(gè)陰極連接時(shí)，應(yīng)當(dāng)配備分流器和阻斷二極管。匯流點(diǎn)處的測試裝置應(yīng)當(dāng)單獨(dú)從管道上引出測試電纜，用以測量匯流點(diǎn)處的管/地電位。
6.其他監(jiān)測裝置
當(dāng)管道穿過無人地區(qū)或很難接近的地方，應(yīng)當(dāng)采用遠(yuǎn)距離監(jiān)測、遙感技術(shù)或其他數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，同時(shí)配合使用長效參比電極、極化測試探頭或試片。
7.消除IR降的測試裝置
如果有雜散電流干擾影響或犧牲陽極難以拆除時(shí)，應(yīng)采用極化探頭(試片)斷電測量技術(shù)進(jìn)行電位測量。
(五)陰極保護(hù)附加措施設(shè)置要求
陰極保護(hù)的附加措施設(shè)置應(yīng)采用銅芯電纜，測試電纜的截面不宜小于4mm2;多股連接導(dǎo)線，每股導(dǎo)線的截面不宜小于2.5mm2。用于強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的銅芯電纜截面不宜小于16mm2,用于犧牲陽極的銅芯電纜的截面不宜小于4mm2。
焊接位置不應(yīng)在彎頭上或管道焊縫兩側(cè)200mm范圍內(nèi)�？刹捎娩X熱焊方法，焊接用的鋁熱焊劑用量不應(yīng)超過15g。當(dāng)焊接電纜的截面大于16mm2時(shí)，可將電纜芯分成若干股，每股小于16mm2時(shí)，分開進(jìn)行焊接。