1、jpumetcj p uysjjpumetcj p uysj第三章第三章 埋地管道的阴极保护埋地管道的阴极保护n主讲：黄维秋主讲：黄维秋n单位：江苏工业学院单位：江苏工业学院 油气储运工程教研室油气储运工程教研室n 腐蚀控制方法腐蚀控制方法u 油气管道腐蚀控制的基本方法油气管道腐蚀控制的基本方法防腐层、油漆防腐层、油漆搪瓷、复塑钢管、搪瓷、复塑钢管、F4衬里衬里阴极保护阴极保护阳极保护阳极保护强制外加电流阴极保护强制外加电流阴极保护牺牲阳极阴极保护（镀锌管）牺牲阳极阴极保护（镀锌管）内内外外涂层涂层衬里衬里电法保护电法保护缓蚀剂缓蚀剂 防止金属腐蚀的方法有多种，阴极保护是其中之一。由防止金属腐
2、蚀的方法有多种，阴极保护是其中之一。由于金属在自然环境和工业生产环境中的腐蚀破坏大部分为电于金属在自然环境和工业生产环境中的腐蚀破坏大部分为电化学腐蚀造成，因此，阴极保护在腐蚀控制工程中占有重要化学腐蚀造成，因此，阴极保护在腐蚀控制工程中占有重要地位。对金属表面施加防腐绝缘层地位。对金属表面施加防腐绝缘层(又称覆盖层又称覆盖层)，是一种物，是一种物理防护方法。它通过金属表面的绝缘处理，使金属与腐蚀介理防护方法。它通过金属表面的绝缘处理，使金属与腐蚀介质隔离开。这种防腐方法是有效的，但在实际工程中不可能质隔离开。这种防腐方法是有效的，但在实际工程中不可能做到绝对可靠。这是因为任何一种绝缘的涂层材
3、料都不时能做到绝对可靠。这是因为任何一种绝缘的涂层材料都不时能完全不透小分子，如水、氧气等；同时，钢与防腐绝缘层界完全不透小分子，如水、氧气等；同时，钢与防腐绝缘层界面之间的物质传递也是不可避免的。再者，金属表面的防腐面之间的物质传递也是不可避免的。再者，金属表面的防腐绝缘层在施工生产中和在运输贮存中不可能不产生缺陷。但绝缘层在施工生产中和在运输贮存中不可能不产生缺陷。但是，阴极保护法则可以弥补防腐层的缺陷，对腐蚀反应进行是，阴极保护法则可以弥补防腐层的缺陷，对腐蚀反应进行积极的干预，从而更彻底的抑制腐蚀反应的发生。积极的干预，从而更彻底的抑制腐蚀反应的发生。金属在电解质溶液中，由于金属本身存
4、在电化学不均匀性金属在电解质溶液中，由于金属本身存在电化学不均匀性或外界环境的不均匀性，都会形成腐蚀原电池。在原电池的阳或外界环境的不均匀性，都会形成腐蚀原电池。在原电池的阳极区发生腐蚀，不断输出电子，同时金属离子溶入电解液中。极区发生腐蚀，不断输出电子，同时金属离子溶入电解液中。阴极区发生阴极反应，视电解液和环境条件的不同，在阴极表阴极区发生阴极反应，视电解液和环境条件的不同，在阴极表面上析出氢气或接受正离子的沉积。如果给金属通以阴极电流，面上析出氢气或接受正离子的沉积。如果给金属通以阴极电流，整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移，使金属阴极极整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移，使
5、金属阴极极化，这就可以抑制阳极区金属的电子释放，从根本上防止金属化，这就可以抑制阳极区金属的电子释放，从根本上防止金属腐蚀。腐蚀。管道阴极保护就是利用外加的牺牲阳极或外加电流，消除管道阴极保护就是利用外加的牺牲阳极或外加电流，消除管道在土壤中腐蚀原电池的阳极区，使管道成为其中阴极区，管道在土壤中腐蚀原电池的阳极区，使管道成为其中阴极区，从而受到保护。阴极保护分为牺牲阳极法与强制电流法两种。从而受到保护。阴极保护分为牺牲阳极法与强制电流法两种。n 外加电流法：将被保护的管道与直流电源的负极相连，把外加电流法：将被保护的管道与直流电源的负极相连，把辅助阳极与电源正极相连，使管道成为阴极，如图辅助阳
6、极与电源正极相连，使管道成为阴极，如图a a。n 牺牲阳极法：在待保护的管道上连接一种电位更负的金属牺牲阳极法：在待保护的管道上连接一种电位更负的金属或合金，形成一个新的腐蚀原电池。接上的金属成为牺牲或合金，形成一个新的腐蚀原电池。接上的金属成为牺牲阳极，整个管道成为阴极受到保护，如图阳极，整个管道成为阴极受到保护，如图b b。l 天然气管道一般不采取专天然气管道一般不采取专门阴极保护内腐蚀，但化工门阴极保护内腐蚀，但化工行业常采用行业常采用 为了使金属构筑物得到完全保护，即没有腐蚀电流从其上为了使金属构筑物得到完全保护，即没有腐蚀电流从其上流出，就需进一步将阴极极化到使总电位降至等于阳极的初
7、始流出，就需进一步将阴极极化到使总电位降至等于阳极的初始电位电位E EA AO O，此时外加的保护电流值为，此时外加的保护电流值为I IP P。此时的极化作用已使原。此时的极化作用已使原来腐蚀电池的微电池作用来腐蚀电池的微电池作用。总之，极化消除了被。总之，极化消除了被保护金属体表面的电化学不均匀性，抑制了微电池作用；又阴保护金属体表面的电化学不均匀性，抑制了微电池作用；又阴极极化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护金属体成为极极化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护金属体成为新的大地电池的阴极，从而在其表面只发生得电子的还原反应，新的大地电池的阴极，从而在其表面只发生得电子的还原反应，金
8、属不再发生氧化丢电子的反应，腐蚀也不再发生。这是阴极金属不再发生氧化丢电子的反应，腐蚀也不再发生。这是阴极保护使金属受到防护的原理。从图上可以看出，要达到完全保保护使金属受到防护的原理。从图上可以看出，要达到完全保护，外加的保护电流要比原来的腐蚀电流大得多。这就是阴极护，外加的保护电流要比原来的腐蚀电流大得多。这就是阴极保护的原理。显然，保护电流保护的原理。显然，保护电流I IP P与最大腐蚀电流与最大腐蚀电流IC的差值决定的差值决定于腐蚀电池的控制因素。受阴极极化控制时，二者的差值要比于腐蚀电池的控制因素。受阴极极化控制时，二者的差值要比受阳极极化时小得多。因此，采用阴极保护的经济效果较好。
9、受阳极极化时小得多。因此，采用阴极保护的经济效果较好。本章主要介绍埋地管道的阴极保护。本章主要介绍埋地管道的阴极保护。实现阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法。由实现阴极保护的方法通常有牺牲阳极法和强制电流法。由于杂散电流排除过程中，在管道上保留有一定的负电位，使管于杂散电流排除过程中，在管道上保留有一定的负电位，使管道得到了阴极保护，道得到了阴极保护，所以排流保护也是一种限定条件下的阴极所以排流保护也是一种限定条件下的阴极保护方法。保护方法。u 牺牲阳极法牺牲阳极法 在腐蚀电池中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。根据这一原理，把在腐蚀电池中，阳极腐蚀，阴极不腐蚀。根据这一原理，把某种电极电位比较
10、负的金属材料与电极电位比较正的被保护金某种电极电位比较负的金属材料与电极电位比较正的被保护金属构筑物相连接，使被保护金属构筑物成为腐蚀电池中阴极而属构筑物相连接，使被保护金属构筑物成为腐蚀电池中阴极而实现保护的方法称为牺牲阳极阴极保护。实现保护的方法称为牺牲阳极阴极保护。为了达到有效保护，牺牲阳极不仅在为了达到有效保护，牺牲阳极不仅在（牺牲阳极（牺牲阳极与被保护金属之间的电路未接通）有足够负的开路电位（即自与被保护金属之间的电路未接通）有足够负的开路电位（即自然腐蚀电位），而且在闭路状态（电路接通后）有足够的然腐蚀电位），而且在闭路状态（电路接通后）有足够的（即工作电位）。这样，在工作时可保持
11、足够的（即工作电位）。这样，在工作时可保持足够的。驱动电压指牺牲阳极的闭路电位与金属构筑物阴极极化后的电驱动电压指牺牲阳极的闭路电位与金属构筑物阴极极化后的电位两者之差，亦称为位两者之差，亦称为。作为牺牲阳极材料，必须具有下列条件：作为牺牲阳极材料，必须具有下列条件：(1)(1)电位：要有足够负电位，在长期放电过程中很少极化。电位：要有足够负电位，在长期放电过程中很少极化。(2)(2)腐蚀产物：腐蚀产物应不粘附于阳极表面，疏松易脱落、腐蚀产物：腐蚀产物应不粘附于阳极表面，疏松易脱落、不可形成高电阻的硬壳且无污染。不可形成高电阻的硬壳且无污染。(3)(3)电化当量：电化当量高，即单位重量的电容量
12、大，且输电化当量：电化当量高，即单位重量的电容量大，且输出电流均匀。（电容量单位：小时出电流均匀。（电容量单位：小时.安培安培/磅，例如：纯锌电容磅，例如：纯锌电容量为量为372372小时小时.安培安培/磅，其物理意义为：牺牲一磅纯锌则可在磅，其物理意义为：牺牲一磅纯锌则可在372372小时内连续向管道输送小时内连续向管道输送1 1安培的电流）。安培的电流）。(4)(4)电流效率：自腐蚀小，电流效率高。即实际电容量和电流效率：自腐蚀小，电流效率高。即实际电容量和理论电容量之比的百分数要大。理论电容量之比的百分数要大。(5)(5)机械性能：有较好的机械性能，价格便宜、来源方便、机械性能：有较好的
13、机械性能，价格便宜、来源方便、加工容易。加工容易。l工业生产的金属，由于含有杂质元素而不具备理想的电化工业生产的金属，由于含有杂质元素而不具备理想的电化学性能，从而才发展了专用的阳极材料。常用的牺牲阳极材料学性能，从而才发展了专用的阳极材料。常用的牺牲阳极材料有镁合金及高纯镁、高纯锌及锌合金、铝合金。高纯镁对钢的有镁合金及高纯镁、高纯锌及锌合金、铝合金。高纯镁对钢的电位差可达电位差可达850mv850mv，用钝镁作牺牲阳极的实验表明，其效率低、，用钝镁作牺牲阳极的实验表明，其效率低、消耗快，成本又高，现已逐渐淘汰。世界各国都采用合金化来消耗快，成本又高，现已逐渐淘汰。世界各国都采用合金化来提高
14、牺牲阳极的性能，克服纯金属本身固有的电化学缺陷。因提高牺牲阳极的性能，克服纯金属本身固有的电化学缺陷。因此，常用的牺性阳极材料大部分为合金类，即镁合金，锌合金此，常用的牺性阳极材料大部分为合金类，即镁合金，锌合金和铝合金阳极。和铝合金阳极。u 强制电流法强制电流法 根据阴极保护原理，用外部直流电源作阴极保护的极化电根据阴极保护原理，用外部直流电源作阴极保护的极化电源，将电源负极接管道（被保护构筑物），将电源正极接至辅源，将电源负极接管道（被保护构筑物），将电源正极接至辅助阳极，在电流作用下，管道发生阴极极化，实现阴极保护。助阳极，在电流作用下，管道发生阴极极化，实现阴极保护。外加电流在管道和辅
15、助阳极间所建立的电位差，显然可比外加电流在管道和辅助阳极间所建立的电位差，显然可比牺牲阳极与管道间的电位差大的多，因此，它的优点是可供给牺牲阳极与管道间的电位差大的多，因此，它的优点是可供给较大的保护电流，保护距离长；便于调节电流和电压，适用范较大的保护电流，保护距离长；便于调节电流和电压，适用范围广；辅助阳极的材料只要求有良好的导电性和抗腐蚀性，不围广；辅助阳极的材料只要求有良好的导电性和抗腐蚀性，不消耗有色金属。其缺点是需要外电源和经常的维护管理，对邻消耗有色金属。其缺点是需要外电源和经常的维护管理，对邻近的金属结构有干扰。强制电流法是目前长距离管道最主要的近的金属结构有干扰。强制电流法是
16、目前长距离管道最主要的保护方法。保护方法。强制电流法的电源常用的有整流器，还有太阳能电池、热强制电流法的电源常用的有整流器，还有太阳能电池、热电发生器、风力发电机等。辅助阳极的常用材料有高硅铸铁、电发生器、风力发电机等。辅助阳极的常用材料有高硅铸铁、石墨，磁性氧化铁及废钢铁等。石墨，磁性氧化铁及废钢铁等。由于杂散电流排除过程中，在管道上保留有一定的负电位，由于杂散电流排除过程中，在管道上保留有一定的负电位，使管道得到了阴极保护，使管道得到了阴极保护，当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道的阴极极当有杂散电流存在时，通过排流可以实现对管道的阴极极化，这时杂散电流就成了阴极保护的电流源。但排流
17、保护是受化，这时杂散电流就成了阴极保护的电流源。但排流保护是受到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直接排流、极性排流、到杂散电流所限制的。通常的排流方式有直接排流、极性排流、强制排流三种形式。各种形式都有一定的局限性，在第四章里强制排流三种形式。各种形式都有一定的局限性，在第四章里将作详细的讨论。将作详细的讨论。u选取阴极保护方式时需考虑的因素选取阴极保护方式时需考虑的因素 (1)(1)保护范围大小：大者强制电流优越，小者牺牲阳极经济；保护范围大小：大者强制电流优越，小者牺牲阳极经济；(2)(2)土壤电阻率限制：电阻率太高不宜采用牺牲阳极；土壤电阻率限制：电阻率太高不宜采用牺牲阳极；(3)(3
18、)周围金属构筑物：有时因干扰而限制强制电流的应用；周围金属构筑物：有时因干扰而限制强制电流的应用；(4)(4)覆盖层质量：覆盖层太差或裸露的金属表面，因其所需保覆盖层质量：覆盖层太差或裸露的金属表面，因其所需保护电流太大而使牺牲阳极不适用；护电流太大而使牺牲阳极不适用；(5)(5)可利用的电源因素；可利用的电源因素；(6)(6)经济性。经济性。表表3-13-1是阴极保护与排流保护的比较。是阴极保护与排流保护的比较。在图在图3-13-1中，可以看到与阴极保护相关的几个参数：自然中，可以看到与阴极保护相关的几个参数：自然腐蚀电位、保护电位、保护电流（可以换算成电流密度）。正腐蚀电位、保护电位、保护
19、电流（可以换算成电流密度）。正确选择和控制这些参数是决定保护效果的关键。为了直观、定确选择和控制这些参数是决定保护效果的关键。为了直观、定量地比较阴极保护的效果，有时还要引用阴极保护保护度参数。量地比较阴极保护的效果，有时还要引用阴极保护保护度参数。而在实际保护中人们仅把保护电位作为控制参数，因为它受自而在实际保护中人们仅把保护电位作为控制参数，因为它受自然腐蚀电位和保护电流所控制，而且在实践中容易操作。然腐蚀电位和保护电流所控制，而且在实践中容易操作。u自然腐蚀电位自然腐蚀电位无论采用牺牲阳极法还是采用强制电流阴极保护，无论采用牺牲阳极法还是采用强制电流阴极保护，被保护被保护构筑物的自然腐蚀
20、电位都是一个极为重要的参数构筑物的自然腐蚀电位都是一个极为重要的参数。它体现了构。它体现了构筑物本身的活性，决定了阴极保护所需电流的大小，同时又是筑物本身的活性，决定了阴极保护所需电流的大小，同时又是阴极保护准则中重要的参考点阴极保护准则中重要的参考点。u保护电位保护电位按国标按国标GB/T 10123-88GB/T 10123-88的定义，保护电位为的定义，保护电位为“进入保护电位范围进入保护电位范围所必须达到的腐蚀电位的临界值所必须达到的腐蚀电位的临界值”。保护电位是阴极保护的关键参。保护电位是阴极保护的关键参数，它标志了阴极极化的程度，是监视和控制阴极保护效果的重要数，它标志了阴极极化的
21、程度，是监视和控制阴极保护效果的重要指标。指标。（1 1）：为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所：为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的电位称为最小保护电位，也就是腐蚀原电池阳极的起始必须达到的电位称为最小保护电位，也就是腐蚀原电池阳极的起始电位。最小保护电位常常是腐蚀原电池微阳极的起始电位或与之近电位。最小保护电位常常是腐蚀原电池微阳极的起始电位或与之近似。这是由于只有当阴极保护电源向受到腐蚀的阳极部位提供了足似。这是由于只有当阴极保护电源向受到腐蚀的阳极部位提供了足够的相反电流即极化电流，使之恰好抵消了腐蚀电流后，腐蚀才能够的相反电流即极化电流，使之恰好抵消了腐蚀电流后，腐蚀才能停
22、止。此时，阴极区的电位将被极化到阳极区的管地电位，金属表停止。此时，阴极区的电位将被极化到阳极区的管地电位，金属表面电位均一。金属受到阴极保护。最小保护电位数值与金属的种类、面电位均一。金属受到阴极保护。最小保护电位数值与金属的种类、腐蚀介质的组成、浓度及温度等有关。最小保护电位值常常是用来腐蚀介质的组成、浓度及温度等有关。最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基淮。因此判断阴极保护是否充分的基淮。因此是监控阴极保护是监控阴极保护的重要参数。的重要参数。对于不知最小保护电位的情况，也可采用比自然电位负对于不知最小保护电位的情况，也可采用比自然电位负0.2-0.30.2-0.3伏伏(对钢
23、铁对钢铁)和负和负0.150.15伏伏(对铝对铝)的办法来确定。对于一的办法来确定。对于一个具体的工程体系，最好通过试验来确定最小保护电位值。个具体的工程体系，最好通过试验来确定最小保护电位值。在工程实践中测取最小保护电位值时必须注意测量误差。在工程实践中测取最小保护电位值时必须注意测量误差。我国阴极保护的实践已证明，测量到的电位值有不少已达到或我国阴极保护的实践已证明，测量到的电位值有不少已达到或超过最小保护电位的金属管道，仍然发生了腐蚀穿孔。这是因超过最小保护电位的金属管道，仍然发生了腐蚀穿孔。这是因为无法将参比电极放置在金属管道与土壤接触的界面上。实际为无法将参比电极放置在金属管道与土壤
24、接触的界面上。实际测量时，往往将参比电极放置在管道的正上方地表面，或更远测量时，往往将参比电极放置在管道的正上方地表面，或更远的一些点上。测量电路包括了土壤的压降即国际上常称之为的的一些点上。测量电路包括了土壤的压降即国际上常称之为的“IRIR”降。在实测到的金属管道界面与硫酸铜参比电极间的土降。在实测到的金属管道界面与硫酸铜参比电极间的土壤的电位差，要比金属管道界面与土壤溶液直接接触界面的电壤的电位差，要比金属管道界面与土壤溶液直接接触界面的电位值负。因此，地面测量达到保护电位的管道，其实际界面上位值负。因此，地面测量达到保护电位的管道，其实际界面上并末达到保护电位值。因此，消除并末达到保护
25、电位值。因此，消除“IRIR”降的干扰，降低其引降的干扰，降低其引起的误差是正确评价和监控阴极保护的要考虑的因素。起的误差是正确评价和监控阴极保护的要考虑的因素。（2 2）：在阴极保护中，所允许施加的阴极极：在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此化的绝对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此电位值就是绝大保护电位。电位值就是绝大保护电位。过。过负的电位会产生不良作用，这就是阴极剥离。阴极剥离是由于负的电位会产生不良作用，这就是阴极剥离。阴极剥离是由于阴极极化电流过大，造成金属表面电位过负，当此电位值达到阴极极化电流过大，造成金属表面电位过
26、负，当此电位值达到析氢电位时，阴极表面的会在其表面上得电子，产生氢原子，析氢电位时，阴极表面的会在其表面上得电子，产生氢原子，从而产生析氢反应。例如在碳钢表面，当阴极极化电位达到从而产生析氢反应。例如在碳钢表面，当阴极极化电位达到1.20V1.20V时，就会产生析氢时，就会产生析氢,当电位达到当电位达到-1.50V-1.50V（CSECSE）时将有大）时将有大量氢析出。这种现象将会造成金属表面的防腐层与管道的剥离，量氢析出。这种现象将会造成金属表面的防腐层与管道的剥离，促使防腐层加速老化。因此，阴极保护中有最大保护电位的限促使防腐层加速老化。因此，阴极保护中有最大保护电位的限制。而与之配合使用
27、的防腐绝缘层材料则有抗阴极剥离性能的制。而与之配合使用的防腐绝缘层材料则有抗阴极剥离性能的要求。要求。过保护，还会产成过多的电能消耗。过保护，还会产成过多的电能消耗。最大保护电位值的大小通常通过试验确定。对于沥青防最大保护电位值的大小通常通过试验确定。对于沥青防腐层取最大保护电位为腐层取最大保护电位为-1.20V-1.20V（CSECSE）。聚乙烯防腐层的最大）。聚乙烯防腐层的最大保护电位可取保护电位可取-1.50V-1.50V（CSECSE）。）。u保护电流密度保护电流密度在国标在国标GB/T 10123-88GB/T 10123-88中，保护电流密度的定义是：中，保护电流密度的定义是：“从
28、从恒定在保护电位范围内某一电位的电极表面上流入或流出的电恒定在保护电位范围内某一电位的电极表面上流入或流出的电流密度流密度”。此定义适用于阴极保护和阳极保护，对于阴极保护。此定义适用于阴极保护和阳极保护，对于阴极保护来说只能是来说只能是“流入流入”。（1 1）最小保护电流密度最小保护电流密度：阴极保护时，使金属腐蚀停止，或达到允许程度时所需的阴极保护时，使金属腐蚀停止，或达到允许程度时所需的电流密度值称为最小保护电流密度。电流密度值称为最小保护电流密度。最小保护电流密度是阴极保护设计的重要参数。如选用不最小保护电流密度是阴极保护设计的重要参数。如选用不当，或者达不到完全保护，或者造成过保护，会
29、使阴极保护的当，或者达不到完全保护，或者造成过保护，会使阴极保护的效果降低，或不经济，浪费多余的电能。直接从被保护金属体效果降低，或不经济，浪费多余的电能。直接从被保护金属体表面测到其所分布的最小保护电流密度是比较困难的。一般通表面测到其所分布的最小保护电流密度是比较困难的。一般通过被保护体的总保护电流与被保护体的总面积相除来获得。过被保护体的总保护电流与被保护体的总面积相除来获得。最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类、表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等
30、。上述条件不同、最小保护电流密度的值也不同。碳钢质量等。上述条件不同、最小保护电流密度的值也不同。碳钢在不同介质中的最小保护电流密度可参见表在不同介质中的最小保护电流密度可参见表3 33 3到表到表3 35 5。对于无防腐层的裸钢管，从实际工程中的经验值大约为对于无防腐层的裸钢管，从实际工程中的经验值大约为5 550mA/m50mA/m2 2。远大于有防腐层钢管的值。因此，裸钢管采用。远大于有防腐层钢管的值。因此，裸钢管采用阴报保护技术上是可行的，但经济上是不合理的。阴报保护技术上是可行的，但经济上是不合理的。埋于土壤中的钢筋或处在混凝土结构中的钢管其最小保埋于土壤中的钢筋或处在混凝土结构中的
31、钢管其最小保护电流密度经验值大约为护电流密度经验值大约为2mA/m2mA/m2 2。最小保护电流密度参数影响因素很多、数值变化很大，最小保护电流密度参数影响因素很多、数值变化很大，且在保护过程中也将随介质环境的变化而变化故只能作为参且在保护过程中也将随介质环境的变化而变化故只能作为参考值。设计时常常根据工程实际情况和经验取值。对于沿途考值。设计时常常根据工程实际情况和经验取值。对于沿途土壤电阻率和防腐层质量变化较大的长距离管道，其阴极保土壤电阻率和防腐层质量变化较大的长距离管道，其阴极保护，常以最小保护电位和最大保护电位作为衡量标准。护，常以最小保护电位和最大保护电位作为衡量标准。u阴极保护保
32、护度阴极保护保护度（1 1）保护度：）保护度：按国标按国标 GB/I 10123-88GB/I 10123-88中的定义，保护度是中的定义，保护度是“通过防蚀措通过防蚀措施使特定类型的腐蚀速率减小的百分数施使特定类型的腐蚀速率减小的百分数”。这一参数可以直观。这一参数可以直观地看出阴极保护的效果。它是通过试样在阴极保护状态下和非地看出阴极保护的效果。它是通过试样在阴极保护状态下和非保护试样对比得来。在管道实践中通常用检查片来测定。保护试样对比得来。在管道实践中通常用检查片来测定。设非保护状态下自然埋设的检查片原始质量为设非保护状态下自然埋设的检查片原始质量为W WO O，试样腐，试样腐蚀后经清
33、除腐蚀产物后的质量为蚀后经清除腐蚀产物后的质量为W1W1，试样的表面积为，试样的表面积为S SO O，埋设，埋设时间为时间为t t，检查腐蚀前后的质量损失，检查腐蚀前后的质量损失G GO O=W=WO O-W-W1 1俗称失重。由失俗称失重。由失重法计算检查片的腐蚀速率为：重法计算检查片的腐蚀速率为：同理，在阴极保护状态下试样原始质量为同理，在阴极保护状态下试样原始质量为W WO O，试样，试样清除腐蚀产物后的质量为清除腐蚀产物后的质量为W W1 1，其表面积为，其表面积为S S1 1，埋设时间，埋设时间为为t t，此时的质量损失为：，此时的质量损失为：G G1 1=W=WO O-W-W1 1
34、则检查片的腐蚀则检查片的腐蚀速率为：速率为：阴极保护保护度的计算公式如下：阴极保护保护度的计算公式如下：当用电流密度表示腐蚀速率时，保护度又可表示为：当用电流密度表示腐蚀速率时，保护度又可表示为：式中：式中：i icorrcorr未加阴极保护时金属的腐蚀电流密度；未加阴极保护时金属的腐蚀电流密度；i ia a 阴极保护时金属的腐蚀电流密度。阴极保护时金属的腐蚀电流密度。（2 2）保护效率：）保护效率：通过防蚀措施相对于保护电流密度的特定类型的腐蚀电流通过防蚀措施相对于保护电流密度的特定类型的腐蚀电流密度减小的百分数。保护效率可由下式表示密度减小的百分数。保护效率可由下式表示通过上述公式的比较，
35、可以看出保护效率的概念区别于保通过上述公式的比较，可以看出保护效率的概念区别于保护度。保护效率是以施加的保护电流密度作为对比量的，而保护度。保护效率是以施加的保护电流密度作为对比量的，而保护度是以腐蚀电流密度为对比量的。护度是以腐蚀电流密度为对比量的。由表由表3-63-6可见，随着阴极保护电流增大，腐蚀电流密度可见，随着阴极保护电流增大，腐蚀电流密度i ia a（i ia a/i/icorrcorr）减小，阴极极化值（）减小，阴极极化值（EE）增大，保护度）增大，保护度P P不断提高，不断提高，而保护效率而保护效率Z Z却下降了。当保护度为却下降了。当保护度为8080时，保护效率为时，保护效率
36、为39.639.6；在达到完全保护时（；在达到完全保护时（i ia a=0=0），保护效率为），保护效率为0.270.27。据报道，。据报道，在静止条件下，钢在海水中完全阻止金属的均匀腐蚀，阴极极在静止条件下，钢在海水中完全阻止金属的均匀腐蚀，阴极极化电流要超过它在自腐蚀电位（化电流要超过它在自腐蚀电位（E Ecorrcorr）下的腐蚀电流的）下的腐蚀电流的380380倍，倍，可见达到完全保护时所需能耗之大。因此可见达到完全保护时所需能耗之大。因此。为此，应采取措施优化阴极保护参数，使能量。为此，应采取措施优化阴极保护参数，使能量利用合理，并达到最佳保护效果。在实际应用中，在阴极保护利用合理，
37、并达到最佳保护效果。在实际应用中，在阴极保护状态下允许管体在不大的腐蚀速度下工作，管子壁厚在设计时状态下允许管体在不大的腐蚀速度下工作，管子壁厚在设计时应能满足在此腐蚀速度下预期寿命的要求。应能满足在此腐蚀速度下预期寿命的要求。美国腐蚀工程师协会美国腐蚀工程师协会(NACE)(NACE)在在埋地和水下金属管道外防埋地和水下金属管道外防腐推荐规范腐推荐规范RPRP010169(198369(1983年修订年修订)的标准中，对阴极保护的标准中，对阴极保护准则做了如下的规定，并已被世界各国采用准则做了如下的规定，并已被世界各国采用2020多年。多年。(1)(1)施加阴极保护时阴极的负电位至少为施加阴
38、极保护时阴极的负电位至少为850mV850mV，这一电位是，这一电位是相对于接触电解质的饱和相对于接触电解质的饱和Cu/CuSOCu/CuSO4 4参比电极测量的。测量中必参比电极测量的。测量中必须排除须排除IRIR降影响。降影响。(2)(2)相对于饱和相对于饱和Cu/CuSOCu/CuSO4 4参比电极负极化电位至少为参比电极负极化电位至少为。(3)(3)在构筑物表面与接触电解质的参比电极之间的阴极极化在构筑物表面与接触电解质的参比电极之间的阴极极化值最小为值最小为100mV100mV。这一数据的测定可以在极化的形成过程或是。这一数据的测定可以在极化的形成过程或是衰减过程中进行。衰减过程中进
39、行。-850mV-850mV（CSECSE）适用于各种土壤环境中钢铁）适用于各种土壤环境中钢铁构筑物的阴极保护，是世界公认的通用准则。对于有良好覆盖构筑物的阴极保护，是世界公认的通用准则。对于有良好覆盖层的管道，这一准则很实际。但是覆盖层的质量太劣或是裸管，层的管道，这一准则很实际。但是覆盖层的质量太劣或是裸管，采用采用-850mV-850mV的准则就显得过保护和浪费，所以国外学者主张在的准则就显得过保护和浪费，所以国外学者主张在这种条件下采用这种条件下采用-100mV-100mV极化电位准则。极化电位准则。采用采用-100mV-100mV极化电位准则，有个基准点的问题。虽然准则在阴极极化极化
40、电位准则，有个基准点的问题。虽然准则在阴极极化建立或衰减过程中都可以采用，但在建立过程中由于有建立或衰减过程中都可以采用，但在建立过程中由于有IRIR降的影响，使得降的影响，使得100mV100mV的精度受到了限制，故衰减过程中采用该准则比较实际。的精度受到了限制，故衰减过程中采用该准则比较实际。德国腐蚀专家经大量研究工作，在近一万公里的管道上进行了每五公德国腐蚀专家经大量研究工作，在近一万公里的管道上进行了每五公尺一个测量数据的详细调查，耗费尺一个测量数据的详细调查，耗费650650万美元。在万美元。在l985l985年的年的DIN 30676DIN 30676标准标准中，对钢铁阴极保护准则
41、作了下列规定，见表中，对钢铁阴极保护准则作了下列规定，见表3 37 7。此准则打破了此准则打破了-0.85V-0.85V单一不变的指标，对不同环境下，给出了单一不变的指标，对不同环境下，给出了-0.95V-0.95V和和-0.75V-0.75V的指标。的指标。表表3-73-7钢铁材料阴极保护准则钢铁材料阴极保护准则管道实施阴极保护的管道实施阴极保护的基本条件基本条件：有可靠的直流电源，以保：有可靠的直流电源，以保证提供充足的保护电流；管道必须处于有电解质的环境中（如证提供充足的保护电流；管道必须处于有电解质的环境中（如士壤、河流、海水等）；保持管道士壤、河流、海水等）；保持管道纵向电连续性纵向
42、电连续性；为确保管道；为确保管道系统阴极保护的有效性和提高保护效率，必须做好管道的系统阴极保护的有效性和提高保护效率，必须做好管道的电绝电绝缘缘，如选用高质量的管道覆盖层以及合理布局绝缘连接体。，如选用高质量的管道覆盖层以及合理布局绝缘连接体。u管道的电绝缘管道的电绝缘管道电绝缘的目的，是将被保护管道和不应受保护的金属管道电绝缘的目的，是将被保护管道和不应受保护的金属体从导电性上分开。如果没有此类装置，保护电流将会沿着金体从导电性上分开。如果没有此类装置，保护电流将会沿着金属导体流到不应受保护的管道、金属体或大地从而增大电源功属导体流到不应受保护的管道、金属体或大地从而增大电源功率的输出，缩短
43、保护长度。在杂散电流干扰区，绝缘装置还可率的输出，缩短保护长度。在杂散电流干扰区，绝缘装置还可用来分割干扰区和非干扰区，减少杂散电流的干扰区域。用来分割干扰区和非干扰区，减少杂散电流的干扰区域。（1 1）绝缘接头）绝缘接头 管道的绝缘接头有法兰型、整体型（埋地）、活接头等各管道的绝缘接头有法兰型、整体型（埋地）、活接头等各种型式。近几年开发的整体埋地型绝缘接头具有整体结构、直种型式。近几年开发的整体埋地型绝缘接头具有整体结构、直接埋地和高的绝缘性能，克服了绝缘法兰密封性能不好、装配接埋地和高的绝缘性能，克服了绝缘法兰密封性能不好、装配影响绝缘质量、不能埋地、外缘盘易集尘等不良影响，是管道影响绝
44、缘质量、不能埋地、外缘盘易集尘等不良影响，是管道理想的绝缘连接装置。图理想的绝缘连接装置。图3-23-2是整体型绝缘接头的结构图。是整体型绝缘接头的结构图。需要设置绝缘连接的场所有：管道与井、站、库的连接处；管道需要设置绝缘连接的场所有：管道与井、站、库的连接处；管道与设备所有权的分界处；支线管道与干线管道的连接处；不同材质、与设备所有权的分界处；支线管道与干线管道的连接处；不同材质、新旧管道及有防腐层与无防腐层管道间连接处；大型穿、跨越段的新旧管道及有防腐层与无防腐层管道间连接处；大型穿、跨越段的两端；杂散电流干扰段；使用不同阴极保护方法的交界处。两端；杂散电流干扰段；使用不同阴极保护方法的
45、交界处。（2）绝缘支墩（垫）绝缘支墩（垫）当管道采用套管形式穿墙或穿越公路、铁路时，管道与套管必须当管道采用套管形式穿墙或穿越公路、铁路时，管道与套管必须电绝缘。通常采用绝缘支墩或绝缘垫。管道及支撑架、管桥、穿管电绝缘。通常采用绝缘支墩或绝缘垫。管道及支撑架、管桥、穿管隧道、桩、混凝土中的钢筋等必须电绝缘。若管段两端已装有绝缘隧道、桩、混凝土中的钢筋等必须电绝缘。若管段两端已装有绝缘接头，使架空管段与埋地管道相绝缘，则此时管道可以直接架设在接头，使架空管段与埋地管道相绝缘，则此时管道可以直接架设在支撑架上而无需电绝缘。支撑架上而无需电绝缘。（3）其他电绝缘）其他电绝缘管道穿越河流，采用加重块、
46、固定锚、混凝土、加重覆盖层时，管道穿越河流，采用加重块、固定锚、混凝土、加重覆盖层时，管道必须与混凝土钢筋电绝缘，安装时不得损坏管道原防腐层。管道必须与混凝土钢筋电绝缘，安装时不得损坏管道原防腐层。管道与所有相遇的如电缆、管道等金属构筑物必须保持电绝缘。管道与所有相遇的如电缆、管道等金属构筑物必须保持电绝缘。u管道纵向电的连续性管道纵向电的连续性 对于非焊接的管道连接头，应焊接跨接导线来保证管道纵对于非焊接的管道连接头，应焊接跨接导线来保证管道纵向电的连续性，确保电流的流动。向电的连续性，确保电流的流动。对于预应力混凝土管道，施加阴极保护时，每节管道的纵对于预应力混凝土管道，施加阴极保护时，每
47、节管道的纵向钢筋必须首尾跨接，以保证阴极保护电流的纵向导通。有时向钢筋必须首尾跨接，以保证阴极保护电流的纵向导通。有时还可平行敷设一条电缆，每节预应力管道与之相连来实现电的还可平行敷设一条电缆，每节预应力管道与之相连来实现电的连续性。连续性。u阴极保护管道的附件阴极保护管道的附件(1)检查片：检查片材质应与被保护的管道相同，用于定量检查片：检查片材质应与被保护的管道相同，用于定量分析阴极保护的效果及土壤的腐蚀性。也有用于其他目的的检分析阴极保护的效果及土壤的腐蚀性。也有用于其他目的的检查片，如在牺牲阳极保护段，用于代表管道，测量自然电位用。查片，如在牺牲阳极保护段，用于代表管道，测量自然电位用
48、。检查片一般成对埋没，一片与管道相连检查片一般成对埋没，一片与管道相连施加电保护施加电保护)；另一；另一片不相连。经一定时间后开挖、称重、计算保护度。片不相连。经一定时间后开挖、称重、计算保护度。检查片的推荐尺寸为检查片的推荐尺寸为100mm50mm5mm，采用，采用锯、气割方法制取。为不改变检查片的冶金状态，气割边锯、气割方法制取。为不改变检查片的冶金状态，气割边缘应去掉缘应去掉2030mm。检查片应有安装孔和编号，编号可。检查片应有安装孔和编号，编号可用钢字模打印。用钢字模打印。检查片常规测试周期不得小于一年。推荐为检查片常规测试周期不得小于一年。推荐为l l、2 2、5 5、1010、2
49、020年。检查片埋设参见图年。检查片埋设参见图3-33-3。检查片之间相距检查片之间相距300mm。一般检查片应埋设在有代。一般检查片应埋设在有代表意义的腐蚀性地段（环境中），如污染区、高盐碱地带、表意义的腐蚀性地段（环境中），如污染区、高盐碱地带、杂散电流严重地区以及管道阴极保护范围末端。在杂散电杂散电流严重地区以及管道阴极保护范围末端。在杂散电流干扰区，应把检查片埋在直流杂散电流从管道流出的地流干扰区，应把检查片埋在直流杂散电流从管道流出的地点。点。（2）测试桩：从埋地管道上引出，用于测量管道阴极保护参数）测试桩：从埋地管道上引出，用于测量管道阴极保护参数的永久测试装置。的永久测试装置。，
50、它沿管道安装，每隔一定距，它沿管道安装，每隔一定距离焊接一组测试导线，引到测试装置上。测试导线可固定在水泥测离焊接一组测试导线，引到测试装置上。测试导线可固定在水泥测试桩上，或置于保护钢管内。因此有试桩上，或置于保护钢管内。因此有和和之分。测试桩之分。测试桩有设置在地上的，有设置在地下的，长输管线一般设置在地上，城有设置在地上的，有设置在地下的，长输管线一般设置在地上，城市管线因占地的限制有些设在地表下，结构都相同。市管线因占地的限制有些设在地表下，结构都相同。测试桩的典型结构及导线连接见图测试桩的典型结构及导线连接见图34。测试桩设置原则为：测试桩设置原则为：电位测试桩，一般每公里设一支，需
