管道陰極保護(hù)基本知識(shí)
內(nèi)容提要：
陰極保護(hù)系統(tǒng)管理知識(shí)
陰極保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試方法
恒電位儀的基本操作
一、陰保護(hù)系統(tǒng)管理知識(shí)
(一)陰極保護(hù)的原理
自然界中，大多數(shù)金屬是以化合狀態(tài)存在的，通過(guò)煉制被賦予能量，才從離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變成原子狀態(tài)，為此，回歸自然狀態(tài)是金屬固有本性。我們把金屬與周圍的電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、從原子變成離子的過(guò)程稱為腐蝕。
每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位, 稱之為該金屬的腐蝕電位(自然電位)，腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對(duì)難易。腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子, 我們稱失去電子的部位為陽(yáng)極區(qū)，得到電子的部位為陰極區(qū)。陽(yáng)極區(qū)由于失去電子(如鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入土壤)受到腐蝕，而陰極區(qū)得到電子受到保護(hù)。
陰極保護(hù)的原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。
1、犧牲陽(yáng)極法
將被保護(hù)金屬和一種可以提供陰極保護(hù)電流的金屬或合金(即犧牲陽(yáng)極)相連，使被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率的方法。
在被保護(hù)金屬與犧牲陽(yáng)極所形成的大地電池中，被保護(hù)金屬體為陰極，犧牲陽(yáng)極的電位往往負(fù)于被保護(hù)金屬體的電位值，在保護(hù)電池中是陽(yáng)極，被腐蝕消耗，故此稱之為“犧牲”陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極的被保護(hù)金屬體的防護(hù)，如圖1—3。
犧牲陽(yáng)極材料有高鈍鎂，其電位為-1.75V;高鈍鋅，其電位為-1.1V;工業(yè)純鋁，其電位為-0.8V(相對(duì)于飽和硫酸銅參比電極)。
2、強(qiáng)制電流法(外加電流法)
將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：恒電位、恒電流、恒電壓、整流器等。如圖1-4示。
圖1-4恒電位方式示意圖
外部電源通過(guò)埋地的輔助陽(yáng)極將保護(hù)電流引入地下，通過(guò)土壤提供給被保護(hù)金屬，被保護(hù)金屬在大地中仍為陰極，其表面只發(fā)生還原反應(yīng)，不會(huì)再發(fā)生金屬離子化的氧化反應(yīng)，使腐蝕受到抑制。而輔助陽(yáng)極表面則發(fā)生丟電子氧化反應(yīng)，因此，輔助陽(yáng)極本身存在消耗。
陰極保護(hù)的上述兩種方法，都是通過(guò)一個(gè)陰極保護(hù)電流源向受到腐蝕或存在腐蝕，需要保護(hù)的金屬體，提供足夠的與原腐蝕電流方向相反的保護(hù)電流，使之恰好抵消金屬內(nèi)原本存在的腐蝕電流。兩種方法的差別只在于產(chǎn)生保護(hù)電流的方式和“源”不同。一種是利用電位更負(fù)的金屬或合金，另一種則利用直流電源。
強(qiáng)制電流陰極保護(hù)驅(qū)動(dòng)電壓高，輸出電流大，有效保護(hù)范圍廣，適用于被保護(hù)面積大的長(zhǎng)距離、大口徑管道。
犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)不需外部電源，維護(hù)管理經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，對(duì)鄰近地下金屬構(gòu)筑物干擾影響小，適用于短距離、小口徑、分散的管道。
(二)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的組成
1、恒電位儀：珠三角管道采用的是IHF系列數(shù)控高頻開(kāi)關(guān)恒電位儀，它的主要作用是向管道輸出保護(hù)電流。
2、陽(yáng)極地床：由若干支輔助陽(yáng)極(高硅鑄鐵)組成，通過(guò)輔助陽(yáng)極把保護(hù)電流送入土壤，經(jīng)土壤流入被保護(hù)的管道，使管道表面進(jìn)行陰極極化 (防止電化學(xué)腐蝕)，電流再由管道流入電源負(fù)極形成一個(gè)回路，這一回路形成了一個(gè)電解池，管道在回路中為負(fù)極處于還原環(huán)境中，防止腐蝕，而輔助陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng)遭受腐蝕，或是周圍電解質(zhì)被氧化。
陰保站的電能60%消耗在陽(yáng)極接地電阻上, 故陽(yáng)極材料的選擇和埋設(shè)方式、場(chǎng)所的選擇,對(duì)減小電阻節(jié)約電能是至關(guān)重要的。珠三角管道的陽(yáng)極地床輔助陽(yáng)極一般為40支，陽(yáng)極地床的接地電阻小于3Ω(設(shè)計(jì)要求)，陽(yáng)極地床與管道的垂直距離要大于50米。
3、參比電極：為了對(duì)各種金屬的電極電位進(jìn)行比較，須有一個(gè)公共的參比電極，其電極電位具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，通常由飽和硫酸銅參比電極、鋅電極等。
4、絕緣接頭：陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)的是輸油站外的長(zhǎng)輸管道，絕緣接頭的作用是將陰極保護(hù)電流限 制在兩個(gè)陰極保護(hù)站之間的管道上。
5、檢查片：由與管道同材質(zhì)的金屬制成50×100mm的掛片，檢查片有兩組，一組與輸油管道相連，處于陰極保護(hù)狀態(tài)，一組不與管道相連，處于自然腐蝕狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后將兩組檢查片的失重量進(jìn)行比較，可分析管道的陰極保護(hù)效果。
6、測(cè)試樁：為了檢測(cè)維護(hù)管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)，在管道沿線設(shè)置電流及電位測(cè)試樁，電位測(cè)試樁每公里設(shè)置一個(gè);電流測(cè)試樁每5公里設(shè)一個(gè);套管電位測(cè)試樁每個(gè)套管處設(shè)置一個(gè);絕緣接頭電位測(cè)試樁每一絕緣處設(shè)一個(gè)。
(三)陰極保護(hù)投入前的準(zhǔn)備和驗(yàn)收
1、陰極保護(hù)投入前對(duì)被保護(hù)管道的檢查
管道對(duì)地絕緣的檢查：從陰極保護(hù)的原理介紹, 已得知沒(méi)有絕緣就沒(méi)有保護(hù)。為了確保陰極保護(hù)的正常運(yùn)行，在施加陰極保護(hù)電流前，須確保管道的各項(xiàng)絕緣措施正確無(wú)誤。 應(yīng)檢查管道的絕緣接頭的絕緣性能是否正常;管道沿線的閥門應(yīng)與土壤有良好的絕緣;管道與固定墩、跨越塔架、穿越套管處也應(yīng)有正確有效的絕緣處理措施，管道在地下不應(yīng)與其它金屬構(gòu)筑物有"短接"等故障;管道表面防腐層應(yīng)無(wú)漏敷點(diǎn)，所有施工時(shí)期引起的缺陷與損傷均應(yīng)在施工驗(yàn)收時(shí)使用埋地檢漏儀檢測(cè)，修補(bǔ)后回填。
2、對(duì)陰極保護(hù)施工質(zhì)量的驗(yàn)收
(1)對(duì)陰極保護(hù)間內(nèi)所有電氣設(shè)備的安裝是否符合《電氣設(shè)備安裝規(guī)程》的要求，各種接地設(shè)施是否完成，并符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。
(2)對(duì)陰極保護(hù)的站外設(shè)施的選材、施工是否與設(shè)計(jì)一致。對(duì)通電點(diǎn)、測(cè)試樁、陽(yáng)極地床、陽(yáng)極引線的施工與連接應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)范要求，尤其是陽(yáng)極引線接正極，管道匯流點(diǎn)接負(fù)極，嚴(yán)禁電極接反。
(3)圖紙、設(shè)計(jì)資料齊全完備。
(四)陰極保護(hù)投入運(yùn)行的調(diào)試
1、組織人員測(cè)定全線管道自然電位、土壤電阻率、陽(yáng)極地床接地電阻，同時(shí)對(duì)管道環(huán)境有一個(gè)比較詳盡的了解，這些資料均需分別記錄整理，存檔備用。
2、陰極保護(hù)站投入運(yùn)行
按照恒電位儀的操作程序給管道送電，使電位保持在-1.20伏左右，待管道陰極極化一段時(shí)間(四小時(shí)以上)開(kāi)始測(cè)試直流電源輸出電流、電壓、通電點(diǎn)電位、管道沿線保護(hù)電位、保護(hù)距離等。然后根據(jù)所測(cè)保護(hù)電位，調(diào)整通電點(diǎn)電位至規(guī)定值，繼續(xù)給管道送電使其完全極化 (通常在24小時(shí)以上)。再重復(fù)第 一次測(cè)試工作，并做好記錄。若個(gè)別管段保護(hù)電位過(guò)低，則需再適當(dāng)調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位至滿足全線陰極保護(hù)電位指標(biāo)為止。
3、保護(hù)電位的控制
各站通電點(diǎn)電位的控制數(shù)值, 應(yīng)能保證相鄰兩站間的管段保護(hù)電位達(dá)到-0.85伏，同時(shí)各站通電點(diǎn)zui負(fù)電位不允許超過(guò)規(guī)定數(shù)值。調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位時(shí)，管道上相鄰陰極保護(hù)站間加強(qiáng)聯(lián)系，保證各站通電點(diǎn)電位均衡。
4、當(dāng)管道全線達(dá)到陰極保護(hù)電位指標(biāo)后，投運(yùn)操作完畢，各陰極保護(hù)站進(jìn)入正常連續(xù)工作階段。
(五)陰極保護(hù)站的日常維護(hù)管理
1、恒電位儀的巡檢和維護(hù)。
1) 日常巡檢：每天9：00和21：00對(duì)恒電位儀巡檢一次，并記錄輸出電壓、電流、保護(hù)電位數(shù)值, 與前次記錄(或值班記錄)對(duì)照是否有變化，若不相同應(yīng)查找原因，采取相應(yīng)措施使管道全線達(dá)到陰極保護(hù)。
2)每月維護(hù)：每月1日對(duì)恒電位儀進(jìn)行切換使用。改用備用的儀器時(shí)，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行一次觀測(cè)和維修，發(fā)現(xiàn)儀器故障應(yīng)及時(shí)檢修，保證供電。
維護(hù)內(nèi)容：
觀察全部零件是否正常，元件有無(wú)腐蝕、脫焊、虛焊、損壞，各連接點(diǎn)是否可靠，電路有無(wú)故障，各緊固件是否松動(dòng)，熔斷器是否完好，如有熔斷，需查清原因再更換。
檢查接接陰極保護(hù)站的電源導(dǎo)線，以及接至陽(yáng)極地床、通電點(diǎn)的導(dǎo)線是否完好，接頭是否牢固。
定期檢查工作接地和避雷器接地，并保證其接地電阻不大于10歐姆，在雷雨季節(jié)要注意防雷。
搞好站內(nèi)設(shè)備的清潔衛(wèi)生，注意保持室內(nèi)干燥，通電良好，防止儀器過(guò)熱。
2、參比電極的維護(hù)。
作為恒定電位儀信號(hào)源的埋地參比電極，在使用過(guò)程中需注意觀察恒電位儀的輸出數(shù)值，發(fā)現(xiàn)異?？蓹z查參比電極井是否干涸，影響儀器正常工作。
3、陽(yáng)極地床的維護(hù)。
陽(yáng)極地床接地電阻每月測(cè)試一次，接地電阻增大至影響恒電位儀不能提供管道所需保護(hù)電流時(shí)，應(yīng)該更換陽(yáng)極地床或進(jìn)行維修，以減小接地電阻。
4、測(cè)試樁的維護(hù)。
1) 檢查接線柱與大地絕緣情況，電阻值應(yīng)大于100千歐，用萬(wàn)用表測(cè)量，若小于此值應(yīng)檢查接線柱與外套鋼管有無(wú)接地，若有則需更換或維修。
2) 測(cè)試樁應(yīng)每年定期刷漆和編號(hào)。
3) 防止測(cè)試樁的破壞丟失，對(duì)沿線城鄉(xiāng)居民及兒童作好愛(ài)護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的宣傳教育工作。
5、絕緣接頭的維護(hù)。
每月檢測(cè)絕緣接頭兩側(cè)管地電位，若與原始記錄有差異時(shí)，應(yīng)對(duì)其性能好壞作鑒別。如有漏電情況應(yīng)采取相應(yīng)措施。
6、陰極保護(hù)系統(tǒng)的管理目標(biāo)(主要控制指標(biāo))
1)保護(hù)率等于100%;
管道總長(zhǎng)-未達(dá)有效陰極保護(hù)管道長(zhǎng)
保護(hù)率 = ───────────────── ×100%
管道總長(zhǎng)
2)運(yùn)行率(開(kāi)機(jī)率)大于98%;
全年小時(shí)數(shù) -全年停機(jī)小時(shí)數(shù)
開(kāi)機(jī)率 = ────────────── ×100%
全年小時(shí)數(shù)
3)保護(hù)度大于85%;
G1 / S1 -G2 / S2
保護(hù)度 = ───────── ×100%
G1 / S1
式中：G1——未施加陰極保護(hù)檢查片的失重量，g;
S1——未施加陰極保護(hù)檢查片的裸露面積，cm2;
G2——施加陰極保護(hù)檢查片的失重量，g;
S2——施加陰極保護(hù)檢查片的裸露面積，cm2;
4)管道保護(hù)電位：一般為-0.85V～-1.5V，當(dāng)土壤或水中含有硫酸鹽還原菌且硫酸根含量大于0.5%時(shí)為-0.95V或更負(fù)(應(yīng)考慮IR降的影響)。
(六)陰極保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)故障的分析
1、保護(hù)管道絕緣不良，漏電故障的危害
在陰極保護(hù)站投入運(yùn)行，或犧牲陽(yáng)極保護(hù)投產(chǎn)一段時(shí)間后，出現(xiàn)了在規(guī)定的通電點(diǎn)電位下, 輸出電流增大，管道保護(hù)距離卻縮短的現(xiàn)象，或者在犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)中，犧牲陽(yáng)極組的輸出電流量增大，其值已超過(guò)管道的保護(hù)電流需要，但保護(hù)電位仍達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)的現(xiàn)象。發(fā)生上述情況的原因，主要是被保護(hù)金屬管道與未被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物“短路”，這種現(xiàn)象稱之為陰極保護(hù)管道漏電，或者叫做“接地故障”。
接地故障使得被保護(hù)管道的陰極保護(hù)電流流入非保護(hù)金屬體，在兩管道的“短接”處形成“漏電點(diǎn)”, 這就會(huì)造成陰極保護(hù)電流的增大，陰極保護(hù)電源的過(guò)負(fù)荷和陰極保護(hù)引起的干擾。
另外陽(yáng)極地床斷路、陰極開(kāi)路、零位接陰斷路都會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)不能投保。判斷陽(yáng)極地床連接電纜斷路時(shí)可采用：
(1)測(cè)輸出電流,將恒電位儀開(kāi)啟，在恒電位儀陽(yáng)極輸出端串上一電流表，如果電流為零，則說(shuō)明有斷路現(xiàn)象。
(2)將恒電位儀機(jī)后陽(yáng)極輸出線斷開(kāi)，接入臨時(shí)地床或其它接地裝置，若有輸出電壓、電流，則可斷定陽(yáng)極地床連接線斷路。在陽(yáng)極電纜與地床陽(yáng)極接線處應(yīng)設(shè)置接線用水泥井或標(biāo)志。
2、造成管道漏電的原因
(1)施工不當(dāng)，交叉管道間距不合規(guī)范，即當(dāng)兩條管道一條為陰極保護(hù)的管道，另一條為未保護(hù)的管道交叉時(shí)，施工要求應(yīng)保持管道間的垂直凈距不小于0.3m，并在交叉點(diǎn)前后一定長(zhǎng)度內(nèi)將管道作特別絕緣，如果施工時(shí)不嚴(yán)格按照上述規(guī)定去做，那么管道埋設(shè)一段時(shí)間后，在土壤應(yīng)力的作用下, 管道相互可能搭接在一起，會(huì)造成絕緣層破損，金屬與金屬的相連形成漏電點(diǎn)。
(2)絕緣接頭失效或漏電，絕緣接頭質(zhì)量欠佳，在使用一段時(shí)間后絕緣零件受損或變質(zhì)，使法蘭不再絕緣，從而使得兩法蘭盤側(cè)不再具有絕緣性能，陰極保護(hù)電流也就不再有限 制;或者是輸送介質(zhì)中有一些電解質(zhì)雜質(zhì)使絕緣接頭導(dǎo)通，不再具有絕緣性能。
從上述原因看, 漏電點(diǎn)只可能發(fā)生在保護(hù)管道與非保護(hù)管道的交叉點(diǎn)，或保護(hù)管道的絕緣接頭處，因此查找漏電點(diǎn)就帶有上述局限性。但如果地下管網(wǎng)復(fù)雜,被保護(hù)管道與多條和線有交叉穿越，則使得漏電點(diǎn)的查找出現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)象。常常要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，反復(fù)測(cè)量、多方位檢查并綜合判斷才能找到真正的漏電故障點(diǎn)。
3、漏電點(diǎn)的查找
(1)利用查找管道絕緣層破損點(diǎn)，從而確定管道的漏電點(diǎn)或短接點(diǎn)的方法。 此方法首先將脈沖信號(hào)送到被測(cè)管道上, 如果管道防腐絕緣層良好,流入管道的電流很弱，儀表沒(méi)有顯示。如果管道防腐層有破損，電流將從土壤中通過(guò)破損處漏入管道，電流的流動(dòng)會(huì)在周圍土壤中將產(chǎn)生明顯的電位梯度。當(dāng)探測(cè)人員手持兩個(gè)參比電極在管道正上方探測(cè)行走時(shí), 伏特計(jì)將明顯的抖動(dòng)，當(dāng)伏特計(jì)指針停止抖動(dòng)時(shí)，兩個(gè)參比電極的中間既為防腐層漏點(diǎn)位置，該方法簡(jiǎn)便宜行，定位準(zhǔn)確，是目前國(guó)際上公認(rèn)的檢漏方法(DCVG)。
(2)可利用測(cè)定管內(nèi)電流大小的方法尋找漏電點(diǎn)。在無(wú)分支的陰極保護(hù)管道, 管內(nèi)電流是從遠(yuǎn)端流向通電點(diǎn)。當(dāng)非保護(hù)管道接入后就會(huì)形成分支電路，使保護(hù)電流經(jīng)過(guò)漏電點(diǎn)會(huì)變小，因此可利此法來(lái)尋找漏電點(diǎn)的位置。利用此法測(cè)定時(shí),在有懷疑的管段上可依次選點(diǎn)，用IR壓降法或者補(bǔ)償法(詳見(jiàn)有關(guān)說(shuō)明)測(cè)定管內(nèi)電流，再通過(guò)比較各點(diǎn)電流的大小來(lái)確定漏電點(diǎn)的電位。
(3)絕緣接頭漏電的測(cè)定。當(dāng)絕緣接頭漏電而導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)故障時(shí), 則可通過(guò)在絕緣接頭兩側(cè)管段上,分別測(cè)量管地電位，若保護(hù)側(cè)為保護(hù)電位，非保護(hù)側(cè)為自然電位，則絕緣接頭正常。否則有問(wèn)題存在。也可在非保護(hù)側(cè)測(cè)法蘭端部的對(duì)地電位, 如此電位比非保護(hù)管道或其它金屬構(gòu)筑物的電位要負(fù)，則此絕緣接頭漏電。
測(cè)定流過(guò)絕緣接頭的電流, 也可用來(lái)判定絕緣接頭的性能。若絕緣接頭非保護(hù)端一側(cè)，能測(cè)出電流則法蘭漏電;若測(cè)不出電流絕緣接頭不漏電。
(4)近間距電位測(cè)量法CIPS
在測(cè)試樁上測(cè)量保護(hù)電位只能反映管道的整體保護(hù)水平，不能說(shuō)明管道各點(diǎn)都得到了保護(hù)。采用近間距測(cè)量方式，是沿管道每隔 1—2 米測(cè)量一次管地電位,可以準(zhǔn)確的檢測(cè)出沒(méi)有得到保護(hù)的管段。
4、陽(yáng)極接地故障
陰極保護(hù)另一常見(jiàn)故障是由陽(yáng)極接地引起的。陽(yáng)極接地電阻與陽(yáng)極地床的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量密切相關(guān)。"凍土"會(huì)使陽(yáng)極地床電阻增加幾倍至十幾倍,"氣阻"也會(huì)使陽(yáng)極地床電阻增加。當(dāng)陽(yáng)極使用一段時(shí)間后,也會(huì)由于腐蝕嚴(yán)重,表面溶解不均勻造成電流障礙。因此在陰極保護(hù)的儀器上會(huì)出現(xiàn)電位升高, 而保護(hù)電流下降的現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)通過(guò)測(cè)量，更換或檢修陽(yáng)極地床來(lái)使陰極保護(hù)正常運(yùn)行。另一薄弱環(huán)節(jié)，是陽(yáng)極電纜線與陽(yáng)極接頭處的密封與絕緣，若施工不妥則會(huì)造成接頭處的腐蝕與斷路，使陰極保護(hù)電流斷路而無(wú)法輸入給管道。
(七)陰極保護(hù)中的幾個(gè)屏蔽問(wèn)題
當(dāng)管道周圍有絕緣層或金屬結(jié)構(gòu)存在時(shí), 會(huì)影響陰極保護(hù)電流的流動(dòng), 使管道得不到有效的陰極保護(hù)，即電流屏蔽。目前, 國(guó)內(nèi)采用“管中管”進(jìn)行防腐保溫的長(zhǎng)輸管道都不同程度的發(fā)生了腐蝕，某些套管內(nèi)的輸油管和固定墩內(nèi)的管道也存在較為嚴(yán)重的腐蝕, 這種狀況除了與施工質(zhì)量控制不嚴(yán)有關(guān)外, 陰極保護(hù)電流的屏蔽也是一個(gè)重要原因。
金屬結(jié)構(gòu)對(duì)管道的屏蔽
1、管道穿越公路、鐵路以及河流時(shí)套管的屏蔽
在管道穿越公路、鐵路以及河流時(shí), 經(jīng)常需要將輸油管放在金屬套管中，以對(duì)管道進(jìn)行附加保護(hù), 并認(rèn)為,套管與輸送管充分絕緣，但采用套管時(shí)將有以下情況發(fā)生：
(1)輸送管與套管完全絕緣, 套管與輸送管的環(huán)型空間內(nèi)沒(méi)有電解液存在， 在這種情況下陰極保護(hù)電流被完全屏蔽, 但輸送管僅受大氣腐蝕。
(2)輸送管與套管之間沒(méi)有電氣連接, 但套管內(nèi)有電解液或泥土, 此時(shí)陰極保護(hù)電流從土壤中經(jīng)過(guò)套管到達(dá)輸送管, 在這種情況下輸送管以及套管的外壁會(huì)得到陰極保護(hù), 而套管的內(nèi)壁因?yàn)榕欧烹娏鞫涌旄g。
(3)套管與輸送管短路, 一旦套管與輸送管發(fā)生短路, 陰極保護(hù)電流沿套管通過(guò)接觸點(diǎn)返回到輸送管, 此時(shí), 如果套管與輸送管之間有電解液, 輸送管將發(fā)生嚴(yán)重腐蝕, 即使沒(méi)有電解液, 如果套管防腐層較差, 也會(huì)泄漏大量電流, 使套管附近的一段管道得不到充分保護(hù)。
因此, 在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免采用套管, 而靠提高輸送管的壁厚來(lái)提高強(qiáng)度. 在必須使用套管的情況下, 應(yīng)采取必要的密封措施, 防止電解液進(jìn)入, 并保證套管與輸送管的絕緣。
2、固定墩鋼筋的屏蔽
當(dāng)固定墩內(nèi)的鋼筋與輸送管發(fā)生意外接觸時(shí), 其影響相當(dāng)于一個(gè)短路的套管，陰極保護(hù)電流通過(guò)鋼筋并通過(guò)接觸點(diǎn)返回管道。盡管鋼筋之間存在間隙, 但密布的鋼筋仍能阻斷大部分陰極保護(hù)電流, 使固定敦內(nèi)的管道得不到充分保護(hù). 因此, 在設(shè)計(jì)中應(yīng)減小鋼筋與套管短路的可能性， 在施工中也要經(jīng)常檢測(cè)鋼筋與輸送管的電阻。
絕緣體對(duì)管道的屏蔽
“管中管”防腐保溫結(jié)構(gòu)的屏蔽問(wèn)題。 當(dāng)管道周圍有絕緣體存在, 而且絕緣體與管道間有電解液存在時(shí)，由于陰極保護(hù)電流無(wú)法通過(guò)絕緣體到達(dá)管道表面, 管道得不到陰極保護(hù)。有人認(rèn)為, 陰極保護(hù)電流可以通過(guò)絕緣體與管道之間的空隙到達(dá)管道表面, 事實(shí)是如果該空隙之間充滿電解液, 電阻率很小, 這種看法是正確的。通過(guò)對(duì)“管中管”的腐蝕情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn), 如果防水層破壞, 水分進(jìn)入保溫層, 如果水分充足, 管道會(huì)得到陰極保護(hù), 一般不會(huì)發(fā)生腐蝕，如長(zhǎng)期處于水下的管道。如果僅有少量的水分進(jìn)入管道, 則在漏點(diǎn)兩側(cè)(2-3倍間隙的距離以外)一般會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕。
另外, 如果管道附近有其他絕緣體或巖石存在, 也會(huì)影響電流的流動(dòng), 對(duì)管道的保護(hù)電流起到屏蔽作用。因此, 當(dāng)管道通過(guò)巖石地帶時(shí), 應(yīng)采取措施, 如：采用柔性陽(yáng)極或帶狀陽(yáng)極, 保證陰極保護(hù)電流順利的到達(dá)管道表面。
二、陰極保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試方法
1、恒電位儀設(shè)備運(yùn)行狀況測(cè)試
測(cè)試內(nèi)容：輸出電壓、輸出電流、給定電位、長(zhǎng)效參比電極狀態(tài)。
測(cè)試儀器：數(shù)字萬(wàn)用表(2塊)、標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4電極(2支)、電工工具(1套)
測(cè)試方法：
(1)檢查陰極保護(hù)恒電位儀設(shè)備的型號(hào)、制造廠商、出廠日期、規(guī)格等。
(2)記錄恒電位儀電壓表和電流表的數(shù)值，計(jì)算出設(shè)備的輸出功率。
(3)在參比電極和陰極匯流點(diǎn)引線間連接數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量管地電位(給定電位)判斷長(zhǎng)效參比電極狀態(tài)。
2、陰極保護(hù)站強(qiáng)制電流陰極保護(hù)輔助陽(yáng)極地床測(cè)試
測(cè)試內(nèi)容：陽(yáng)極地床接地電阻
測(cè)試儀器：ZC-8接地電阻儀(四端) 卷尺(50米) 金屬電極(2支) 銅芯塑料軟線 1×1.5mm
測(cè)試方法：
(1)測(cè)試接線示意圖見(jiàn)圖1。在土壤電阻率較均勻的地區(qū)，d2取2L，d1取L;在土壤電阻率不均勻的地區(qū)，d2取3L，d1取1.7 L。在測(cè)試過(guò)程中，電位極沿輔助陽(yáng)極與電流極的連線移動(dòng)三次，每次移動(dòng)的距離為d2的5%左右，若三次測(cè)試值接近。取其平均值作為輔助陽(yáng)極接地電阻值;若測(cè)試值不接近，將電位極往電流極方向移動(dòng)，直至測(cè)試值接近為止。
(2)按圖1布好電極后，轉(zhuǎn)動(dòng)接地電阻測(cè)試儀的手柄，使手搖發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)平衡旋鈕，直至電表指針停在黑線上，此時(shí)黑線指示的度盤值乘以倍率即為接地電阻值。
3、絕緣接頭的絕緣性能測(cè)試
測(cè)試內(nèi)容：絕緣接頭(接頭)絕緣性能
測(cè)試儀器：電壓表(高阻抗)、標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4電極(1支)、電工工具
測(cè)試方法：已安裝到管道上的絕緣接頭(接頭)，可用電位法判斷其絕緣性能。如圖2所示，在被保護(hù)管道通電之前，用數(shù)字萬(wàn)用表V測(cè)試絕緣接頭(接頭)非保護(hù)側(cè)a的管地電位Va1;調(diào)節(jié)陰極保護(hù)電源，使側(cè)b點(diǎn)的管地電位Vb達(dá)到-0.85~-1.50之間，再測(cè)試a點(diǎn)的管地電位Va2。若Va1和Va2基本相等，則認(rèn)為絕緣接頭(接頭)的絕緣性能良好;若│Va2│>│Va1│且Va2接近Vb值，則認(rèn)為絕緣接頭(接頭)的絕緣性能可疑。若輔助陽(yáng)極距絕緣接頭(接頭)足夠遠(yuǎn)，且判明與非保護(hù)側(cè)相連接的管道沒(méi)同保護(hù)側(cè)的管線接近或交叉，則可判定為絕緣接頭(接頭)的絕緣性能很差(嚴(yán)重漏電或短路)。
4、管地電位測(cè)試
測(cè)試內(nèi)容：管道保護(hù)電位、自然電位
測(cè)試儀器：數(shù)字萬(wàn)用表、標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4電極(1支)、銅芯絕緣軟線(截面積1.0mm2)、電工工具(1套)、測(cè)量用鍔魚(yú)夾(2支)
測(cè)試方法：地表參比法地表，按圖7進(jìn)行接線測(cè)試，將參比電極放在管道頂部上方1m范圍的地表潮濕土壤上，應(yīng)保證參比電極與土壤電接觸良好。
(1)自然電位測(cè)試：未實(shí)施陰極保護(hù)的情況下，用硫酸銅參比電極測(cè)沿線測(cè)試樁電位的方法。其電位一般為-0.4V ~ -0.6V。
(2)保護(hù)電位測(cè)試：施加陰極保護(hù)的情況下，用硫酸銅參比電極測(cè)沿線測(cè)試樁電位的方法。其電位應(yīng)在-0.85V ~ -1.5V。
(3)間歇供電管道電位測(cè)試：在陰極保護(hù)設(shè)備向管道供電12秒、停3秒的情況下，在停3秒期間，用硫酸銅參比電極測(cè)沿線測(cè)試樁電位的方法。其斷點(diǎn)電位應(yīng)在-0.85V ~ -1.15V。
5、管道沿線管內(nèi)電流測(cè)試
測(cè)試內(nèi)容：管內(nèi)電流
測(cè)試儀器：UJ-33a直流電位差計(jì)、數(shù)字萬(wàn)用表(高阻抗)、銅芯塑料軟線 1×0.75mm3 、電工工具(1套)、測(cè)量用鍔魚(yú)夾(2支)
測(cè)試方法：
?、贉y(cè)量a、b兩點(diǎn)之間的管長(zhǎng)Lab，誤差不大于1%。按圖3接線，讀出ab兩點(diǎn)間的電壓降。在干擾區(qū)內(nèi)測(cè)試宜采用數(shù)字萬(wàn)用表。
②ab段管內(nèi)的電流按下式計(jì)算：
式中 I-流過(guò)ab段的管內(nèi)電流(A);
Vab-ab間的電位差(V)
D-管道外徑(mm)
δ-管道壁厚(mm)
ρ-管材電阻率(Ω.mm2/m)，取0.166.
Lab-ab間的管道長(zhǎng)度(m)。
6、雜散電流干擾測(cè)試
(1)交流干擾
測(cè)試內(nèi)容：管道交流干擾電壓
測(cè)試儀器：數(shù)字萬(wàn)用表、隔直電容(7.5μF ,250V)、金屬電極(1支)銅芯絕緣軟線(截面積1.0mm2)、電工工具(1套)、測(cè)量用鍔魚(yú)夾(2支)
測(cè)試方法：按圖5進(jìn)行接線測(cè)試。
(2)直流干擾
測(cè)試內(nèi)容：管道直流干擾地電位梯度與電流方向
測(cè)試儀器：數(shù)字萬(wàn)用表、標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4電極(4支)、銅芯絕緣軟線(截面積1.0mm2)、電工工具(1套)、測(cè)量用鍔魚(yú)夾(2支)
測(cè)試方法：
①沿著某一干擾段選取幾個(gè)地點(diǎn)，按圖6進(jìn)行接線重復(fù)測(cè)試，通過(guò)幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)的電位梯度的大小和方向，判斷雜散電流源的方位。
?、陔妷罕碜x取的數(shù)值除以參比電極間距，即為電位梯度。
?、郛?dāng)單獨(dú)測(cè)試地電位梯度時(shí)，參比電極的間距應(yīng)小一些，在可能的情況下以1m為宜。
圖6 地電位梯度及雜散電流方向測(cè)試示意圖
1-a、b、c、d四只Cu/CuSO4參比電極; ac與bd的距離相等，且垂直對(duì)稱布設(shè)，其中ac或bd應(yīng)與管道平行，電極間距宜為100m，當(dāng)受到環(huán)境限 制時(shí)可適當(dāng)縮短，但應(yīng)使電壓表有明顯的指示;2-測(cè)試導(dǎo)線;3-A、B兩塊電壓表
三、恒電位儀的基本操作
具體見(jiàn)使用說(shuō)明書(shū)。
