【正文】 埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù) 中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院 李秀峰 西安 —20223 長(zhǎng)慶油田培訓(xùn) ? 第一節(jié) 腐蝕與防護(hù) ? 第二節(jié) 陰極保護(hù) ? 第三節(jié) 犧牲陽(yáng)極保護(hù) ? 第四節(jié) 強(qiáng)制電流 ? 第五節(jié) 排流保護(hù) ? 第六節(jié) 陰極保護(hù)管道設(shè)計(jì) ? 第七節(jié) 陰極保護(hù)測(cè)試 ? 第八節(jié) 運(yùn)行與管理 ? 第九節(jié) 管道防腐層 ? 第十節(jié) 防腐蝕相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ?第一節(jié) 腐蝕與防護(hù) 腐蝕定義及防腐的意義 定義 可從幾方面下定義 （ 1） 由于材料與環(huán)境作用而引起的破壞和變質(zhì) ； （ 2） 除了單純機(jī)械破壞以外的材料一切破壞 ； （ 3） 冶金的逆過(guò)程 。 腐 蝕 過(guò) 程 腐 蝕 過(guò) 程 ISO定義： 金屬與環(huán)境間的物理 化學(xué)相互作用，其結(jié)果使金屬的性能發(fā)生變化 ,并?？蓪?dǎo)致金屬、環(huán)境或由它們作為組成部分的技術(shù)體系的功能受到損傷。注：該相互作用通常為電化學(xué)性質(zhì)。 （見 GB/T 101232022） 腐蝕定義 ?材料受 環(huán)境 的 作用 而發(fā)生的 降解 。 ? 引自 《 尤利格腐蝕手冊(cè) 》 ?腐蝕損失 ?（ 1）腐蝕控制所需費(fèi)用 ?（ 2）為阻止腐蝕額外的材料費(fèi)用 ?（ 3）經(jīng)濟(jì)損失和替代品費(fèi)用 ?（ 4）科研、標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)證所需費(fèi)用 防蝕意義 腐蝕損失 UK， Hoar,1969為 %GNP， 其中 %可避免； US 1975， 820億 %GNP（ 16770億 ） ，其中 ， 40%可以避免 ， 約為 330億； 1982年 ， 1260億； 1992年 ， 1700億； 1995年統(tǒng)計(jì)為 3000億 ， %， 其中 基礎(chǔ)設(shè)施為 1500億 ， 1100/人； 中國(guó) 石油行業(yè) 1987統(tǒng)計(jì) ， 漏泄：容器 /臺(tái)年 ， 管道 2萬(wàn)次 /年； 石化行業(yè) 1989統(tǒng)計(jì) ， 約 20億； 基礎(chǔ)工程 西直門橋 1979建 ， 1999拆 ， 重修費(fèi)用 3000萬(wàn) ， 北京立交橋有 200座 ， 僅大北窯橋改造工程就花 4000萬(wàn)； 2022年 10月發(fā)表 《 中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告 》 指出 : 我國(guó)腐蝕損失為 5000億元 /年 5%GNP 其中 20% 可以避免 1000億元 腐蝕分類 （ 1）高溫、低溫； （ 2）化學(xué)、電化學(xué)； （ 3）濕、干腐蝕 。 腐蝕速率表示方法 （ 1 ） 均勻腐蝕： 損失重量 、 腐蝕深度 、 腐蝕電流 ； （ 2） 局部腐蝕 ： 點(diǎn)蝕系數(shù) 。 1 選擇耐蝕材料 (供應(yīng) 、 耐蝕 、 成本 、 強(qiáng)度 、 加工性 、 外觀等因素 ) 2 與環(huán)境隔離的防腐層技術(shù) 3 適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 陰極保護(hù) 5 緩蝕劑 6 改變環(huán)境 降溫 、 降速 、 除氧 、 改變濃度 7 防銹技術(shù) （ 電鍍 、 涂料 ） 8 材料改性 （不銹鋼） 防蝕方法 ?第二節(jié) 陰極保護(hù) ?壓力管道類別 ? 長(zhǎng)輸管道 系產(chǎn)地、儲(chǔ)存庫(kù)、使用單位間用于輸送商品介質(zhì)的管道； ? 公用管道 系指城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)用于公用事業(yè)或民用的燃?xì)夂蜔崃艿溃? ? 工業(yè)管道 系指企業(yè)、事業(yè)單位所屬用于輸送工藝介質(zhì)的工藝管道、公用工程管道及其他輔助管道； ? 壓力管道元件 指用于連接或裝配成管道的組成件。 ? 引自 TSG D10012022 術(shù)語(yǔ) : ?參比電極 ： ? 具有穩(wěn)定可再現(xiàn)電位的電極 ， 測(cè)量其他電極電位值時(shí)用以作參照 。 土壤中常用的是Cu/CuSO4電極 。 在一些不易接近的地方 ， 有時(shí)也用金屬電極 （ 如 Zn） 。 測(cè)量交流電壓時(shí)可使用金屬棒作參比電極 。 ?Voff 斷電電位 ： ? 斷開陰極保護(hù)電流后瞬間直接測(cè)得的管 /地電位 。 因不含 IR降 ， 故可視為極化電位 。 ?Von通電電位 ： 施加陰極保護(hù)電流情況下測(cè)得的管 /地電位。 因含有 IR降，故不宜做為保護(hù)準(zhǔn)則用。若要用時(shí)，應(yīng)考慮排 除其 IR降成分。 ?極化電位 ： 施加保護(hù)電流后引起管 /地電位的偏移。在陰極保護(hù)領(lǐng)域極化電位是指不含 IR降的管 /地電位。 ?管地電位 ： 用與土壤相接觸的參比電極測(cè)得的管道對(duì)地電位 。 ?點(diǎn)蝕系數(shù) ? 最深腐蝕點(diǎn)的深度與由重量損失計(jì)算得到的平均腐蝕深度之比。 ?極化曲線 ? 電極電位對(duì)電流密度的曲線。 + e 導(dǎo)線 離子導(dǎo)電 + 導(dǎo)線 離子導(dǎo)電 電流 對(duì)被保護(hù)的金屬施加一 定的陰極電流 ， 使其產(chǎn) 生陰極極化 ， 當(dāng)金屬的 電位負(fù)于某一電位值 時(shí) ， 金屬的腐蝕過(guò)程就 會(huì)得到有效的抑制 。 原電池三要素 ： 1） 兩電極電位不同的兩電極； 2） 兩電極必須在同一電解質(zhì)溶液里； 3） 兩電極間必須有導(dǎo)線連接 。 埋地管道 防腐蝕方法： 1） 防腐 (涂層 )層 (99%的保護(hù)作用 ) 2） 陰極保護(hù) (1%的保護(hù)作用 ,但很關(guān)鍵 ) 管道中腐蝕電池的形式 ?1）土質(zhì)不一致的濃差電池 ?2）大管徑因地下水造成上下濃差電池 ?3）材質(zhì)不同的電偶電池 ?4）混凝土中的 pH差電池 ?5）彎頭處的應(yīng)力差電池 ?6）防腐層缺陷處的表面差異電池 保護(hù)電位準(zhǔn)則 （ NACE RP 0169202 GB21448） ： （ 1） 通電情況下 850mV； （ 2） 極化電位 850mV； （ 3） 極化電位差 100mV。 （ 管 /地界面極化電位 ） 應(yīng)為 850 mV（ CSE） 或更負(fù) 。 陰保狀態(tài)下管道極限保護(hù)電位不能比 1200 mV（ CSE） 更負(fù) 。 對(duì)高強(qiáng)度鋼 （ 最小屈服強(qiáng)度大于 550 MPa） 和耐蝕合金鋼 ， 如奧 氏體不銹鋼 ， 雙相不銹鋼等 ， 極限保護(hù)電位則要根據(jù)實(shí)際析氫電位來(lái)確 定 。 其保護(hù)電位應(yīng)比 850 mV（ CSE） 稍正 ， 但在 650 mV至 750 mV的電 位范圍內(nèi) ， 管道處于高 pH值 SCC的敏感區(qū) ， 應(yīng)予注意 。 在厭氧菌或 SRB及其它有害菌土壤環(huán)境中 ， 管道陰極保護(hù)電位應(yīng)為 950 mV（ CSE） 或更負(fù) 。 在土壤電阻率 100 Ω .m 至 1000 Ω .m環(huán)境中的管道 ， 陰極保護(hù)電位宜負(fù)于 750 mV（ CSE） ；在土壤電阻率 ρ 大于 1000 Ω .m的環(huán)境中的管道 ， 陰極保護(hù)電位宜負(fù)于 650 mV（ CSE） 。 陰極保護(hù)參數(shù) ? 陰極保護(hù)準(zhǔn)則 ? 特殊考慮 ? 當(dāng) ，可采用陰極極化或去極化電位差大于 100 mV的判據(jù)。 ? 注： 在高溫條件下、 SRB的土壤中、存在雜散電流干擾及異種金屬材料偶合的管道中不能采用 100 mV極化準(zhǔn)則。 ? 測(cè)試條件 ? (1) 通電條件下測(cè)量 ,含有 IR降 ,必須除去 ? (2) 通常采用斷電法測(cè)量 ,不含 IR降 ? (3) 極化形成或衰減過(guò)程中 ? (4) 管網(wǎng)及雜散電流干擾下 ,必須采用探頭法測(cè) 極 化 衰 減 過(guò) 程 陰極保護(hù)方法 1 犧牲陽(yáng)極法 2 強(qiáng)制電流法 3 排流保護(hù)法 CATHODIC CORROSION PROTECTION 強(qiáng)制電流法 犧牲陽(yáng)極法 方法 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 輸出電流、電壓連續(xù)可調(diào) 需要外部電源 強(qiáng) 保護(hù)范圍大 對(duì)鄰近金屬構(gòu)筑物干擾大 制 不受環(huán)境電阻率限制 維護(hù)管理工作量大 電 工程規(guī)模越大越經(jīng)濟(jì) 流 保護(hù)裝置壽命長(zhǎng) 不需要外部電源 高電阻率環(huán)境不宜使用 犧 對(duì)鄰近構(gòu)筑物無(wú)干擾或很小 保護(hù)電流幾乎不可調(diào) 牲 投產(chǎn)調(diào)試后可不需管理 覆蓋層質(zhì)量必須好 陽(yáng) 工程規(guī)模越小越經(jīng)濟(jì) 投產(chǎn)調(diào)試工作復(fù)雜 極 保護(hù)電流分布均勻、利用率高 消耗有色金屬 極 利用雜散電流保護(hù)管道 對(duì)其它構(gòu)筑物有干擾影響 排 性 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 干擾源停運(yùn)時(shí)，保護(hù)體得不到保護(hù) 排 方法簡(jiǎn)單，只需簡(jiǎn)單管理 流 流 有雜散電流時(shí)，可防止雜散電流的腐蝕 易造成過(guò)負(fù)電位 保護(hù)范圍廣 對(duì)其它構(gòu)筑物有干擾影響 保 強(qiáng) 電壓、電流連續(xù)可調(diào) 需要外部電源 制 以干擾源負(fù)饋線代替輔助陽(yáng)極，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 排流點(diǎn)易過(guò)保護(hù) 護(hù) 排 干擾源停運(yùn)時(shí)，保護(hù)體仍被保護(hù) 流 不存在陽(yáng)極干擾 三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較 防腐層與陰極保護(hù) （ 1） 防腐層的作用：隔絕電解質(zhì) （ 2） 防腐層的種類 1)石油瀝青 ：早期用 、 面積電阻低 、 有污染 、 應(yīng)淘汰 2)環(huán)氧煤瀝青 ：早期用于補(bǔ)口 、 面積電阻很低 、 質(zhì)量不宜控制 、 應(yīng)禁用 3)煤焦油瓷漆 ：性能好 、 壽命長(zhǎng) 、 面積電阻低 、 有污染 、 不應(yīng)大量應(yīng)用 4)環(huán)氧粉末 (FBE)： 性能優(yōu) 、 壽命長(zhǎng) 、 面積電阻高 、 應(yīng)大力推廣應(yīng)用 5)聚乙烯 (PE)： 性能優(yōu) 、 壽命長(zhǎng) 、 面積電阻很高 、 但有陰極屏蔽作用 6)三層 PE(FBE膠 PE)： 性能優(yōu)、壽命長(zhǎng)、面電阻很高、防腐功能強(qiáng)、 但有陰極屏蔽作用 （ 3） 防腐層質(zhì)量與陰極保護(hù)電流密度 ? 保護(hù)電流密度 ? 范圍 : /平方米 ? 因素 : ? 覆蓋層的質(zhì)量、類型 ? 環(huán)境條件 （土壤、溫度、干擾、環(huán)境） 陰極保護(hù)技術(shù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 （ 1） 管道 長(zhǎng)輸管道全部施加了保護(hù) 油田集輸管道基本施加了保護(hù) 市政供氣 、 水管道有上保護(hù)和無(wú)保護(hù)的 （ 2） 儲(chǔ)罐 國(guó)內(nèi)大型儲(chǔ)罐基本都施加了保護(hù) 城市加油站的小型儲(chǔ)罐有的上了保護(hù) （ 3） 標(biāo)準(zhǔn)與法律 中國(guó)石油天然氣管道保護(hù)條例 國(guó)內(nèi)有一套陰極保護(hù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 制訂相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 第三節(jié) 犧牲陽(yáng)極保護(hù) 犧牲陽(yáng)極種類 ? 基本要求 ： （ 1） 要有足夠的負(fù)電位 ， 且很穩(wěn)定； （ 2） 工作中陽(yáng)極極化要小 ， 溶解均勻 ， 產(chǎn)物易脫落； （ 3） 電流效率高； （ 4） 電化當(dāng)量高 ， 單位重量的電容量大； （ 5） 腐蝕產(chǎn)物無(wú)毒 ， 不污染環(huán)境； （ 6） 材料來(lái)源廣 ， 加工容易； （ 7） 價(jià)格便宜 。 鎂及鎂合金 ： （ 1） 品種：高純鎂 、 高電位 、 標(biāo)準(zhǔn)； （ 2） 性能：電位高 、 效率低； 鋅及鋅合金 （ 1） 品種：高純鋅 、 鋅 鋁 鎘 、 鋅 鋁； （ 2） 性能：電位低 、 效率高； 鋁合金 （ 1） 品種：鋁 鋅 銦 、 鋁 鋅 汞； （ 2） 性能：