燃气管道防腐牺牲阳极保护与强制电流阴极保护.docx

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1、燃气管道防腐牺牲阳极保护与强制电流阴极保护牺牲阳极保护与强制电流阴极保护都是针对管道腐蚀的特点所采用的保护措施，本节首先简要介绍腐蚀的分类及缓蚀剂，然后重点介绍牺牲阳极保护与强制电流阴极保护的应用。一、腐蚀的分类（一）化学腐蚀化学腐蚀是单纯由化学作用引起。金属直接和周围介质如氧气、硫化氢、二氧化硫等接触发生化学作用，在金属表面上产生相应的化合物（如氧化物、硫化物）。用金属材料构成的燃气管道上所出现的化学腐蚀，常常会发生在管道内壁和外壁。化学腐蚀是全面的腐蚀，在化学腐蚀的作用下，管道内壁的厚度是均匀减少的。（二）电化学腐蚀燃气钢管的管壁与作为电解质的土壤或水相接触，产生电化学反应，使阳极区的金属

2、离子不断电离而受到腐蚀，即为电化学腐蚀。电化学腐蚀既可腐蚀内壁，也可以腐蚀外壁。通常埋地钢管的外壁腐蚀是以电化学腐蚀为主的。土壤中埋地钢管受到电化学腐蚀的强弱程度，与土壤的腐蚀性即土壤的电阻率有关。影响腐蚀速度的因素还有：土壤中的氧气、土壤中的微生物、土壤的PH值等。因此钢制燃气管道常用的防腐方法包括绝缘层防腐法、电保护法、排流保护法。燃气钢管使用的主要防腐层有沥青防腐层、环氧煤沥青防腐层、煤焦油瓷漆防腐层、环氧粉末防腐层、聚乙烯防腐胶带和三层PE防腐层等。燃气管道防腐绝热层的施工方法有缠绕湿抹法、绑扎法、缠包法。(三)杂散电流对钢管的腐蚀由于外界各种电气设备的漏电与接地，在土壤中形成杂散电流

3、。其中对钢管腐蚀危害最大的是直流电。泄漏直流电的设备有电气化铁路和有轨电车的钢轨、直流电焊机、整流器外壳接地和阴极保护站的接地阳极等。杂散电流对钢管的腐蚀发生在电流离开钢管流入土壤处,使管壁腐蚀。杂散电流的腐蚀特点包括：(1)强度高、危害大。在土壤中的杂散电流腐蚀是电解电池原理，即外来的直流电流或电位差，造成了土壤溶液中金属腐蚀。土壤中含有的水分能进行离子导电，因而使其具有电解质溶液的特征。(2)范围广、随机性强。杂散电流的作用范围很大，这与引起杂散电流的外部电流源密切相关。杂散电源腐蚀的发生又常常是随机而变的。无论从电流方向上，还是电流强度上，都是随外接电力设施的负载情况、轨道的连接与绝缘状

4、况、管道的绝缘状况而变化。(四)细菌作用引起的腐蚀根据对微生物参与腐蚀过程的研究发现，不同种类细菌的腐蚀行为，其条件也各不相同。例如，在缺氧土壤中存在厌氧的硫酸盐还原菌，它能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，使土壤中氢离子浓度增加，加速了埋地钢管的腐蚀过程。硫酸盐还原菌的活动与土壤的酸碱度（PH值）有关。pH值在4.59时细菌生长最为适宜，pH值在3.5以下或11.O以上时，细菌的活动完全受到抑止。（五）大气腐蚀大气腐蚀类型包括干的、潮的、湿的大气腐蚀。其中干的大气腐蚀指空气十分干燥，金属表面上不存在水膜，金属的腐蚀属于常温氧化。潮的大气腐蚀是指Rh（相对湿度）100%在金属表面上存在肉眼不可见的薄

5、液膜，随水膜厚度增加，大气腐蚀速度迅速增大，是大气腐蚀中破坏性较强的一种。湿的大气腐蚀是Rh100%,金属表面上形成肉眼可见的水膜，随水膜厚度增加，大气腐蚀速度逐渐减小。金属表面（液膜）是引起大气腐蚀的充分必要条件。大气腐蚀属于电化学腐蚀。（六）应力腐蚀与疲劳腐蚀金属材料在持续性应力和腐蚀性介质的协同作用下发生的腐蚀属于应力腐蚀。金属和合金在特定腐蚀介质与拉应力的同时作用下产生的破裂，称为应力腐蚀破裂。一般可将裂缝的产生和发展区分为三个阶段：第一阶段：金属表面生成钝化膜或保护膜。第二阶段：膜局部破裂，形成蚀孔或裂缝源。第三阶段：裂缝向纵深发展。前两个阶段与孔蚀和缝隙腐蚀相同，腐蚀都是在一个对流

6、不通畅、闭塞的微小区域内进行，统称为闭塞电池腐蚀。在第三阶段，由于金属内部存在一条狭窄的活性通路，在拉应力的作用下，活性通路前端的膜反复地、间歇地破裂，腐蚀沿着与拉应力垂直方向的通路前进。在闭塞区(裂缝尖端)会产生氢，一部分氢可能扩散到尖端金属内部,引起脆化，在拉应力作用下发生脆性断裂。吸氢使金属韧度或延性降低的过程被称为氢脆。裂缝在腐蚀和脆断的反复作用下迅速前进。当铁基合金所承受的交变应力低于一定数值时，可经过无限周期而不产生疲劳破坏，这个临界应力值称为疲劳极限。在周期性应力作用下，在腐蚀环境中，所有金属材料在远低于所能承受的极限抗拉强度的条件下会形成裂纹，发生疲劳腐蚀。二、缓蚀剂缓蚀剂是一

7、些用于腐蚀环境中，抑制金属腐蚀的添加剂。缓蚀剂的应用非常广泛。由于缓蚀剂机理复杂，因此有多种分类方法。(1)按电化学作用机理划分有阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂、混合型缓蚀剂三种类型。(2)按缓蚀剂所形成的保护膜特征划分有氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂吸附膜缓蚀剂三种类型。(3)按化学组成划分有无机缓蚀剂、有机缓蚀剂两种。(4)按使用的环境划分有气相缓蚀剂、液相缓蚀剂、固相缓蚀剂。三、牺牲阳极阴极保护应用(一)牺牲阳极的敷设要求牺牲阳极与管道的距离视防腐层质量、埋设地点土壤性质等因素而定，一般为36m0牺牲阳极与管道的相对位置分布以使保护电流均匀分布为原则。在相邻两组牺牲阳极管段的中间部位应设置测

8、试桩,以方便管道阴极保护的检测。牺牲阳极必须埋在冻土层以下。在地下水位低于3m的干燥地带，牺牲阳极应适当加深埋设。由于要求管道建设中在管道埋入地下数天后，再进行全线自然电位测试，牺牲阳极施工后，应采用辅助试片测试自然电位。(二)牺牲阳极故障1 .牺牲阳极常见故障及检测方法D牺牲阳极常见故障(1)阳极输出电流减小，达不到保护电位。导致这现象的主要原因有：阳极大部分已消耗掉，可能需要更换；阳极/阴极的连续断开；阳极/导线接头断开；阴极/导线接头断开；阳极周围土壤干燥；环境污染对阳极性能的影响。(2)阳极输出电流增大，但被保护管道电位难以极化。导致这现象的原因主要有：被保护管道所需电流过大，阳极输出

9、的电流远小于所需电流；被保护管道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；绝缘装置失效；防腐层老化或破损。2)牺牲阳极故障检测方法(1)连接导线：用砂纸打磨测试桩接线柱；用导线将各部分接好；接入导线的总长度不大于1m。(2)将参比电极放在管道顶部上方Irn范围的地表潮湿土壤上，应保证参比电极与土壤接触良好。(3)接入万用表：万用表与便携式铜/饱和硫酸铜参比电极接线柱、测试桩相连接。(4)测量电压:接通电路,将电压表调至适合的量程上,读取数据，做好记录，注明该电位值的名称。(5)记录电压表读数，计算牺牲阳极电位值。2 .牺牲阳极其他故障阳极体腐蚀不严重,但阳极已不能工作

10、，可能是阳极成分不合理，在工作环境中造成钝化所致，影响因素有温度、含盐类型等。阳极体局部腐蚀严重，造成阳极体断裂，可能是阳极合金化不均匀，造成局部腐蚀。未达设计寿命，阳极失效，可能是阳极杂质含量高，阳极效率降低。阳极埋入地下后，开路电位正常，而无电流输出，这主要是阳极填包料干燥所致，可以通过测量阳极接地电阻判断。在交流电干扰状态下，有时阳极会发生极性逆转，管理上应严格监控(如布交流干扰)。(三)制作硫酸铜参比电极(1)用清水清洗玻璃烧杯等器具，再用蒸馆水冲洗。(2)配置溶液：往盛有蒸镭水的干净烧杯中加入硫酸铜晶体并用玻璃棒搅拌，配制成饱和硫酸铜溶液。(3)准备参比电极：检查接线、渗透膜、密封件

11、是否完好；用砂纸打磨铜棒至露出金属光泽。(4)组装电极:将配好的溶液加入电极体内，再加少许硫酸铜晶体,确保其饱和度；将参比电极组装完好。(5)比较测试：在水池或方盘中加水，取组装后的参比电极与性能良好的参比电极放置其中，用万用表测两电极的相对电位，不大于5mV为合格。四、强制电流阴极保护应用(-)强制电流阴极保护系统组成根据阴极保护原理，用直流电源直接向被保护金属通以阴极电流,使之阴极极化以达到阴极保护的目的，这一方法称为强制电流法。强制电流保护的设备与附属装置包括直流电源、辅助阳极、绝缘法兰、测试桩、检查片、参比电极。(二)强制电流阴极保护的特点强制电流法有以下特点：(1)工程越大，投资比重

12、越小，因此对于太小的工程使用强制电流法在经济上是不合算的。(2)辅助阳极寿命长，设计合理，一般可达20年以上。(3)直流电源的输出电压、电流连续可调，保护范围大。(4)适应外界环境的电阻率范围广，可不受土壤电阻率的限制。强制电流法的不足之处是电源设备需要维护，管理工作量较大，对邻近的构筑物干扰影响大，需要外部电源等。(三)管道阴极保护参数测试1 .地表参比法地表参比法主要用于管道自然电位、牺牲阳极开路电位、管道保护电位等参数的测试。测试时，将参比电极放在管道顶部上方Im范围的地表土壤上，保证参比电极与土壤接触良好。2 .近参比法近参比法一般用于防腐层质量较差的管道保护电位和牺牲阳极闭路电位的测试。在管道（或牺牲阳极）上方，距测试点Im左右挖一个安放参比电极的探坑，将参比电极置于距管壁（或牺牲阳极）35cm的土壤上进行测量和记录。3 .远参比法远参比法主要用于强制电流阴极保护受辅助阳极电场影响的管段、牺牲阳极埋设点附近的管段。测试时将参比电极朝远离地表电场源的方向逐次移动IoCm,用万用表依次测试管地电位。当相邻两个安放点测试管地电位相差小于5mV时，参比电极不再往远方移动，取最远处的管地电位为该测试点的管道对远方大地的电位值。