阴极保护与其运行管理

阳极电能的消耗主要是用在克服接地电阻上，接地电阻越小,则消耗越小。从这点出发，为了达到这一目的，阳极装置必然过于庞大，或要做必要的处理，则经济上是不可取的。究竟取多大为宜,苏联规定该值应小于0.5Ω,事实证明，当阳极埋设处的土壤电阻率小于10Ω·m时,一般阳极结构可以达到这一标准。如电阻率高，则阳极结构要十分庞大，甚至无法达到这一标准。现在多使用难溶高硅铸铁阳极，要求阳极工作电流密度应控制在5~80A/m2范围内，接地电阻可以不受此限制。目前我国生产的阴极保护专用仪器，恒电位仪的规格有限，选用时要注意与阴极保护系统的电阻相匹配。从表1可知，三部分中以阳极接地电阻占主要部分，又是可变部分，如何使它们之间相匹配，主要是看经济的合理性。

二、影响牺牲阳极阴极保护的经济性的因素

目前牺牲阳极多以成组布置，一组4〜5支或更多不等，阳极间距2〜3m,从现场测试结果表明,4支一组阳极发出的电流之和远小于单支发生电流的4倍，其原因也是由于阳极电场的相互影响,多支汇流一点与管道相连必然造成电场的屏蔽,影响阳极电流的输出。因此，论文建议釆用单支分散布置会消除电场影响,使电位分布非常均匀，这对涂层略差的管道更显示出其优越性，这样设计牺牲阳极块的位置也是较经济的。

三、保护电流需要量的确定

使被保护金属停止腐蚀所需要电流密度值，一般的确定方法是用被保护物体表面的几何面积与总电流相除求得。极小保护电流密度值主要根据被保护金属的类别、腐蚀介质成分，相对运动速度、温度、表面涂层或阴极沉积膜性质、完整性的接触电阻来决定，由于上述条件不同，极小保护电流密度数值变化幅度很大，从极小几uA/m2到特大几百A/m2„在上面列举的诸因素中，影响地下管道极小保护电流密度大小的主要因素是管道防腐涂层的性质、结构和完整性、及防腐层的电阻值。从实际工程观测得知:裸钢管所需的极小保护电流密度经验值为5~50mA/m2,埋入混凝土内钢筋极小保护电流密度经验值＜2mA/m20阴极保护电流密度的选取是设计成败的关键。只有了解不同防腐层所需要的保护电流密度值，才能做到少花钱做好事的要求。

阴极的运行管理

一、阴极保护投用前的管理

1、阴极保护投用前对被保护管道的检查

① 管道対地绝缘的检查

从阴极保护的原理介绍，已得知没有绝缘就没有保护。为了确保阴极保护的正常运行，在施加阴极保护电流前，必须确保管道的各项绝缘措施正确无误。应检査管道的绝缘法兰的绝缘性能是否正常；管道沿线布置的设施如阀门、抽水缸、闸井均应与土壤有良好的绝缘；管道与固定墩、跨越塔架、穿越套管处也应有正确有效的绝缘处理措施。管道在地下不应与其它金属构筑物有"短接"等故障。管道表面防腐层应无漏敷点，所有施工时期引起的缺陷与损伤，均应在施工验收时使用DCVG检漏仪检测，修补后回填。

② 管道导电性检查

对被保护管道应具有连续的导电性能。

③  旧管道对地绝缘状态的检查

应按设计要求处理。对是否修补防腐涂层，排除接地故障（如防静电接地极等），应根据技术经济条件比较确定。对管道导电性的检査，仍需按前述要求进行。

2、对阴极保护施工质量的验收

①对阴极保护间内所有电气设备的安装是否符合《电气设备安装规程》的要求,各种接地设施是否完成，并符合图纸设计要求。

②对阴极保护的站外设置的选材、施工是否与设计一致。对通电点、测试桩、阳极地床、阳极引线的施工与连接应严格符合规范要求。尤其是阳极引线接正极,管道江流点接负极，严禁电极接反。

③图纸、设计资料齐全完备。

二、阴极保护投入运行管理

① 组织人员测定全线管道自然电位、土壤电阻率、各站阳极地床接地电阻。同时对管道环境有一个比较详尽的了解，这些资料均需分别记录整理，存档备用。

② 阴极保护站投入运行

按照直流电源（整流器、恒电位仪、蓄电池等）操作程序给管道送电，使电位保持在-1.30伏左右，待管道阴极极化一段时间（四小时以上）开始测试直流电源输出电流、电压、通电点电位、管道沿线保护电位、保护距离等。然后根据所测保护电位，调整通电点电位至规定值，继续给管道送电使其完全极化（通常在24小时以上）.再重复第一次测试工作,并做好记录。若个别管段保护电位过低，则需再适当调节通电点电位至满足全线阴极保护电位指标为止。

③ 保护电位的控制

各站通电点电位的控制数值，应能保证相邻两站间的管段保护电位达到-0.85伏，同时，各站通电点极负电位不允许超过规定数值。调节通电点电位时,管道上相邻阴极保护站间加强联系，保证各站通电点电位均衡。

④ 当管道全线达到极小阴极保护电位指标后，投运操作完毕。各阴极保护站进入正常连续工作阶段。

三、阴极保护站的日常维护管理

1、强制电流阴极保护的日常维护

（1）阴极保护设施的日常维护

电气设备定期技术检查。电气设备的检査每周不得少于一次，有下列内容：

① 检査各电气设备电路接触的牢固性，安装的正确性，个别元件是否有机械障碍。检査接接阴极保护站的电源导线，以及接至阳极地床、通电点的导线是否完好，接头是否牢固。

② 检査配电盘上熔断器的保险丝是否按规定接好,当交流回路中的熔断器保险丝被烧毁时,应查明原因及时恢复供电。

③ 观察电气仪表，在专用的表格上记录输出电压、电流、通电点电位数值，与前次记录（或值班记录）对照是否有变化，若不相同,应查找原因，釆取相应措施，使管道全线达到阴极保护。

④ 应定期检查工作接地和避雷器接地，并保证其接地电阻不大于10欧姆，在雷雨季节要注意防雷。

⑤ 搞好站内设备的清洁卫生，注意保持室内干燥，通电良好，防止仪器过热。

（2）恒电位仪的维护

① 阴极保护恒电位仪一般都配置两台，互为备用，因此应按管理要求定时切换使用。改用备用的仪器时，应即时进行一次观测和维修。仪器维修过程中不得带电插、拔各插接件、印刷电路板等。

② 观察全部零件是否正常,元件有无腐蚀，脱焊、虚焊、损坏、各连接点是否可靠,电路有无故障，各紧固件是否松动，熔断器是否完好，如有熔断，需查清原因再更换。

③ 清洁内部,除去外来物。

④ 发现仪器故障应及时检修，并投入备用仪器，保证供电。每年要计算开机率。其公式如下所示：

（3）硫酸铜电极的维护

① 使用定型产品或自制硫酸铜电极,其底部均要求做到渗而不漏，忌污染。使用后应保持清洁,防止溶液大量漏失。

② 作为恒定电位仪信号源的埋地硫酸铜参比电极,在使用过程中需每周查看一次,及时添加饱和硫酸铜溶液。严防冻结和干涸,影响仪器正常工作。

③ 电极中的紫铜棒使用一段时间后，表面会粘附一层兰色污物，应定期擦洗干净,露出铜的本色。配制饱和硫酸铜溶液必须使用纯净的硫酸铜和蒸馅水。

（4）阳极地床的维护

① 阳极架空线:每月检查一次线路是否完好，如电杆有无倾斜,瓷瓶、导线是否松动，阳极导线与地床的连接是否牢固，地床埋设标志是否完好等。发现问题及时整改。

② 阳极地床接地电阻每半年测试一次，接地电阻增大至影响恒电位仪不能提供管道所需保护电流时，应该更换阳极地床或进行维修，以减小接地电阻。

（5）测试桩的维护

① 检査接线柱与大地绝缘情况，电阻值应大于100千欧，用万用表测量,若小于此值应检查接线柱与外套钢管有无接地，若有，则需更换或维修。

② 测试桩应每年定期刷漆和编号。

③ 防止测试桩的破坏丢失，对沿线城乡居民及儿童作好爱护国家财产的宣传教育工作。

（6）绝缘法兰的维护

① 定期检测绝缘法兰两侧管地电位，若与原始记录有差异时，应对其性能好坏作鉴别。如有漏电情况应釆取相应措施。

② 对有附属设备的绝缘法兰（如限流电阻、过压保护二极管、防雨护罩等）均应加强维护管理工作，保证完好。

③ 保持绝缘法兰清洁、干燥，定期刷漆。

2、牺牲阳极阴极保护的日常维护

管道牺牲阳极保护日常维护工作量不多，除按外加电流阴极保护的要求进行保护电位测量，测试桩维护保养,绝缘法兰检测，接地故障排除等工作外，建议每月测定各参数。据此分析管道保护状况。若阳极性能变坏,则需釆取相应措施。

阴极保护管理制度

阴极保护的管理不仅要有技术方面的管理，还得有完善的制度来规范这些管理措施，提高管理是水平，而且对于一个使用阴极保护的企业来说，建立一套完整的阴极保护管理体系是保证阴极保护系统正常运行及阴极保护其他管理方面工作的正常开展提供了保障。通常阴极保护管理制度因该包含以下几个方面。

① 每条阴极保护管道，都应制符合本管道实际情况的《阴极保护运行管理规定》,使阴极保护的日常测试、控制、调整、维修等方面的工作均按此进行。

② 加强阴极保护的组织、领导。保持室内设备整洁,达到无故障、无缺陷、无锈蚀、无外来物。实现三图上墙，即线路走向图、保护电位曲线图、岗位责任制。

③ 阴极保护站投产后，电气设备接线不得擅自改动,需要改变的应由主管部门做出方案，经批准后方能执行。

④ 每日检查测量通电点电位，填写好运行日志，向生产调度部门汇报阴极保护站运行情况。

⑤ 阴极保护站向管道输送电不得中断。停运一天以上须报主管部门备案。利用管道停电方法调整仪器，一次不得超过2小时，全年不超过30小时。保证全年98%以上时间给管道送电。

⑥ 保持通电点电位在规定值，沿管道测定阴极保护电位，此种测量在阴极保护站运行初期每周一次，以后每两周或一月测量一次。并将保护电位测量记录,造表,绘图上报主管部门。

⑦ 每年在规定时间内测量管道沿线自然电位和土壤电阻率各一次。

⑧ 检査和消除管道接地故障，使全线达到完全的阴极保护。

阴极保护系统常见故障

一、保护管道绝缘不良，漏电故障的危害

在阴极保护站投入运行，或牺牲阳极保护投产一段时间后，出现了在规定的通电点电位下，输出电流增大，管道保护距离却缩短的现象，或者在牺牲阳极系统中，牺牲阳极组的输出电流量增大,其值已超过管道的保护电流需要，但保护电位仍达不到规定指标的现象。发生上述情况的原因，主要是被保护金属管道与未被保护的金属结构物"短路"，这种现象称之为阴极保护管道漏电，或者叫做”接地故障"。

接地故障，使得被保护管道的阴极保护电流流入非保护金属体，在两管道的"短接"处形成”漏电点"，这就会造成阴极保护电流的增大;阴极保护电源的过负荷和阴极保护引起的干扰。另外,阳极地床断路，阴极开路，零位接阴断路都会导致阴极保护不能投保。如果阳极电缆断路，造成阴极保护体系不能正常工作，判断阳极地床连接电缆断路时,可釆用下面的方法：

① 测输出电流，将恒电位仪开启，在恒电位仪阳极输出端串上一电流表，如果电流为零,则说明有断路现象。

② 将恒电位仪机后阳极输出线断开，接入临时地床或其它接地装置，若有输出电压、电流，则可断定阳极地床连接线断路。在阳极电缆与地床阳极接线处应设置接线用水泥井或标志。

二、造成管道漏电的原因

① 施工不当，交叉管道间距不合规范,即当两条管道，一条为阴极保护的管道，另一条为未保护的管道交叉时,施工要求应保持管道间的垂直净距不小于0.3m,并在交叉点前后一定长度内将管道作特别绝缘，如果施工时不严格按照上述规定去做,那么在管道埋设一段时间后，在土壤应力的作用下，管道相互可能搭接在一起，会造成绝缘层破损，金属与金属的相连，形成漏电点。

② 绝缘法兰失效或漏电，绝缘法兰质量欠佳，在使用一段时间后绝缘零件受损或变质，使法兰不再绝缘，从而使得两法兰盘侧不再具有绝缘性能，阴极保护电流也就不再有限制;或者是输送介质中有一些电解质杂质使绝缘法兰导通，不再具有绝缘性能。从上述原因看，漏电点只可能发生在保护管道与非保护管道的交叉点,或保护管道的绝缘法兰处,因此查找漏电点就带有上述局限性。但如果地下管网复杂,被保护管道与多条和线有交叉穿越，则使得漏电点的查找出现复杂现象。常常要根据现场实际情况，反复测量、多方位检査并综合判断才能找到真正的漏电故障点。

三、漏电点的查找

① 利用査找管道绝缘层破损点，从而确定管道的漏电点或短接点的方法。此方法首先将脉冲信号送到被测管道上，如果管道防腐绝缘层良好，流入管道的电流很弱，仪表没有显示.如果管道防腐层有破损，电流将从土壤中通过破损处漏入管道,电流的流动会在周围土壤中将产生明显的电位梯度。当探测人员手持两个参比电极在管道正上方探测行走时，伏特计将明显的抖动，当伏特计指针停止抖动时，两个参比电极的中间既为防腐层漏点位置，该方法简便宜行，定位准确，是目前国际上公认的检漏方法(DCVG)。

② 可利用测定管内电流大小的方法寻找漏电点。因为无分支的阴极保护管道，管内电流是从远端流向通电点。当非保护管道接入后就会形成分支电路，使保护电流经过漏电点会变小。因此，可利此法来寻找漏电点的位置。利用此法测定时，在有怀疑的管段上可依次选点，用IR压降法或者补偿法(详见有关说明)测定管内电流。再通过比较各点电流的大小来确定漏电点的电位。

③ 绝缘法兰漏电的测定。当绝缘法兰漏电而导致阴极保护系统故障时，则可通过在绝缘法兰两侧管段上，分别测量管地电位，若保护侧为保护电位,非保护侧为自然电位，则绝缘法兰正常。否则,有问题存在。也可在非保护侧测法兰端部的对地电位，如此电位比非保护管道或其它金属构筑物的电位要负,则此绝缘法兰漏电。测定流过绝缘法兰的电流，也可用来判定绝缘法兰的性能。若绝缘法兰非保护端一侧，能测出电流，则法兰漏电;若测不出电流，绝缘法兰不漏电。

④ 近间距电位测量法CIPS在测试桩上测量保护电位只能反映管道的整体保护水平，不能说明管道各点都得到了保护.釆用近间距测量方式,是沿管道每隔1-2米测量一次管地电位，可以准确的检测出没有得到保护的管段。

四、阳极接地故障

阴极保护另一常见故障是由阳极接地引起的。阳极接地电阻与阳极地床的设计与施工质量密切相关。"冻土”会使阳极地床电阻增加几倍至十几倍，”气阻”也会使阳极地床电阻增加。当阳极使用一段时间后，也会由于腐蚀严重，表面溶解不均匀造成电流障碍。因此，在阴极保护的仪器上会出现电位升高，而保护电流下降的现象。此时，应通过测量，更换或检修阳极地床，来使阴极保护正常运行。另一薄弱环节，是阳极电缆线与阳极接头处的密封与绝缘,若施工不妥则会造成接头处的腐蚀与断路。使阴极保护电流断路而无法输入给管道。

总结

管道输送与飞机、铁路、航运、公路一起作为一种重要运输的工具，越来越受到重视，目前管道运输也是较安全、且经济的运输方式，世界各国都有大量的管道、尤其是在大城市，其地下的管道四通八达。对于钢制管道长期埋设在地下很容易受到腐蚀,现在一般釆用给管道加外防腐层并同时使用阴极保护的方法来保护管道，增加管道的使用寿命。但目前国内的阴极保护的设计、施工、使用、管理都存在一些问题。论文从阴极保护的原理讲起，结合国内外关于阴极保护的相关标准，对设计中出现的一些问题进行了分析，指出阴极保护投用时要注意检查的一些主要技术参数，提出了阴极保护管理中日常维护、检测、故障分析等管理措施，并通过建立一套完整的阴极保护管理制度来提高阴极保护的运营效率,提高阴极保护的管理水平，更好的保护管道。