阴极保护

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阴极保护原理

阴极保护该如何判定

 

    根据GB/T21448-2008最新版的《埋地钢质管道阴极保护技术规范》的规定,埋地钢制管道在不同的土壤中是否被充分保护的标准也有一定的差异。该阴极保护准则就是用来判断金属构筑物是否达到充分有效保护的判据标准。保护电位EP,是腐蚀速率小于0。01mm/a时的金属对电解质电位。这一腐蚀速率足够小,以至于在设计寿命内不会发生腐蚀破坏。

阴极保护判定准则

    阴极保护的准则为E≤EP

  某种金属的保护电位一定程度上取决于腐蚀环境,但主要取决于所用的金属类型。保护电位准则仅适用于金属构筑物/电解质界面处的电位,即不含介质IR降的电位。

  有些金属在很负的电位下可能受到腐蚀破坏。对于这些金属,保护电位不应比极限临界电位E1更负。在这种情况下:

  E1≤E≤EP

  目前普遍认可的阴极保护准则有三种,分别是通电电位-850mV准则、极化电位-850mV准则和100mV极化值准则。

  1。 通电电位-850mV准则

  该准则是在施加阴极保护时阴极电位至少为-850mV,这个电位是相对于电解质接触铜/饱和硫酸铜参比电极测得的。为了准确地分析电压测量结果,必须考虑除去构筑物-电解质界面之外的那些电压降。这种方法简单易行,但目前对测量IR降的影响没有引起足够的重视,其结果是很多被认为阴极保护良好的金属构筑物发生腐蚀穿孔。

  尽管通行的管地电位测量方法尽管简便省事,但所测得的电位并不是管道的真实保护电位,而是含有相当大IR降成分在其内,只有断电电位通常才是管道真实的保护电位。有效的方法是实际测量几个点的IR降,保护电位按0。85+IR降来确定。IR降可以通过通电电位减去瞬时断电电位来获得。对于最大保护电位的确定也应以断电电位为准,只要管道断电电位不超过标准要求,通电点电位再大也不会引起氢致破坏。

  综上所述,通电电位-0.85V(CSE)准则的最大优点是:

  (1) 简单方便,省工省事;

  (2) 所需测量时间最少。

  缺点:

  (1) 测得的电位值含有金属构筑物/电解质界面以外的所有电压降;

  (2) 在解释准则的有效性时,应考虑到电压降问题。

  2。 极化电位-850mV准则

  本项准则指的当构筑物相对于铜/饱和硫酸铜参比电极的极化电位至少为-850mV时,就能达到充分保护。极化电位的含义是构筑物/电解质界面上的电位,它是腐蚀电位与阴极极化值之和。

  本准则主要应用于可以切断直流电源的带涂层的构筑物。对于输气管线而言,切断所有的电源、牺牲阳极等是极为困难的。因此,该准则的优缺点都很突出。

  与其他方法相比,极化电位-0.85 V(CSE)准则的优点是:

  (1) 已消除由保护电流所引起的电压降误差;

  (2) 主要适用于可以切断直流电源的带涂层的构筑物。

  缺点:

  (1) 需要设备多,且费工费事;

  (2) 如果有杂散电流,或牺牲阳极与构筑物直接相连、或存在外部强制电流设备并且不能被中断的话,其结果有很大的不确定性;

  (3) 受测量方法、测量季节、测试点的变化,以及构筑物表面涂层状况、大地电流效应、介质条件的影响等,也存在误差问题。

  3. 100mV极化值准则

  本准则规定当构筑物表面与稳定参比电极之间的最小阴极极化值达到100mV时,便可认为达到充分保护。极化值可通过测量极化形成或衰减来测得。在测量之前,应确认阴极保护正常运行,构筑物已充分极化。测量时,对测量区间有影响的阴极保护电源应安装电流同步中断器,同步中断所有阴极保护电流。

  采用极化形成法测量是在施加阴极保护之前,先测量金属构筑物的自然腐蚀电位,然后施加阴极保护电流,待构筑物充分极化后,进行断电电位测量。然后比较断电电位和自然电位,如果电位差超过100mV,那么便满足了本准则的要求。

  采用极化衰减法测量是首先断开保护电流,可立即测得金属构筑物的瞬间断电电位,此后持续测量到的是金属构筑物的去极化电位。该瞬间断电电位和去极化电位之差值就是实际极化值。只要去极化达到了100mV,即可满足极化值准则要求。但不一定要求去极化电位完全回复到自然电位。

  100mV极化值准则不仅可以用于钢质和铸铁构筑物,也可用于铝质、铜质构筑物,以及混凝土中的钢筋。

  与其他方法相比,100mV极化值准则的优点是:

  (1) 裸管或涂覆层很差的管道特别适用;

  (2) 在腐蚀电位非常低(例如,500mV或更负)和/或达到负850mV极化电位准则所需的电流非常大的情况下,该方法是非常有效的;、

  (3) 可以减小对涂覆层的破坏,避免产生氢脆。

  缺点:

  (1) 需测量时间长、费用高;

  (2) 如果有杂散电流、或牺牲阳极与构筑物直接相连、或存在外部强制电流设备并且不能被中断的话,很难测得理想结果,或者说测量结果无法分析;

  (3) 不能用于高温条件下、SRB的土壤中存在杂散电流干扰及异种金属电连接的构筑物。

  除以上准则外,尚有净保护电流准则和300mV电位偏移准则等。净保护电流准则,是在预先确定的放电点处测量从电解质流向金属构筑物表面的净保护电流,就可认为达到阴极保护。其腐蚀活性点的测定,可采用密间隔电位测试法(CIPS)。此项技术最适用于裸管。通常不适用于多条管道处于同一通道、电解质电阻率较高、管道埋设较深、大直径的管道、杂散电流区域或与其他埋地构筑物没有绝缘的管道。

  300mV电位偏移准则,是以金属构筑物的自然电位为基准,再将电位负移300mV为最小保护电位。该准则在有些情况下似乎是可行的,但在有些情况下,是不可采用的。因为电位偏移含有IR降引起的误差。这项准则在早期版本RP 0169中曾提出,目前国内外的标准中都已不再使用。

  为了保证阴极保护准则执行准确,这些年来,国内外发布的标准规范中,对通电电位-0。85V(CSE)准则、极化电-0。85V(CSE)准则及100mV极化值准则的测量方法进一步细化、并做了注释说明。例如,国外标准BS EN 12954: 2001、ISO 15589-2003和NACE SP 0169--2007等;国内标准CJJ 95-2003、GB/T 21447-2008、GB/T 21448--2008和GB 50393-2008等。其中GB/T 21448与NACE SP 0169相比,更便于理解和操作。国标不仅给出了埋地钢质管道阴极保护的最小保护电位,而且给出了最大保护电位。

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