管道阴极保护 设计、安装和运营PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 防腐蚀的意义 1

1.2 电化学腐蚀电池 2

1.2.1 金属的构成 2

1.2.2 金属的电极电位 3

1.2.3 金属活动顺序表 3

1.2.4 电化学腐蚀电池的组成 4

1.2.5 电流的流动方向 6

1.3 电极电化学反应 6

1.3.1 阳极电化学反应 6

1.3.2 阴极电化学反应 7

1.4 极化 7

1.4.1 影响极化的因素 7

1.4.2 活性极化和浓度极化 10

1.4.3 铁在水中的Pourbaix曲线图 11

1.5 法拉第定律 12

1.6 埋地管道的腐蚀 13

1.7 阴极保护方式 17

参考文献 17

第2章 牺牲阳极阴极保护 18

2.1 牺牲阳极阴极保护原理 18

2.2 牺牲阳极阴极保护的应用 19

2.2.1 应用场合 19

2.2.2 使用牺牲阳极注意事项 20

2.3 镁牺牲阳极 20

2.4 锌牺牲阳极 23

2.5 铝牺牲阳极 25

2.6 带状阳极 28

2.7 回填料 29

参考文献 30

第3章 外加电流阴极保护 31

3.1 外加电流阴极保护原理 31

3.2 外加电流阴极保护应用 31

3.3 外加电流阴极保护电源 32

3.3.1 阴极保护电源类型 32

3.3.2 恒电位仪一般要求 32

3.3.3 恒电位仪技术指标 33

3.4 外加电流阴极保护用阳极材料 34

3.4.1 对阳极材料的要求 34

3.4.2 废钢阳极 34

3.4.3 石墨阳极 34

3.4.4 高硅铸铁阳极 35

3.4.5 铂阳极 36

3.4.6 聚合物线性阳极 36

3.4.7 混合金属氧化物线性阳极 37

3.4.8 混合金属氧化物阳极 38

3.4.9 网状阳极 39

3.5 阳极地床焦炭回填料 41

参考文献 42

第4章 阴极保护设计 43

4.1 阴极保护设计需要考虑的因素 43

4.1.1 管道阴极保护需要满足的条件 43

4.1.2 阴极保护设计需要收集的数据 43

4.2 阴极保护所需电流 44

4.2.1 各种设计规范中的电流推荐值 44

4.2.2 保护电流实地测量 47

4.2.3 被保护结构面积计算 49

4.3 土壤电阻率 49

4.4 阳极地床结构及接地电阻 50

4.4.1 浅埋式阳极地床 50

4.4.2 网状阳极 53

4.4.3 深井阳极地床 54

4.5 牺牲阳极输出电流计算 58

4.6 保护距离计算 59

4.7 管道设施的安装位置 60

4.7.1 绝缘接头的安装位置 60

4.7.2 测试桩的安装位置 60

4.7.3 测试桩的电缆连接形式 61

4.7.4 极化电位参比管（极化探头）的安装位置 62

4.7.5 杂散电流排流设施 63

4.7.6 绝缘接头保护器及绝缘垫块 64

4.8 阳极地床位置选择 64

4.8.1 阳极地床的作用 64

4.8.2 阳极地床选址原则 64

4.8.3 阳极埋设位置 65

4.8.4 近阳极地床及远阳极地床 65

4.8.5 阳极地床电压场分布计算公式 66

4.9 站场区域阴极保护 67

4.9.1 站场管道的防腐层 67

4.9.2 站场阴极保护设计原则 68

4.9.3 惰性材料接地极的危害 69

4.9.4 牺牲阳极或锌接地极 71

4.9.5 阀室对阴极保护的影响 72

4.9.6 电动阀执行机构与阀体绝缘 72

4.9.7 站场阴极保护的其他考虑 72

4.10 电源设备容量的选择 73

4.10.1 管道接地电阻 73

4.10.2 阳极地床的反电动势 73

4.10.3 电源设备额定输出的选择 73

4.10.4 电源设备的防护 73

4.11 储罐底板外壁阴极保护 74

4.11.1 阴极保护基本规定 75

4.11.2 阴极保护方式 75

4.11.3 储罐底板阴极保护地床的类型 76

4.11.4 储罐阴极保护中应注意的问题 79

4.11.5 储罐基础中是否有必要使用沥青砂 80

4.12 储罐内壁阴极保护 81

4.12.1 保护电流密度规定 81

4.12.2 储罐内壁阴极保护方式 81

4.12.3 阳极接水电阻计算 82

4.12.4 单支阳极输出电流 83

4.12.5 储罐内壁阴极保护电位 83

4.12.6 储罐内壁阴极保护阳极的安装 83

4.13 井套管阴极保护 83

4.13.1 井套管的结构及阴极保护方式 83

4.13.2 井套管的保护电流 84

4.14 预应力混凝土输水管道钢筋的保护 85

4.14.1 混凝土钢筋腐蚀机理 85

4.14.2 混凝土钢筋阴极保护机理 85

4.14.3 预应力混凝土钢管的结构 86

4.14.4 混凝土钢筋所处环境腐蚀性的判断 86

4.14.5 预应力混凝土管道阴极保护电流密度 86

4.14.6 预应力混凝土管道阴极保护准则 86

4.14.7 混凝土钢筋阴极保护设计 87

4.15 阴极保护屏蔽问题 87

4.15.1 金属结构对管道的屏蔽 87

4.15.2 绝缘层对管道的屏蔽 90

4.16 定向钻穿越对阴极保护电位的影响 92

4.17 锌接地电池对阴极保护的影响 93

4.18 阴极保护系统设计文件应包括的内容 94

参考文献 95

第5章 阴极保护设计举例 96

5.1 管道牺牲阳极阴极保护设计 96

5.2 管道外加电流阴极保护设计 98

5.3 深井阳极设计 100

5.4 储罐内壁阴极保护设计 102

5.5 储油罐底板外侧MMO柔性阳极阴极保护设计 103

5.6 储罐底板网状阳极系统设计 106

5.7 储罐充海水试压临时阴极保护设计 108

5.8 储罐斜井阳极设计 112

5.9 钢制井套管阴极保护设计 114

第6章 杂散电流腐蚀干扰及排除 117

6.1 杂散电流腐蚀干扰的定义 117

6.1.1 直流杂散电流干扰 117

6.1.2 交流干扰 118

6.1.3 地磁干扰 119

6.2 静态直流杂散电流腐蚀干扰及排除 119

6.2.1 阴极保护电流流动的途径 119

6.2.2 在竖直平面内电流的流动 120

6.2.3 阳极电压场 120

6.2.4 阴极电压场 121

6.2.5 管道经过阳极、阴极电压场 121

6.2.6 直流杂散电流干扰的性质 122

6.2.7 电流排放区的化学反应 123

6.2.8 实验室杂散电流干扰试验 123

6.2.9 直流杂散电流的检测 123

6.2.10 直流杂散电流的排除 125

6.2.11 直流杂散电流腐蚀干扰检测及排除举例 130

6.2.12 排流效果的评定 131

6.3 动态直流杂散电流腐蚀干扰及排除 131

6.3.1 动态直流杂散电流干扰的检测 132

6.3.2 动态直流杂散电流干扰的排除 134

6.3.3 在动态杂散电流干扰下如何判断阴极保护的有效性 137

6.4 直流输电线路腐蚀干扰及排除 138

6.4.1 直流输电线路腐蚀干扰的产生 138

6.4.2 直流输电线路干扰的特点 138

6.4.3 直流输电线路引起的阴极保护设备损毁 139

6.4.4 直流输电线路故障电流干扰的排除 139

6.4.5 排流效果的评定 140

6.5 杂散电流引起的管地电位负向偏移 141

6.5.1 将管道直接与锌带（或镀锌扁钢）连接 141

6.5.2 在管道两侧埋设裸钢管 141

6.5.3 用二极管跨接站场绝缘接头、钢质套管 142

6.6 站场与管道联合保护 142

6.6.1 站场联合保护的目的 142

6.6.2 站场与管道跨接后对动态杂散电流的抑制 142

6.6.3 站场与管道联合保护对直流输电线路故障电流的抑制 143

6.6.4 站内外跨接对阴极保护测量的影响 144

6.7 交流腐蚀干扰及排除 144

6.7.1 电容型干扰及排除 144

6.7.2 传导型干扰及排除 145

6.7.3 电感型干扰及排除 147

6.8 地磁杂散电流干扰及排除 156

6.8.1 地磁电流干扰峰值处 156

6.8.2 地磁电流干扰的危害 156

6.8.3 管地电位的测量 157

6.8.4 地磁电流干扰的消除 158

6.9 杂散电流排流效果的判定综述 158

6.9.1 直流干扰排流 158

6.9.2 交流干扰排流 159

6.10 交流腐蚀干扰案例 159

参考文献 161

第7章 阴极保护准则 162

7.1 阴极保护准则中常用术语 162

7.2 参比电极电位 164

7.3 管地电位中的IR降 165

7.3.1 土壤中电流流动产生的IR降 165

7.3.2 管道纵向电流产生的IR降 166

7.4 IR降的消除方法 168

7.4.1 瞬时断电法 168

7.4.2 估测法 168

7.4.3 电流递增法 168

7.4.4 近参比法 168

7.4.5 极化探头、参比管法 169

7.5 瞬时断电时管地电位变化规律 169

7.6 埋地管道阴极保护准则 171

7.6.1 阴极保护指标 171

7.6.2 NACESP0169-2013规定指标 172

7.6.3 国标GB/T 21448《埋地钢质管道阴极保护技术规范》 173

7.6.4 国际标准ISO15589-1《陆上管道阴极保护标准》 174

7.6.5 通电电位判断准则 176

7.6.6 站场阴极保护指标 176

7.6.7 管道受杂散电流干扰时的判断指标 177

7.6.8 其他标准规定指标 177

7.7 开挖验证法 178

7.8 判断阴极保护有效性指标的区别 179

7.9 阴极保护过保护 180

7.9.1 断电电位与析氢 180

7.9.2 断电电位与通电电位 181

7.9.3 三层PE防腐层剥离与阴极保护 182

7.9.4 环氧涂层的剥离 183

7.10 不同极化程度下金属的腐蚀率 183

参考文献 184

第8章 阴极保护设施及安装 185

8.1 牺牲阳极安装 185

8.1.1 块状牺牲阳极安装 185

8.1.2 带状牺牲阳极安装 186

8.2 阴极保护电源设备安装与调试 187

8.2.1 恒电位仪的安装位置 187

8.2.2 电缆性质的判断 188

8.2.3 恒电位仪的调试步骤 189

8.3 阳极地床安装 189

8.3.1 浅埋阳极地床安装 189

8.3.2 深井阳极地床安装 190

8.4 固定式参比电极安装 191

8.4.1 固定式硫酸铜参比电极 191

8.4.2 固定式锌参比电极 192

8.4.3 固定式参比电极的安装位置 193

8.5 整体式绝缘接头安装 195

8.5.1 绝缘接头的构造 195

8.5.2 绝缘接头技术指标 195

8.5.3 绝缘接头U形密封系统 196

8.5.4 绝缘接头安装过程中注意的问题 197

8.6 锌接地电池安装 198

8.6.1 锌接地电池的安装位置 198

8.6.2 接地电池技术规格 198

8.6.3 回填料配比 199

8.6.4 锌棒化学成分 199

8.6.5 接地电池安装程序 199

8.6.6 筒装式接地电池 200

8.7 极化探头及参比管安装 200

8.7.1 极化探头的应用 200

8.7.2 极化探头的构造 200

8.7.3 极化探头的安装 201

8.7.4 极化电位参比管 201

8.7.5 利用极化探头估计IR降 201

8.8 测试桩安装 202

8.8.1 测试桩的用途 202

8.8.2 金属测试桩 202

8.8.3 聚碳酸酯测试桩 202

8.8.4 测试桩安装程序 203

8.9 绝缘垫块安装 203

8.10 防爆火花间隙安装 203

8.11 焊接操作 205

8.11.1 铝热焊接操作步骤 205

8.11.2 铜焊焊接步骤 206

8.12 直流去耦合器安装 207

8.12.1 直流去耦合器的用途 207

8.12.2 直流去耦合器的工作原理 208

8.12.3 直流去耦合器技术参数 209

8.12.4 直流去耦合器安装程序 209

8.12.5 直流去耦合器性能的检测 210

8.13 极化电池安装 210

8.14 阳极接线箱安装 211

8.15 阴极保护数据采集系统 211

8.15.1 数据采集系统的用途 211

8.15.2 数据采集系统工作方式 212

8.15.3 数据采集系统性能指标 212

8.15.4 数据采集系统要解决的问题 213

8.15.5 数据采集系统的发展方向 213

参考文献 213

第9章 阴极保护参数测量技术 214

9.1 测量仪器 214

9.2 参比电极 215

9.3 管地电位测量接线 216

9.4 自然电位的测量 218

9.5 通电电位的测量 218

9.6 断电电位的测量 219

9.7 牺牲阳极开路电位测量 219

9.8 牺牲阳极接入点的管地电位 220

9.9 极化探头（试片）电位测量 221

9.9.1 使用试片的必要性 221

9.9.2 测量原理 221

9.9.3 测量方法 222

9.9.4 如何确定自然电位 223

9.9.5 电位测量注意的问题 224

9.9.6 测量结果分析 225

9.10 牺牲阳极输出电流测量 225

9.10.1 标准电阻法 225

9.10.2 直测法 226

9.11 管内电流测量 227

9.11.1 电压降法 227

9.11.2 标定法 228

9.11.3 零位法 229

9.12 绝缘接头性能测量 229

9.12.1 兆欧表法 229

9.12.2 电位法 230

9.12.3 电阻测量法 230

9.12.4 PCM漏电率测量法 230

9.12.5 绝缘接头（法兰）漏电电阻测量法 231

9.12.6 绝缘接头保护装置的检测 232

9.13 土壤电阻率测量 232

9.13.1 等距法 232

9.13.2 不等距法 233

9.13.3 层电阻计算 234

9.14 近间距电位测量 235

9.14.1 检测的意义 235

9.14.2 适用范围 235

9.14.3 测量步骤 237

9.14.4 数据处理 238

9.14.5 防腐层缺陷点处管地电位变正的原因 238

9.15 直流地电位梯度法 238

9.15.1 方法介绍 238

9.15.2 设备 240

9.15.3 测量基本要求 240

9.15.4 数据处理 240

9.16 音频检漏法 241

9.16.1 检测设备 242

9.16.2 检测步骤 242

9.17 防腐层管道电流测量 243

9.17.1 检测原理 243

9.17.2 检测内容 243

9.17.3 检测注意事项 243

9.18 牺牲阳极及防腐层漏点的区分 244

9.19 防腐层电阻率的测量 244

9.19.1 测量原理 244

9.19.2 防腐层电阻率测量举例 244

9.20 结构对地电阻的测量 247

9.20.1 长接地体接地电阻测量 247

9.20.2 短接地体接地电阻测量 247

9.20.3 管道接地电阻的测量 247

9.20.4 阳极地床、管道的接地电阻测量步骤 249

9.20.5 结构对地电阻计算 249

9.20.6 排流接地极及牺牲阳极接地电阻测量 250

参考文献 251

第10章 阴极保护系统运行及维护 252

10.1 阴极保护投用前的准备和验收 252

10.1.1 被保护管道的检查 252

10.1.2 阴极保护施工质量的验收 252

10.1.3 阴极保护投入运行 253

10.2 阴极保护站的日常维护管理 253

10.2.1 阴极保护电源的日常维护 253

10.2.2 阴极保护恒电位仪的维护 254

10.2.3 阴极保护恒电位仪故障排除 254

10.2.4 埋地硫酸铜参比电极的维护 255

10.2.5 浅埋阳极地床的维护 255

10.2.6 深井阳极地床的维护 256

10.2.7 管道与接地网短路的判断 256

10.3 绝缘接头的维护 256

10.3.1 绝缘接头有效性的判断 256

10.3.2 绝缘接头性能对管地电位的影响 257

10.3.3 站场区域保护对干线管地电位的影响 257

10.4 绝缘接头非保护侧的腐蚀及预防 259

10.4.1 绝缘接头非保护侧腐蚀机理 259

10.4.2 绝缘接头检测时的几种现象 259

10.4.3 绝缘接头非保护侧腐蚀的预防 261

10.5 管道沿线阴极保护设施的维护 262

10.5.1 测试桩的维护 262

10.5.2 套管穿越的维护 263

10.6 牺牲阳极的维护 264

10.7 阴极保护系统日常测量程序 264

10.7.1 日常设施检查内容 264

10.7.2 日常电位测量位置 265

10.7.3 测量结果分析 265

10.8 防腐层完整性检测程序 266

10.8.1 防腐层检测的内容及目的 266

10.8.2 防腐层检测方法分类 266

10.8.3 防腐层检测方法的应用 267

10.8.4 防腐层绝缘等级划分 268

10.8.5 防腐层检测报告格式 270

10.8.6 防腐层缺陷点修补排序原则 271

10.8.7 防腐层黏弹体修复及补口方法 272

10.9 阴极保护有效性检测程序 274

10.9.1 检测目的 274

10.9.2 检测内容 275

10.9.3 电位测量位置 275

10.9.4 测量结果的分析 275

10.9.5 阴极保护有效性检测报告格式 275

10.10 杂散电流干扰检测程序 277

10.10.1 杂散电流的检测 277

10.10.2 杂散电流检测内容及报告格式 277

10.11 站场与管道阴极保护干扰检测程序 280

10.11.1 站内、外管道保护参数的测量 280

10.11.2 站内、外阴极保护参数的分析 281

10.12 各国规范对阴极保护系统检测周期的规定 282

10.12.1 国外机构及国际规范规定 282

10.12.2 埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T 21448规定 283

10.13 阴极保护资料管理 283

10.14 阴极保护系统维护中的安全问题 284

10.14.1 阴极保护系统维护过程中的安全问题 284

10.14.2 阀室设计中应注意的安全问题 285

10.14.3 土方开挖时的安全问题 286

参考文献 286

后记 287