局部陰極保護

12.1適用范圍

常用陰極保護的基本原則(見10.2節(jié))是將受保護的構(gòu)筑物與所有低接地電阻的裝置實現(xiàn)電分離。但是，這在工業(yè)裝置上是個很大的技術(shù)難題，因為管子非常多，管徑相當(dāng)大。要將它們實現(xiàn)電分離不僅費用昂貴，而且在正常使用中，它們可能與外部裝置電接或絕緣接頭發(fā)生跨接，容易產(chǎn)生很多問題。在管道系統(tǒng)改造或擴建過程中，這個問題尤為突出。在有爆炸危險的裝置和輸送電解液(如冷卻水、加熱水、廢水、鹽水)的管道上實施陰極保護也存在技術(shù)難題。如果用大口徑管道輸送低電阻率的電解質(zhì)，那么在絕緣接頭未受保護一側(cè)，就會有被陰極保護電流引發(fā)內(nèi)腐蝕的危險(見10.3.5節(jié)和24.4.6節(jié))總之，這類管道陰極保護的監(jiān)管與維護是非常昂貴的。

在工業(yè)裝置上管道的腐蝕危險一般比長輸管道中的腐蝕危險大，因為在大多數(shù)情況下，管道會與鋼筋混凝土基礎(chǔ)形成腐蝕電池(見4.3節(jié))。在不同種類的工業(yè)裝置區(qū)域內(nèi)能夠利用區(qū)域陰極保護來克服這種腐蝕危險，所用方法類似于局部陰極保護的方法[11受保護的區(qū)域是沒有限制的，也就是說管道與接續(xù)的和分支的管道之間是沒有電絕緣的。通常需要非常高的保護電流，因為整個裝置的接地電阻非常低。由于節(jié)省了絕緣接頭、增加了運行的安全性，所以彌補了陽極地床建設(shè)費用較高的不足。典型的適用場所有電站、煉油廠和罐區(qū)的管道、接地裝置、電纜、儲罐等。它也適用于泵站與壓縮機站、計量控制站中的管道以及無法與混凝土實現(xiàn)電絕緣的管道[2,3]。

12.2局部陰極保護的特點

  由于土壤條件的差異以及與混凝土中鋼筋陰極形成腐蝕電池，加劇了工業(yè)裝置中埋地設(shè)施的腐蝕危險。這些外部陰極的靜電位介于Ucucuso,=-0.2~-0.5V 之間[4~6]。影響電池形成的因素有水泥的類型、混凝土的水灰比、混凝土的充氣狀態(tài)等[6]。圖12-1形象地說明了在與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)接觸部位的電池活動和管地電位的變化情況。電池電流密度取決于很大的陰極面積[見圖2-6和式(2-44)]。在工業(yè)裝置上，混凝土中鋼的表面積通常大于 10的四次方每立方米。

局部陰極保護的目的不僅是要補償外部陰極構(gòu)筑物的電池電流，而且要使被保護的構(gòu)筑物充分陰極極化，從而滿足式(2-39)的保護準(zhǔn)則要求。因為被保護的構(gòu)物與外部陰極構(gòu)筑物之間的接觸電阻非常低，并且外部陰極構(gòu)筑物的接地電阻非常低，所以不成比例的大部分保護電流要流到外部陰極上。設(shè)置強制電流輔助陽極地床的目的就是要增加被保護的構(gòu)筑物的保護電流分量。除了受保護的構(gòu)筑物與外部陰極構(gòu)筑物的幾何尺寸外，土壤的電阻率對其有很大影響。與常規(guī)陰極保護不同的是，受保護的構(gòu)物基本上是在強制電流輔助陽極的電壓錐范圍內(nèi)。為此，考慮到各個組成部分(受保護的構(gòu)筑物與外部陰極構(gòu)筑物)不同的保護電流需要量，所以不能把土壤當(dāng)作一個等電位空間來看待。在局部陰極保護中管地電位的變化只與附近的參比電極有關(guān)系，而與遠方大地電位少有聯(lián)系。這就帶來大量的測量問題，因為用于解釋的斷電電位是無法直接測量的。必須考慮表3-3中第6項實用準(zhǔn)則并用測量探頭進行監(jiān)測(見表3-3中的第7項)。

  當(dāng)混凝土中的鋼筋被高度極化時，恐怕會達到如圖2-2所示的腐蝕區(qū)[7]。然而，測試結(jié)果表明混凝土中的鋼筋沒有腐蝕危險，析出的氫會通過混凝土的空隙排出(見 5.3.2節(jié))。為了使所有管子受到全面的陰極保護，外部陰極構(gòu)筑物(基礎(chǔ)、地面)必須極化達到保護電位，即在外部陰極構(gòu)筑物附近的U。必須肯定比U更負(fù)(見表 3-3中的第6項)。為了將加強鋼筋極化到保護電位，5~10mA·m-2的平均保護電流密度是必要的，隨著時間的推移，它會降到3mA·m-2。用加強鋼筋系數(shù)為1來評價保護電流需要量時，必須使用暴露于土壤的總的混凝土面積。與此相比，受保護的構(gòu)筑物的保護電流需要量小得可以忽略不計。在工業(yè)裝置中保護電流需要量一般都超過100A。

深井陽極通常用于高保護電流的饋人(見9.1節(jié))。在9.1節(jié)中介紹的電阻與電位分布意見都是用于均質(zhì)土壤中的陽極。使用回填土或在構(gòu)筑物附近的土壤中預(yù)期會有很大的偏差[2]。采用局部陰極(“熱點”)保護時一般都是這種情況。

在受保護的構(gòu)筑物上沒有達到足夠負(fù)的管地電位的地方，必須在這些點上加裝單支陽極。由于通常只需要關(guān)注電壓錐，所以，安裝地點與土壤電阻率無關(guān)。沒有必要使用焦炭回填料，安裝地點是根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件決定的?？梢詫沃疥枠O安裝在與管子軸線平

行的深度。應(yīng)按照9.1節(jié)選擇電壓、長度、陽極與受保護構(gòu)筑物的距離，以此符合表 3-3中的第6項或第7項準(zhǔn)則。

采用局部陰極保護時，無法直接用斷電電位測量值來檢查保護效果，因為在土壤中是受保護的構(gòu)筑物與外部陰極構(gòu)筑物混合類型的裝置，所以有大量電偶電流與均衡補償電流在流動。在3.3節(jié)中對式(3-28)的注解就與此有關(guān)，在此無IR電位降必須比受保護的構(gòu)筑物的斷電電位負(fù)得多。假如發(fā)現(xiàn)U。比U。更正，這就無法確認(rèn)并且可以得出極化不足的結(jié)論，因為在每一種情況下，取決于均衡電流強度的無IR降電位必須更負(fù)。為此U。值只能用于進行比較，而不能用于直接估算。以下所列測量值就是要按照該方法使用的(見圖 12-2~圖 12-7)。

  因此，為了控制局部陰極保護，要借助參比電極測量U。值，并且一般要將參比電極安裝得盡可能靠近受保護的構(gòu)筑物。實測值應(yīng)比Ucu-cuso,--1.2V負(fù)得多。但是，也可能采用 U。=-0.85V時的值，以避免與混凝土中的鋼筋形成有害的腐蝕電池[2]。在受保護構(gòu)筑物處于穿墻部位或在鋼筋混凝土基礎(chǔ)附近時，產(chǎn)生最小的負(fù)電位。因此建議電位測試點要安裝在這些位置以及外部測量探頭上。

  為了使電流有效分布，應(yīng)在管子穿墻部位采用鋼筋混凝土墻，并且在其周圍至少1m范圍內(nèi)直到土壤表面涂抹一層至少2mm厚的電絕緣塑料或瀝青。并且建議假如管道鋪在土壤中與鋼筋混凝土基礎(chǔ)平行，那么最近的間隔距離應(yīng)小于管徑的2倍或小于0.5m[2]。