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1、区域性阴极保护技术,主要内容,区域性阴极保护技术的特点系统的设计施工与运行调试干扰控制,对于在相对狭窄区域内有众多金属结构如管网、储罐、设备底座以及接地系统等的结构密集区实施阴极保护，以尽可能小的保护电流使区域内的结构获得充分而尽可能均匀的保护、并且排除或有效控制干扰、减缓屏蔽是关键，特别是对于已建结构区,主要内容,区域性阴极保护技术的特点系统的设计施工与运行调试干扰控制,阴极保护系统的设计一般原则,在系统要求的寿命期内提供完全保护：达到保护准则要求的保护水平符合有关法规要求不会对外部结构产生有害的阴、阳极干扰不会产生对结构及其涂层有害的过负电位有适当的监测系统评价达到的保护水平在通讯或信息技
2、术电路中不会引起过多电噪声保护系统各保护对象之间应设电流调控设施在杂散电流干扰区，设计应考虑减缓措施,阴极保护系统的设计安全要求,出于人身安全，阴极保护电源的开路电压不宜超过50V d.c.（超过时采取适当的安全措施）；下列情况下，应考虑出现意外的可能性：邻近高压线导致感应电压和地电位升高；因电力系统故障产生电涌影响，包括击穿绝缘接头；雷击影响；运载易燃或可形成爆炸性 空气气体混合物的结构 上产生电火花；土壤电位梯度5V/m（水中3V/m） 超出时应设置警示装置并防止进入,采用下述准则之一作为保护水平的判据： a) 外加电流阴极保护时，测得的构筑物对地极化电位为-850mV或更负相对CuCuS
3、04电极，以下同，测试中应注意排除土壤中正、负电场以及IR降的影响； b) 对于透气性差的粘土中的钢构筑物的保护电位为-950mV或更负； c) 对于高电阻率（500m）的砂石质环境中的钢构筑物保护电位为-750mV或更负。最负保护电位应根据防腐层状态及环境确定，以不损坏防腐层粘结力及不造成邻近非保护体的干扰为原则，消除IR降后的最负保护电位通常不宜比-1.25V更负；储罐底板中心外保护电位应为-850mV或更负，周边保护电位在消除IR降后，应相同或略负于锌合金的电位,阴极保护准则,设计前期工作,由于密集金属结构区的复杂性，特别是已建站厂往往经过多次改造，因此设计之前的资料调研和现场勘测必不可
4、少。详细了解保护区内金属结构的布局、功能、接地面积、绝缘状况及环境的腐蚀性等。要考虑采用深井阳极或深埋阳极的可能性，必须掌握地下的地质结构、水文资料及不同深度地层的土壤电阻率等，必要时可钻试验孔实际勘测,阴极保护设计应收集的资料,a) 保护区域平面布置图； b)保护对象种类、数量、建造日期、腐蚀历史现状、 整改大修历史及相关图纸、资料； c)保护对象电连续性、与外围结构的电隔离； d) 拟保护埋地管道的防腐类型级别、技术现状； e) 拟保护储罐容量、储存介质工作温度、进出罐频 次、罐底沉积水高度； f) 拟保护储罐避雷防静电接地型式、材质及数量； g)保护区内机、泵、炉等设备接地型式、材质及数
5、量； h) 保护区外围金属结构的类型、数量；,阴极保护设计应收集的资料,I) 现有邻近阴极保护系统的布局及其运行参数； j) 可能存在的其它电干扰源； k) 危险区边界； l) 地层结构、不同深度的土壤类型及电阻率； m) 保护区地下水位、冰冻线深度、基岩深度； n) 保护区内管道地、储罐地自然电位； o) 可供选择的供电电源; p) 保护电流需求、杂散电流干扰及其它相关测试数据,阴极保护系统的设计根据设计参数预测保护电流需求,影响阴极保护电流需求的参数结构表面氧的可获得性；涂层的氧及水渗透率；结构金属表面的有效裸露面积有些情况下，依据经验综合考虑上述参数估计一个电流密度（以mA/m2表示），
6、该估计数字应包括考虑涂层劣化的裕量；估计电流密度乘以结构的总埋地面积即得出近似的电流总需求；实际上，环境特征以及结构电流密度的不确定性可能会限制该方法的应用，除非有以往类似结构的经验,阴极保护系统的设计根据现场试验确定保护电流需求,对已建结构施加临时阴极保护：测量通电点和结构上一定距离上的至少另外一点，根据结构的电位变化和所施加的电流，可以计算结构对地电阻并确定施加电流沿结构的分布和永久阴极保护装置的电流需求 必要时，对于大型结构如罐区，沿整个结构测试，获得整个结构的极化电位值,阴极保护系统的设计,保护方式,辅助阳极地床,管道截面,涂层,电源,强制电流阴极保护主要保护方式,有可靠的电源；能对周
7、围金属构筑物及外部干 线造成干扰腐蚀；合理的选择辅助阳极地床的位 置及埋设方式；符合防爆安全规定；在地质条件允许情况下，应优 先考虑采用深阳极地床；采用多组阳极地床时，控制点 的选择应有利于各组阳极的均 衡排流，单组辅助阳极地床的 工作电流不宜过大，在地面形 成的跨步电压应m ；,牺牲阳极,管道,牺牲阳极保护,小型储罐局部热点保护储罐内保护,阴极保护系统的设计强制电流阳极地床设计,所有地下结构均极化到要求的保护电位可能需要非常高的电流，高电流输出以及由此导致的阳极系统周围的土壤电位升高和结构阴极附近土壤的电位降低，会对外部结构产生杂散电流干扰；结构密集区，通常情况下的远阳极不足以对整个区域内的
8、所有金属结构提供充分保护，区域中央的金属结构通常会由于外围接地系统或邻近结构的屏蔽而保护不足；,区域阴极保护屏蔽,结构密集区阴极保护常见的问题之一是地下金属结构紧密邻近所造成的屏蔽。管道与接地系统、钢筋混凝土基础、电力系统、罐群及水管等有金属接触，流向该区域的总电流足够在土壤中产生电位梯度，导致屏蔽效应。在结构密集区的中央，屏蔽影响将达到最大。,管网,电源,地床,远地点参比电极,密集结构区中央参比电极,区域阴极保护屏蔽,由远阳极地床提供保护的密集区管网，似乎将整个结构极化到完全保护所要求电位（相对于远参比电极），如1.5V，但是如果在远地点和密集区中间测试，在该区域中的地电位差可能会有高达0.
9、8V，这样在管道和近地之间的电位可能会相当低（0.7V），低于完全保护所规定的-0.85V（CSE）。,屏蔽的减缓,当出现密集区屏蔽时，仅依靠远阳极阴极保护系统是不行的，可采用近阳极进行补充保护，使阳极周围的影响区相互充分叠加，改善整个区域内结构的保护电位,采用牺牲阳极作为接地系统有助于减轻密集区的屏蔽效应,钢筋混凝土结构,变压整流器,阳极,阳极,阳极,管道,热点阴极保护消除屏蔽,近阳极,主要用于局部热点保护，特别是密集结构区中央屏蔽,阴极保护系统的设计强制电流阳极地床设计,选择性安装单阳极（局部热点保护）可在无需同时大幅极化其它部件的情况下，对屏蔽区提供充分保护，但对于复杂场区需要大量阳极，
10、且开挖费用也相当高； 在实际应用时，一般采用多组阳极分散布置、远阳极与近阳极相结合。通常主体电流由一个或多个远阳极系统提供，附加少量阳极安装于涂层缺陷保护不足的热点。这样可以较低的电流输出获得充分且尽可能均匀的保护，同时也可降低对外部结构的干扰,区域阴极保护案例,阴极保护系统的设计强制电流阳极地床设计,合理的选择辅助阳极地床的位置及埋设方式是区域阴极保护成功与否的关键，在地质条件允许情况下，应优先考虑采用深阳极地床；采用多组阳极地床时，控制点的选择应有利于各组阳极的均衡排流，单组辅助阳极地床的工作电流不宜过大，在地面形成的跨步电压应5Vm ；,阴极保护系统的设计阳极布置的影响因素,应能使被保护
11、结构获得要求的保护，而对其它结构的干扰最小，取决于下列因素：场地的可接近性及可获得性；土壤电阻率，包括季节性变化因素；结构的总体布局及位置，是否有外部结构；结构的涂层；结构对地电阻,阴极保护系统的设计深阳极床,深井阳极安装于竖直孔内（直径300400mm,并采用适当的材料回填），可接近低电阻土壤、减少场地及通行权要求、降低对外部结构干扰；阳极实际位置（埋设深度）需要综合考虑费用、地层情况、阳极段长度等因素权衡确定深井阳极孔可采用钢质或塑料衬管（阳极位置需打孔）以控制井孔塌陷、方便安装；深井上部非阳极段采用非金属套管或绝缘处理；阳极选用低消耗性如高硅铸铁、混合金属氧化物，可能需要机械支撑及中心定
12、位装置，应有排气管（钻孔或切口）供气体逸出；地面设接线箱并考虑电流输出调节,2022/11/26,30,可编辑,立式深埋阳极,碳渣回填（流体或颗粒）,强制电流阳极,排气管,接整流器或接线箱,洪水水面以上,粗砂回填,一般 15m,高硅铸铁阳极,混合金属氧化物阳极（管状）,阴极保护系统的设计浅阳极床,集中式：成组水平安装于13m深、带回填料的沟内，或浅竖直孔内用填料包围；分布式：单支或多支沿被保护结构安装，用于克服屏蔽、确保结构最大面积保护及或流向外部结构电流最小的地下结构，由于需要较多电缆且通常需要对单个阳极输出进行调节，分布阳极费用较集中式阳极费用更高,带绝缘的汇流电缆接电源和地床中的其它阳极
13、,汇流电缆与阳极引出线之间的连接（绝缘）,完成连接后用土回填电缆沟及阳极螺旋钻孔顶部并夯实,阳极配备的绝缘电缆,阳极高硅铸铁或石墨,碳质回填材料回填压实,用于安装阳极及回填材料的螺旋钻孔,立式浅埋阳极,带绝缘的汇流电缆接电源和地床中的其它阳极,汇流电缆与阳极引出线之间的连接（绝缘）,回填土夯实,阳极配备的绝缘电缆,阳极高硅铸铁或石墨,阳极位于夯实的回填料中央,单支水平式,阴极保护系统设计牺牲阳极,阳极布置：用于管道：沿管道均匀分布，单支或成组使用均可，距离管道一般2m3m，埋深不小于1m且在冰冻线以下,长期湿润的土壤中，否则应定期浇水润湿 用于储罐内保护：安装在罐内底板上并按放射状均匀布设，阳
14、极体距罐底板至少50mm，且阳极体正对罐底板的一面、支架、钢筋芯及与罐内底板连接处做好绝缘处理,牺牲阳极,接管道,带预包装回填料的阳极,螺旋钻孔,回填混合物,阳极：锌或镁,接管道,牺牲阳极安装形式立式安装,测试系统,应采用测试点检测结构电位，并且需要足够数量的测试点评价阴极保护效果；测试点位置：绝缘接头附近及结构末端、可能的杂散电流源及杂散电流排出点、空气/电解质界面附近、邻近外部结构、邻近阳极位置；可能要求测试点位于危险区外，如在危险区内则应安装于安全箱内测试终端箱应耐用且易于识别现场参比电极：应安装，特别是杂散电流影响区及硬面层区,阴极保护系统的设计测试系统,参比电极：测试桩：,长寿命埋地
15、型,便携式,主要内容,区域性阴极保护技术的特点系统的设计施工与运行调试干扰控制,施工及运行调试,分步施工首先进行主保护回路施工及接地系统改造；通电试运行；近阳极布置；系统调试过程中的调整系统调试投运 通电前测试 系统运行并调试到满足准则要求（包括干扰测试） 通电后测试,土壤电阻率自然电位阳极接地电阻；电源输出电流、输出电压保护电流流向地面阳极电场、阴极电场分布及电位梯度、阴阳极电场分界线保护电位干扰测试,强制电流阴极保护系统测试项目,电位：牺牲阳极开路电位、闭路电位阴极自然电位、保护电位电流：单支阳极输出电流组合阳极联合输出电流电阻：单支阳极接地电阻组合阳极接地电阻土壤电阻率：牺牲阳极埋设位置
16、,牺牲阳极阴极保护系统的测试项目,管道测试导线,数 字万用表,参比电极,电极电位不变化,管道电位是变化的,管地电位测量,管地电位测试,沿管道以一定间隔设置测试桩,高阻直流电压表,埋地涂覆管道,涂覆管道,参比电极,保护电流,通过长测试导线，参比电极可在管道正上方地表逐点移动，测定每一点的保护状况,地面,管道电位测试,b,b,接地电阻测试仪器,土壤电阻率测试,浅层土壤电阻率测试 Wenner 四极法：a=b（等距）,测深 t=a深层电阻率测试 Schlumberger：ab(不等距)，测深t=(a+2b)/2,土壤电阻率测试,主要内容,区域性阴极保护技术的特点系统的设计施工与运行调试干扰控制,对其
17、它外部结构的干扰,干扰是杂散电流的一种特殊形式，施加到主结构上的阴极保护电流流到外部结构上并通过改变其电位而引起腐蚀；当系统电流中断时，通过外部结构电位变化可以探测到干扰，这个步骤可以提供量化结果，表明对外部结构腐蚀危险的大小,对干线的干扰,站场保护,站场保护,绝缘接头,绝缘接头,管道干线,管道干线,阳极,阳极,远端流入，近端流出,近端流入，远端流出,由于管道干线均施加了阴极保护，一般对管道的干扰腐蚀基本上得到抑制,对恒电位控制的站外阴极保护系统的干扰,由于我国大多数管道干线阴极保护系统采用恒电位控制方式，而控制点（通电点）通常设在绝缘接头或绝缘法兰外侧，因此当该处管道受到外来干扰时，就会由于
18、附加极化或去极化而影响控制系统的信号反馈，从而使站外保护系统的输出降低或增加，干线保护相应受到影响 ：输出降低导致管道远端保护不足；输出增大导致管道近端过度极化,干扰控制排除措施干扰电流最小化处理,系统设计采用最低电流保护；采用最高标准涂覆被保护结构，减少电流需求；采用分布式阳极、深井阳极并安装于低电阻率土壤中强制电流阳极尽可能远离任何外部结构；采用大量分布式小输出保护系统而不是少量大输出保护系统；严格控制电流输出及被保护结构电压，根据调试情况，对部分阳极进行限流,干扰控制排除措施干扰控制,采用牺牲阳极进行控制通过跨接进行控制将站外干线阴极保护系统的控制点转移至不受干扰的位置 对控制点进行处理
19、，安装排流电极降低或消除干扰电流引起的附加极化或去极化站外保护系统采用恒电流控制,干扰处理的原则,将站外阴极保护系统的输出电流恢复到区域阴极保护投运以前的水平，并对站外干线阴极保护系统所保护的管道进行测试，确认干线保护电位和保护距离不因站内系统的投运而受影响,其它问题,由于区域性阴极保护的对象和电流漏失点大多为地表接地，阴极保护系统运行受地表湿度影响较大。由于地表含水量直接影响到设施接地电阻，导致各极化回路电阻随之变化，不可避免地造成了系统参数的波动。特别是降水季节，这种波动尤为频繁。接地设施越多，波动幅度越大。 因此区域阴极保护系统的运行维护比干线阴极保护系统要求更高。,结 论,通过多组阳极分散布置、远/近阳极互为补充、牺牲阳极材料做接地可确保密集结构以较低电流消耗获得充分保护、有效消除屏蔽并使干扰电流最小化，结合适当的处理措施控制乃至排除对外部结构的干扰。,2022/11/26,59,可编辑,
