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1、恒电位仪,提纲,腐蚀与阴极保护 PS-1LC恒电位仪 恒电位仪常见故障分析及处理,第一章 腐蚀与阴极保护,1.腐蚀2.阴极保护原理阴极保护方式4.阴极保护的基本参数,第一节 腐蚀,腐蚀定义：金属暴露在自然界随着时间的流逝而变质，其本质就是金属由元素状态返回自然状态，腐蚀是一种自然现象；通俗的说，腐蚀就是金属和周围介质发生化学或电化学作用而导致的无谓消耗或破坏。腐蚀的分类：,电化学腐蚀原理金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的腐蚀称为电化学腐蚀。金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作用，或外界电源影响使金属表面产生电解作用所引起的破坏。,腐蚀电池：由于双电层原理，金属在溶液中建立电极电位。在
2、电解质溶液中，金属表面上的各部份，其电位是不完全相同的，电位较高的部分形成阴极区，电位较低的部分形成阳极区。这便构成了局部腐蚀电池。,理想极化曲线 如图所示，EaS是阳 极化曲线，EcS是阴极 极化曲线，当腐蚀电池 内电阻为零时，它们相交于点。点所对应的电位称之为该体系的腐蚀电位，也称自然电位，表为Ecorr。它是腐蚀电池的阳极和阴极在极化后共同趋近的电位值。与此电位值相对应的电流Icorr称为该系统理论上最大可能的腐蚀电流。,第二节 阴极保护原理,阴极保护的原理：阴极保护的原理是给金属补充大量的电子，使被保护金属整体处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负电位，金属原子不容易失去电子而变
3、成离子溶入溶液。,阴极保护模型设金属表面阳极和阴极的开路电位分别为Ea和Ec。金属腐蚀由于极化作用，阳极和阴极的电位都发生极化。其阳极向正的方向偏移，阴极向负的方向偏移。结果，其两者的电位都共同趋向于交点所对应的电位Ecorr在此电位下所对应的电流为Icorr。,向系统输入外电流，使金属阴极极化，此时整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移。阴极极化曲线EcS则从点向点方向延伸。当金属电位负移到E1点时，所对应的电流应为I1，相当于图中的线段，与之和，代表阳极腐蚀电流，而则是外加的电流。在此电位状况下，体系仍存在着腐蚀。,若使金属继续阴极极化到更负的电位Ea即达到微阳极的开路电位Ea，则腐蚀减
4、至为零。金属达到完全保护。这时的外加电流Iapp为金属达到完全保护时的外加电流。此时的极化作用已使原来腐蚀电池的微电池作用完全受到抑制。总之，极化消除了被保护金属体表面的电化学不均匀性，抑制了微电池作用，又因为阴极极化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护金属体成为新的大地电池的阴极，从而在其表面只发生得电子的还原反应。金属不再发生丢电子的氧化反应，腐蚀不再发生。这就是阴极保护使金属受到保护的原理。,第三节 阴极保护方式,3.1 牺牲阳极法将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金
5、属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护，如图13,牺牲阳极材料有高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。,3.2 强制电流法（外加电流法）图1-4恒电位方式示意图,外部电源通过埋地的辅助阳极、将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生失去金属离子的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生失电子氧化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。牺牲阳极材料有
6、高钝镁，其电位为-1.75V；高钝锌，其电位为-1.1V；工业纯铝，其电位为-0.8V（相对于饱和硫酸铜参比电极）。,3.3两种保护方式的选择阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。,牺牲阳极与外加电流优缺点比较：外加电流优点：1.输出电流连续可调2.保护范围大.3.不受环境电阻率4.工程越大越经济 5.保护装置寿命长缺点：1.需要外部电源2.对邻近金属构筑物干
7、扰大3.维护管理工作量大,牺牲阳极与外加电流优缺点比较：牺牲阳极优点：1.不需要外部电源2.对邻近构筑物无干扰或很小3.投产调试后可不需管理4.工程越小越经济5.保护电流分布均匀，利用率高缺点:1.高电阻率环境中不宜使用2.保护电流几乎不可调3.覆盖层质量必须好4.投产调试工作复杂5.消耗有色金属,强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径、分散的管道。,4.1最小保护电流密度阴极保护时，使腐蚀停止，或达到允许程度时所需的电流密度值称为最小
8、保护电流密度。最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类，表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。,第四节 阴极保护的基本参数,4.2最小保护电位为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此此电位值是监控阴极保护的重要参数。实验测定在土壤中的最小保护电位为0.85V（相对饱和硫酸铜参比电极）,4.3最大保护电位在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此电位值就是最
9、大保护电位。最大保护电位值的大小通过试验确定。一般取1.5V（CSE）。5 管道电位测试5.1 自然电位测试：未实施阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其电位一般为-0.4V-0.6V。,5.2 保护电位测试：施加阴极保护的情况下，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其电位应在-0.85V-1.5V。5.3 间歇供电管道电位测试：在阴极保护设备向管道供电12秒、停3秒的情况下，在停3秒期间，用硫酸铜参比电极测沿线测试桩电位的方法。其断点电位应在-0.85V-1.15V。,第二章PS-1LC恒电位仪,概述主要性能指标基本工作原理运行指南维护与检修,第一节 概述1.1前言
10、 电源是强制电流阴极保护技术的心脏。其作用是不间断地向被保护金属结构物提供阴极保护电流。随着电源和电子技术的发展，强制电流阴极保护用的电源经历了直流发电机、整流器、恒电位仪的历程。目前得到广泛应用的是整流器和恒电位仪。在国内应用较广的是恒电位仪。恒电位仪与整流器相比一方面可以自动控制保护电位，另一方面效率较高，可以节省能源。在我国使用的恒电位仪有可控硅、磁饱和、高频开关恒电位仪等几种形式。,PS1LC远控恒电位仪是采用国际标准设计的新一代产品，符合中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T003699和企标Q/MDEC020-2002（等效采用GB/T3859.1）的要求。PS1LC远控恒电位仪
11、广泛应用于对土壤、海水、化工等介质中的管道、电缆、码头、贮罐、舰船、冷却器等金属构筑物实施外加电流阴极保护。通过PS1LC远控恒电位仪的配套产品CBZ3阴极保护控制台，还可实现数据远传和仪器的远控功能，达到智能化管理的目的。,阴极保护系统电源要求：,阴极保护系统构成：,1.2仪器的特点1.2.1数字显示输出电压、输出电流、控制电位和保护电位值。1.2.2机上装有假负载，便于仪器自检和维修。1.2.3仪器具有软起动、防雷击余波、抗50Hz工频干扰，以及限流、误差报警等功能。1.2.4仪器具有运行状态自动切换功能，当无法进行恒电位控制时（如参比电极回路开路），恒电位仪会自动从恒电位工作状态切换到恒
12、电流工作状态，并恒定在预先设定的电流值上。1.2.5当远控给定信号输入时，恒电位仪将接受远控给定信号控制。,第二节 主要技术指标,2.1输出电压：额定输出电压分10V、15V、30V、40V、54V、60V等 规格，输出电压在额定输出电压的8%100范围内可调。2.2输出电流：额定输出电流分10A、15A、20A、25A、30A、35A、40A、50A等规格，输出电流在额定输出电流的8%100%范围内可调。2.3恒电位范围：300mV3000mV。2.4恒电位精度：优于5mV。2.5恒电流精度：优于2%。2.6流经参比电流：3A。2.7误差报警：30mV100mV之间。2.8抗50Hz干扰：A
13、C30V。2.9纹波系数：5%。2.10电源：单相AC22010%50Hz5%。,3.1原理方框图：,第三节 基本工作原理,3.2恒电位仪基本工作原理 当仪器处于“自动”工作状态时，机内给定信号（控制信号）或外控给定信号和经阻抗变换器隔离后的参比信号一起送入比较放大器，经高精度、高稳定性的比较放大器比较放大，输出误差控制信号，将此信号送入移相触发器，移相触发器根据该信号的大小，自动调节脉冲的移相时间，通过脉冲变压器输出触发脉冲调整极化回路中可控硅的导通角，改变输出电压、电流的大小，使保护电位等于设定的给定电位，从而实现恒电位保护。,3.3运行状态的转换 当仪器工作在恒电位状态而因参比失效或其它
14、故障致使仪器不能实现恒电位控制时，经一定时间延迟后，仪器确认采集到的信号实属恒电位失控的误差信号，就将自动转换为恒电流工作状态。恒电流给定信号和经阻抗变换后输出电流取样信号一起送入比较放大器，比较放大器输出误差控制信号通过移相触发器调整可控硅的导通角的大小使仪器的输出电流恒定在预先设定的电流值上。,3.4 远控给定电位信号 后接线板有一外控给定输入端子，用来接收CBZ3控制台输出的远控给定信号，使仪器工作于外控给定的恒电位工作状态，如仪器因某种原因转换为恒电流工作状态时，外控给定电位信号将无效。,3.5电路简介极化电源：将交流电源变成所需大小的直流保护电流。（经过半桥式整流、滤波将交流电变成平
15、滑直流电）控制电路（1）移相触发器：根据比较放大器输出的控制电压大小，调整触发脉冲产生的时间（即移相），控制可控硅的导通角。（2）差动比较放大器：将参比电位与控制信号进行比较，对误差信号进行放大，输出与误差大小成比例的控制电压。,辅助电路：（1）稳压电源：其任务是为控制电路及面板表提供电源。（2）限流电路：当仪器输出超载甚至短路，仪器输出电流能自动恒定在事先欲定的限流值上，达到保护仪器又保护阴极体的目的。一般设定为额定输出的1.2 倍左右，开始启动。（3）误差报警电路：当仪器工作不正常或阴极保护系统故障时，仪器发出告警。一般要调整为保护电位偏离控制电位3050mV 时，恒电位仪报警。（4）延时
16、启动电路：仪器每次开机，延时几秒输出，清除冲击电流。（5）恒电流转换电路：当恒电位仪出现故障时，仪器由恒电位转为恒电流的方式工作。（6）自检电路：当仪器故障时，通过自检系统可检测是否为仪器本身故障。,PS-1LC恒电位仪的组成：,控制电路的组成：,辅助电路的组成：,第四节 运行指南,4.1PS-1LC面板与接线板示意图,如何用万用表判断现场四线？,恒电位仪现场“四线”接线图：图1-4恒电位方式示意图,4.2 基本操作方法将面板上“控制调节”旋钮反时针旋到底，将“工作方式”开关置“自动”挡，“测量选择”置“控制”挡。将电源开关扳到“自检”档，仪器电源指示灯亮，状态指示灯显示橙色，各面板表应均有显
17、示。顺时针旋动“控制调节”旋钮，将控制电位调到欲控值上，此时，仪器工作于“自检”状态，“测量选择”开关在“控制”档与“保护”档之间切换，电位表显示值基本一致，表明仪器正常。将电源开关扳至“工作”档，此时仪器对被保护体通电。,根据现场管道实际情况，旋动“控制调节”旋钮使管道电位达到欲控值。如果远控给定信号输入时（与CBZ3配套使用）管道电位将由远控给定信号决定（参看CBZ3使用说明书）。若要“手动”工作,将“工作方式”开关拨至“手动”档，顺时针旋动“输出调节”旋钮，使输出电流达到欲控值。恒电流设定：打开后门揿动安装板上恒流设定开关，此时面板状态指示灯显示黄色表明进入恒电流状态，根据现场管道实际电
18、流，调节屏蔽盒内“恒流调节”电位器，使电流达到欲控值（出厂时设定在仪器额定电流的30%），恒电流设定完毕，将仪器关机再开机。,4.3使用条件及注意事项 手动输出调节电位器应反时针旋到底，以免在由“自动”转“手动”时输出电流过大。当仪器需“自检”时，工作方式开关应置“自动”档禁止置“手动”档。因机内假负载可承受的功率较小，若置“手动”档时，有可能把机内假负载烧毁。仪器从“手动”档切换到“自动”档时，应先关机，将“工作方式”开关置“自动”后再开机。因仪器在“手动”工作时，自动控制部份处于失衡状态，此时如直接切换到“自动”档仪器工作将不正常。当仪器需“自检”时，应事先将仪器后板的输出阳极连线断开。,
19、印制电路板组成：PS-1LC远控恒电位仪的印制线路有：,5.1 恒电位仪维护和检修5.1.1 恒电位仪维护阴保间不得与其他用途的房间合用，并应保持清洁、通风、干燥，仪器、设备、工具摆放整齐。要有“三图”（即管道走向图、保护电位曲线图，管道保护工岗位责任制）。日常巡检：每天对恒电位仪巡检一或两次，并记录输出电压、电流、保护电位数值,与上次记录(或值班记录)对照是否有变化，若不相同应查找原因，采取相应措施使管道全线达到阴极保护。每月维护：每月1日对恒电位仪进行切换使用。改用备用的仪器时，应及时进行一次观测和维修，发现仪器故障应及时检修，保证供电。,第五节 阴极保护系统维护与检修,恒电位仪的维护内容
20、：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。检查恒电位仪的所有连接线是否完好，接头是否牢固。雨季之前必须认真检查恒电位仪接地装置，并保证其接地电阻不大于10欧姆。,5.1.2 恒电位仪检修检查恒电位仪保护系统的故障，应本着先外后内，由后到前的顺序进行。仪器开“自动”故障，开“手动”有正常输出，一般为“比较板”故障，可用好的“比较板”试机加以确认，“比较板”常见故障为IC1、IC9或V3损坏。仪器开“自动”“手动”均无输出，故障在“主回路”、“稳压电源板”或“移相触发板”上，或先用好的“稳压
21、电源板”和“移相触发板”一一试机加以确认。“稳压电源板”常见故障是IC10或IC11损坏，“移相触发板”常见故障是BG3BG6某只管子损坏。若通过换板，仪器还不正常，则故障在“主回路”，“主回路”除了输出保险容易烧坏外，常见故障是SCR1、SCR2或D8 D10的某只管子损坏。,有输出电流，输出电压表指示为零，测阴、阳极两端有输出电压，常见的故障为防雷板的铜泊线被雷击断，可用外接线短接加以修复。5.2 参比电极位置：恒电位仪用的参比电极，在进站或出站管道的出土点或入土点或入土点附近，距管道10（通电点附近）。参比电极的基本要求之一是极化小、稳定性好，硫酸铜参比电极的极化允许量为10 mV。作用
22、：为恒电位仪提供比较信号。形状：见图,固态长效硫酸铜参比电极 填料包,参比电极的维护：作为恒定电位仪信号源的埋地参比电极，一般为固态长效硫酸铜参比电极，在使用过程中需注意观察恒电位仪的输出数值，发现异常可检查参比电极是否失效、电缆是否开路等，影响了仪器正常工作。旱季，应定期对参比电极井进行加水维护。（输出电流、输出电压为零，仪器本身“自检”正常）。,5.3 辅助阳极床位置：与管道的垂直距离不宜小于50，阳极地床位置的土壤电阻率一般应在(50)m以下，越小越好。作用：作为恒电位仪输出的阳极，通过大地向管道输送电流。每月测量阳极地床的接地电阻一次。阳极地床接地电阻约占直流回路电阻的(6080)。结
23、构：见图（一般15支）,浅埋阳极示意图,辅助阳极地床的维护阳极地床接地电阻每月测试一次，发现阻值逐月上升或突然大幅度上升时，应分析原因，找出问题，并采取措施进行处理。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。参照判断公式如下：RU/I1,式中：R阳极地床接地电阻值，U恒电位仪额定输出电压，VI恒电位仪实际输出电流，A（输出电压逐渐变大，输出电流逐渐变小，恒电位仪正常）。,阳极线架空阳极线 应每月沿杆路检查一次线路完好情况。检查主要内容有：电杆有无倾斜，瓷瓶、导线是否松动，阳极导线与地床连接是否牢固等。发现问题，及时处理。埋地电缆阳极线 严禁在电缆上方及附
24、近取土，防止电缆被挖断。（输出电压满幅，电流为零，“保护电位”接近自然电位，报警连续）。,5.4 通电点位置：在进出站绝缘接头外侧。定义：恒电位仪阴极输出线与管道的连接点。通电点的维护经常检查通电点防腐层，如有损坏，清除通电点的杂物并进行防腐。,5.5 绝缘接头位置：管道所有权改变的分界处；干线管道和支线管道分界处；干线管道进出站连接处；杂散电流干扰区；大型跨越段的两端。作用：是将阴极保护电流限制在需要进行阴极保护的管道上。安装结构：见图每月测量绝缘接头内外侧的电位，判断绝缘接头是否绝缘。,5.6 接地电池作用：为防止管道防腐层或绝缘接头遭受雷击或电力故障的破坏。结构：它是由两支或四支牺牲阳极
25、用塑料垫块隔开并成双地绑在一起，装在填满导电性填包料的袋子里。由被隔开的牺牲阳极各引出一根导线接至相邻的两侧，一旦有强电冲击，强大的电流将通过填料的低电阻传至地下，而不损坏绝缘装置。,接地电池示意图,5.7 测试桩为了检测维护管道的阴极保护系统，在管道沿线设置电流及电位测试桩，电位测试桩每公里设置一个；电流测试桩每五公里设一个；套管电位测试桩每个套管处设置一个；绝缘接头电位测试桩每一绝缘处设一个。目前在石油行业通常使用的测试桩有两类：一类是钢管测试桩；另一类是钢筋混凝土预制桩。长输管道测试桩按油气流方向排列编号，一般埋设在油气流方向左侧距管道中心线15m处。阴极保护电位每月测量一次。,第三章 恒电位仪常见故障分析及处理,附图A：CBZ-3控制台和PS-1LC变压器阴极保护系统连线图,
