局部陰極保護(hù)

12.1適用范圍

常用陰極保護(hù)的基本原則(見(jiàn)10.2節(jié))是將受保護(hù)的構(gòu)筑物與所有低接地電阻的裝置實(shí)現(xiàn)電分離。但是，這在工業(yè)裝置上是個(gè)很大的技術(shù)難題，因?yàn)楣茏臃浅６?，管徑相?dāng)大。要將它們實(shí)現(xiàn)電分離不僅費(fèi)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(wèn)題。在管道系統(tǒng)改造或擴(kuò)建過(guò)程中，這個(gè)問(wèn)題尤為突出。在有爆炸危險(xiǎn)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(shí)施陰極保護(hù)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(hù)一側(cè)，就會(huì)有被陰極保護(hù)電流引發(fā)內(nèi)腐蝕的危險(xiǎn)(見(jiàn)10.3.5節(jié)和24.4.6節(jié))總之，這類(lèi)管道陰極保護(hù)的監(jiān)管與維護(hù)是非常昂貴的。

在工業(yè)裝置上管道的腐蝕危險(xiǎn)一般比長(zhǎng)輸管道中的腐蝕危險(xiǎn)大，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，管道會(huì)與鋼筋混凝土基礎(chǔ)形成腐蝕電池(見(jiàn)4.3節(jié))。在不同種類(lèi)的工業(yè)裝置區(qū)域內(nèi)能夠利用區(qū)域陰極保護(hù)來(lái)克服這種腐蝕危險(xiǎn)，所用方法類(lèi)似于局部陰極保護(hù)的方法[11受保護(hù)的區(qū)域是沒(méi)有限制的，也就是說(shuō)管道與接續(xù)的和分支的管道之間是沒(méi)有電絕緣的。通常需要非常高的保護(hù)電流，因?yàn)檎麄€(gè)裝置的接地電阻非常低。由于節(jié)省了絕緣接頭、增加了運(yùn)行的安全性，所以彌補(bǔ)了陽(yáng)極地床建設(shè)費(fèi)用較高的不足。典型的適用場(chǎng)所有電站、煉油廠(chǎng)和罐區(qū)的管道、接地裝置、電纜、儲(chǔ)罐等。它也適用于泵站與壓縮機(jī)站、計(jì)量控制站中的管道以及無(wú)法與混凝土實(shí)現(xiàn)電絕緣的管道[2,3]。

12.2局部陰極保護(hù)的特點(diǎn)

  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(xiǎn)。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(lèi)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(shuō)明了在與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)接觸部位的電池活動(dòng)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(jiàn)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(hù)的目的不僅是要補(bǔ)償外部陰極構(gòu)筑物的電池電流，而且要使被保護(hù)的構(gòu)筑物充分陰極極化，從而滿(mǎn)足式(2-39)的保護(hù)準(zhǔn)則要求。因?yàn)楸槐Ｗo(hù)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(hù)電流要流到外部陰極上。設(shè)置強(qiáng)制電流輔助陽(yáng)極地床的目的就是要增加被保護(hù)的構(gòu)筑物的保護(hù)電流分量。除了受保護(hù)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(duì)其有很大影響。與常規(guī)陰極保護(hù)不同的是，受保護(hù)的構(gòu)物基本上是在強(qiáng)制電流輔助陽(yáng)極的電壓錐范圍內(nèi)。為此，考慮到各個(gè)組成部分(受保護(hù)的構(gòu)筑物與外部陰極構(gòu)筑物)不同的保護(hù)電流需要量，所以不能把土壤當(dāng)作一個(gè)等電位空間來(lái)看待。在局部陰極保護(hù)中管地電位的變化只與附近的參比電極有關(guān)系，而與遠(yuǎn)方大地電位少有聯(lián)系。這就帶來(lái)大量的測(cè)量問(wèn)題，因?yàn)橛糜诮忉尩臄嚯婋娢皇菬o(wú)法直接測(cè)量的。必須考慮表3-3中第6項(xiàng)實(shí)用準(zhǔn)則并用測(cè)量探頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)(見(jiàn)表3-3中的第7項(xiàng))。

  當(dāng)混凝土中的鋼筋被高度極化時(shí)，恐怕會(huì)達(dá)到如圖2-2所示的腐蝕區(qū)[7]。然而，測(cè)試結(jié)果表明混凝土中的鋼筋沒(méi)有腐蝕危險(xiǎn)，析出的氫會(huì)通過(guò)混凝土的空隙排出(見(jiàn) 5.3.2節(jié))。為了使所有管子受到全面的陰極保護(hù)，外部陰極構(gòu)筑物(基礎(chǔ)、地面)必須極化達(dá)到保護(hù)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(jiàn)表 3-3中的第6項(xiàng))。為了將加強(qiáng)鋼筋極化到保護(hù)電位，5~10mA·m-2的平均保護(hù)電流密度是必要的，隨著時(shí)間的推移，它會(huì)降到3mA·m-2。用加強(qiáng)鋼筋系數(shù)為1來(lái)評(píng)價(jià)保護(hù)電流需要量時(shí)，必須使用暴露于土壤的總的混凝土面積。與此相比，受保護(hù)的構(gòu)筑物的保護(hù)電流需要量小得可以忽略不計(jì)。在工業(yè)裝置中保護(hù)電流需要量一般都超過(guò)100A。

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

在受保護(hù)的構(gòu)筑物上沒(méi)有達(dá)到足夠負(fù)的管地電位的地方，必須在這些點(diǎn)上加裝單支陽(yáng)極。由于通常只需要關(guān)注電壓錐，所以，安裝地點(diǎn)與土壤電阻率無(wú)關(guān)。沒(méi)有必要使用焦炭回填料，安裝地點(diǎn)是根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件決定的?？梢詫沃疥?yáng)極安裝在與管子軸線(xiàn)平

行的深度。應(yīng)按照9.1節(jié)選擇電壓、長(zhǎng)度、陽(yáng)極與受保護(hù)構(gòu)筑物的距離，以此符合表 3-3中的第6項(xiàng)或第7項(xiàng)準(zhǔn)則。

采用局部陰極保護(hù)時(shí)，無(wú)法直接用斷電電位測(cè)量值來(lái)檢查保護(hù)效果，因?yàn)樵谕寥乐惺鞘鼙Ｗo(hù)的構(gòu)筑物與外部陰極構(gòu)筑物混合類(lèi)型的裝置，所以有大量電偶電流與均衡補(bǔ)償電流在流動(dòng)。在3.3節(jié)中對(duì)式(3-28)的注解就與此有關(guān)，在此無(wú)IR電位降必須比受保護(hù)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(wú)法確認(rèn)并且可以得出極化不足的結(jié)論，因?yàn)樵诿恳环N情況下，取決于均衡電流強(qiáng)度的無(wú)IR降電位必須更負(fù)。為此U。值只能用于進(jìn)行比較，而不能用于直接估算。以下所列測(cè)量值就是要按照該方法使用的(見(jiàn)圖 12-2~圖 12-7)。

  因此，為了控制局部陰極保護(hù)，要借助參比電極測(cè)量U。值，并且一般要將參比電極安裝得盡可能靠近受保護(hù)的構(gòu)筑物。實(shí)測(cè)值應(yīng)比Ucu-cuso,--1.2V負(fù)得多。但是，也可能采用 U。=-0.85V時(shí)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(hù)構(gòu)筑物處于穿墻部位或在鋼筋混凝土基礎(chǔ)附近時(shí)，產(chǎn)生最小的負(fù)電位。因此建議電位測(cè)試點(diǎn)要安裝在這些位置以及外部測(cè)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?chē)辽?m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?yàn)r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]。