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阴极保护技术应用与发展
2011-08-01 00:00:00 作者:曹备 来源:《腐蚀防护之友》

  在存在交、直流干扰的条件下,被干扰结构物可能发生杂散电流腐蚀,防腐蚀系统也可能遭受到某种程度干扰,影响到阴极保护系统运行的有效性,从而影响到被保护结构物的腐蚀控制安全性,对系统和作业人员的安全构成威胁。同时,在技术细节方面应考虑作为判定阴极保护有效性依据的阴极保护判据,是否还能沿用原来的规范,干扰影响到何种程度会导致阴极保护系统失效,等等。
 

  目前国内外许多单位和同仁正在致力于交、直流干扰的影响研究,并取得了一些有意义的结果,获得了不少工程应用经验。对直流杂散电流腐蚀问题的研究开展较早,已具有了一些成熟的测试技术和方法,
 

  但复杂情况下能有效缓解直流干扰的治理方法和措施尚有待发展完善;而对交流干扰似乎许多问题还没有得到满意的解决,目前正在发展交流干扰的各种检测技术和测试方法,研究确定具影响规律,致力于开发和应用一些合理的缓解治理措施。
 

  我国阴极保护技术应用也应加强法制性建设。无论是埋地结构物还是海洋结构物,在规划、设计和实施阴极保护时,既要避开环境中电干扰对我方阴极保护的影响,也必须考虑我方阴极保护系统对环境、对相邻结构物可能产生的危害。由于管理体制上的问题,条块分割,多重管理,不同结构物可能分属于不同的管理部门,信息不透明、不交流,甚至面对问题推诿责任,导致互相干扰影响严重,产生彼此的损害。
 

  我们曾调查一根液化天然气管道大面积范围穿孔漏气的事故。开挖出来的数十米管道上除了穿孔漏气点之外,还密密麻麻地分布着许多指甲大小、马蹄型的腐蚀坑,深度约1~4mm不等,但排列方向均—,都指向某一方位。腐蚀坑内金属表面光亮,无腐蚀产物沉积,这是典型的电解腐蚀结果。据调查,该方位不远处就是另一公司—根管道的阴极保护地床,被干扰管道处于严重的影响范围内。显然,这就是该阴极保护系统排放的杂散电流影响的结果,典型直流杂散电流的电解腐蚀。杂散电流测试分析证实了这一结果。虽然分属不同公司,但作为电力设备或阴极保护系统的设计和建设,理应与共处同一区域的其他公司协商,合作解决问题,实现双赢或多赢是很容易的。体制上不顺是一个原因,但应加强这种协作意识,充分调查研究,积极采取措施,尽量避免或降低相互干扰影响。
 

  为有效解决这些问题,应在以下方面引起重视:(1)建立和加强不同系统企业之间的协商机制。(2)在解决具体复杂的干扰问题时,成立联合工作组。(3)引起主管当局的高度重视,促进标准化和法制建设。(4)建立一个合适的平台,经常性地开展交、直流干扰影响以及其他问题的切磋和讨论,不断发展应用新技术,减少技术壁垒,促进技术进步。
 

区域性阴极保护
 

  近年来,区域性阴极保护技术获得发展应用,在我国一些工业厂区和城市地区局部地实施了一些区域性阴极保护,很好的解决了一定区域范围内金属结构物的腐蚀控制,效果不错,当然其长效性和稳定性有待时间检验。
 

  在实施区域性阴极保护的区域范围内,应将全部结构物进行通盘考虑,所属不同机构充分沟通协商,实现共同保护。若只对自身结构物作阴极保护而不管其他邻近设施安全,将会对在该电场影响范围内的其它金属设施产生非常严重的干扰腐蚀伤害,是不完整不科学的(甚至是错误的)区域性阴极保护。在阴极保护设计和实施时,要充分考虑可能产生的干扰影响,在电源设备、阳极材料、地床类型和空间位置设计等方面综合考虑,通过调研协商和数值模拟计算,做到统筹兼顾共同保护。在市政或工业生产设施基本完善成型的地区实施阴极保护,特别是区域性保护,必须充分考虑复杂的现实情况,迎难而上,真正解决问题。城镇地区存在大量的在役管线,呈网状分布,其服役时间、腐蚀控制措施、技术管理水平等参差不齐,其间纵横交错关系复杂,和各种建筑物之间存在复杂的结构性和电性联系。这是比较适合实施区域性阴极保护的对象,但阴极保护有效实施的难度大、故障多、排查困难。
 

  这些紧邻居民区和群众生活极为密切的埋地管网,通常规格和压力机制较低,工程规模较小,不受重视,腐蚀控制技术水平不高。服役运行到一定时期后,一旦保护失效,将会腐蚀泄露事故频发,直接威胁人民生命财产安全,已成为重要的城市公共安全隐患,务必引起重视。
 

其他问题
 

  就阴极保护技术应用和发展命题,同仁之间尚存在不少甚感兴趣的问题,有待切磋和共同讨论。这里提出一个关于阴极保护电源的问题,愿与有兴趣的朋友交流切磋。
 

  众所周知,我国对于长输管线和大型结构物一般采用恒电位仪作为阴极保护电源。但在欧美则普遍使用整流器,这里存在很大的技术观念差异。
 

  阴极保护恒电位仪主要用于结构物/电解质体系的电位经常波动的场合,如存在有杂散电流影响、介质流速的影响(航行中的船舶)、气候变化的影响、土壤中含水量变化的影响(埋地管道)的场合。在外加电流阴极保护中,一般认为,采用恒电位仪就可以通过自动地调整保护电流来维持结构物/电解质体系的电位恒定在规定的保护电位范围内。
 

  但是,采用恒电位仪控制恒定电位的部位,相对于庞大水中结构物或绵延的埋地管道来说,只是一个点,而且就是明确的参比电极所在位置的那个点。即使这个点的电位控制得十分精确与恒定,并不表明整个结构物(如管道)上具他部位的电位都恒定了。
 

  可以肯定地说,由于所有环境介质及条件都处于动态的变化之中,除参比电极控制点处的电位外,具他部位的电位仍都在经常性变动之中。绝对不能认为,通过使用恒电位仪就可以控制整个结构物电位恒定。
 

  在国内外的腐蚀实验室中广泛使用恒电位仪开展各种实验研究。在实验室试验的对象是很小面积的小试样,一般为1cm2;而大型结构物则存在着一个多维尺寸的电位分布问题,这是不可相提并论的。
 

  因此,在大型结构物上受控制的参比电位点的选择是十分重要的。一般而言,它应该设置在环境条件变化大,结构物的构型复杂和受干扰影响大的部位。也可以说,应设置在对阴极保护电位控制和电位分布具有全局性影响的部位。
 

  在国外,外加电流阴极保护系统中大量地(甚至主要地)都是使用整流器,因为整流器价格低廉(许多公司都是自制自用),调整和维护很方便,质量可靠,一般并不需要经常性调整和维护。而在我国,则在外加电流阴极保护系统中普遍地采用恒电位仪,一方面是因为人们高度地(有时过高地和不正确地)评价它的自动控制功能;另一方面,则是担心,如采用整流器将会带来经常调整和维护以及需人工值守的问题(实际上调整和值守的工作量并不大)。
 

  其实,我国阴极保护系统中的恒电位仪也仍不时遇到故障,仍需经常调试维护。对于我国阴极保护业者,建议对采用恒电位仪作为阴极保护电源能够从功能、实效、投资和管理等多方面重新审视,以便做出正确合理的决策。

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