燃?xì)夤艿婪栏獱奚?yáng)極保護(hù)與強(qiáng)制電流陰極保護(hù)
犧牲陽(yáng)極保護(hù)與強(qiáng)制電流陰極保護(hù)都是針對(duì)管道腐蝕的特點(diǎn)所采用的保護(hù)措施，本節(jié)首先簡(jiǎn)要介紹腐蝕的分類及緩蝕劑，然后重點(diǎn)介紹犧牲陽(yáng)極保護(hù)與強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的應(yīng)用。
一、腐蝕的分類
(一)化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕是單純由化學(xué)作用引起。金屬直接和周圍介質(zhì)如氧氣、硫化氫、二氧化硫等接觸發(fā)生化學(xué)作用，在金屬表面上產(chǎn)生相應(yīng)的化合物(如氧化物、硫化物)。用金屬材料構(gòu)成的燃?xì)夤艿郎纤霈F(xiàn)的化學(xué)腐蝕，常常會(huì)發(fā)生在管道內(nèi)壁和外壁。
化學(xué)腐蝕是全面的腐蝕，在化學(xué)腐蝕的作用下，管道內(nèi)壁的厚度是均勻減少的。
(二)電化學(xué)腐蝕
燃?xì)怃摴艿墓鼙谂c作為電解質(zhì)的土壤或水相接觸，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，使陽(yáng)極區(qū)的金屬離子不斷電離而受到腐蝕，即為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕既可腐蝕內(nèi)壁，也可以腐蝕外壁。通常埋地鋼管的外壁腐蝕是以電化學(xué)腐蝕為主的。
土壤中埋地鋼管受到電化學(xué)腐蝕的強(qiáng)弱程度，與土壤的腐蝕性即土壤的電阻率有關(guān)。影響腐蝕速度的因素還有：土壤中的氧氣、土壤中的微生物、土壤的pH值等。
因此鋼制燃?xì)夤艿莱Ｓ玫姆栏椒òń^緣層防腐法、電保護(hù)法、排流保護(hù)法。燃?xì)怃摴苁褂玫闹饕栏瘜佑袨r青防腐層、環(huán)氧煤瀝青防腐層、煤焦油瓷漆
防腐層、環(huán)氧粉末防腐層、聚乙烯防腐膠帶和三層PE防腐層等。燃?xì)夤艿婪栏?/span>絕熱層的施工方法有纏繞濕抹法、綁扎法、纏包法。
(三)雜散電流對(duì)鋼管的腐蝕
由于外界各種電氣設(shè)備的漏電與接地，在土壤中形成雜散電流。其中對(duì)鋼管腐蝕危害最大的是直流電。泄漏直流電的設(shè)備有電氣化鐵路和有軌電車的鋼軌、直流電焊機(jī)、整流器外殼接地和陰極保護(hù)站的接地陽(yáng)極等。雜散電流對(duì)鋼管的腐蝕發(fā)生在電流離開鋼管流入土壤處，使管壁腐蝕。雜散電流的腐蝕特點(diǎn)包括：
(1)強(qiáng)度高、危害大。在土壤中的雜散電流腐蝕是電解電池原理，即外來的直流電流或電位差，造成了土壤溶液中金屬腐蝕。土壤中含有的水分能進(jìn)行離子導(dǎo)電，因而使其具有電解質(zhì)溶液的特征。
(2)范圍廣、隨機(jī)性強(qiáng)。雜散電流的作用范圍很大，這與引起雜散電流的外部電流源密切相關(guān)。雜散電源腐蝕的發(fā)生又常常是隨機(jī)而變的。無論從電流方向上，還是電流強(qiáng)度上，都是隨外接電力設(shè)施的負(fù)載情況、軌道的連接與絕緣狀況、管道的絕緣狀況而變化。
(四)細(xì)菌作用引起的腐蝕
根據(jù)對(duì)微生物參與腐蝕過程的研究發(fā)現(xiàn)，不同種類細(xì)菌的腐蝕行為，其條件也各不相同。例如，在缺氧土壤中存在厭氧的硫酸鹽還原菌，它能將可溶的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫，使土壤中氫離子濃度增加，加速了埋地鋼管的腐蝕過程。硫酸鹽還原菌的活動(dòng)與土壤的酸堿度(pH值)有關(guān)。pH值在4.5～9'時(shí)細(xì)菌生長(zhǎng)最為適宜，pH值在3.5以下或11.0以上時(shí)，細(xì)菌的活動(dòng)完全受到抑止。
(五)大氣腐蝕
大氣腐蝕類型包括干的、潮的、濕的大氣腐蝕。其中干的大氣腐蝕指空氣十分干燥，金屬表面上不存在水膜，金屬的腐蝕屬于常溫氧化。潮的大氣腐蝕是指Rh(相對(duì)濕度)<100%,在金屬表面上存在肉眼不可見的薄液膜，隨水膜厚度增加，大氣腐蝕速度迅速增大，是大氣腐蝕中破壞性較強(qiáng)的一種。濕的大氣腐蝕是Rh≈100%,金屬表面上形成肉眼可見的水膜，隨水膜厚度增加，大氣腐蝕速度逐漸減小。金屬表面(液膜)是引起大氣腐蝕的充分必要條件。大氣腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕。
(六)應(yīng)力腐蝕與疲勞腐蝕
金屬材料在持續(xù)性應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)的協(xié)同作用下發(fā)生的腐蝕屬于應(yīng)力腐蝕。金屬和合金在特定腐蝕介質(zhì)與拉應(yīng)力的同時(shí)作用下產(chǎn)生的破裂，稱為應(yīng)力腐蝕破裂。一般可將裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展區(qū)分為三個(gè)階段：
第一階段：金屬表面生成鈍化膜或保護(hù)膜。
第二階段：膜局部破裂，形成蝕孔或裂縫源。
第三階段：裂縫向縱深發(fā)展。
前兩個(gè)階段與孔蝕和縫隙腐蝕相同，腐蝕都是在一個(gè)對(duì)流不通暢、閉塞的微小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，統(tǒng)稱為閉塞電池腐蝕。在第三階段，由于金屬內(nèi)部存在一條狹窄的活性通路，在拉應(yīng)力的作用下，活性通路前端的膜反復(fù)地、間歇地破裂，腐蝕沿著與拉應(yīng)力垂直方向的通路前進(jìn)。在閉塞區(qū)(裂縫尖端)會(huì)產(chǎn)生氫，一部分氫可能擴(kuò)散到尖端金屬內(nèi)部，引起脆化，在拉應(yīng)力作用下發(fā)生脆性斷裂。吸氫使金屬韌度或延性降低的過程被稱為氫脆。裂縫在腐蝕和脆斷的反復(fù)作用下迅速前進(jìn)。
當(dāng)鐵基合金所承受的交變應(yīng)力低于一定數(shù)值時(shí)，可經(jīng)過無限周期而不產(chǎn)生疲勞破壞，這個(gè)臨界應(yīng)力值稱為疲勞極限。在周期性應(yīng)力作用下，在腐蝕環(huán)境中，所有金屬材料在遠(yuǎn)低于所能承受的極限抗拉強(qiáng)度的條件下會(huì)形成裂紋，發(fā)生疲勞腐蝕。
二、緩蝕劑
緩蝕劑是一些用于腐蝕環(huán)境中，抑制金屬腐蝕的添加劑。緩蝕劑的應(yīng)用非常廣泛。由于緩蝕劑機(jī)理復(fù)雜，因此有多種分類方法。
(1)按電化學(xué)作用機(jī)理劃分有陽(yáng)極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑、混合型緩蝕劑三種類型。
(2)按緩蝕劑所形成的保護(hù)膜特征劃分有氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑吸附膜緩蝕劑三種類型。
(3)按化學(xué)組成劃分有無機(jī)緩蝕劑、有機(jī)緩蝕劑兩種。
(4)按使用的環(huán)境劃分有氣相緩蝕劑、液相緩蝕劑、固相緩蝕劑。
三、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)應(yīng)用
(一)犧牲陽(yáng)極的敷設(shè)要求
犧牲陽(yáng)極與管道的距離視防腐層質(zhì)量、埋設(shè)地點(diǎn)土壤性質(zhì)等因素而定，一般為3~6m。犧牲陽(yáng)極與管道的相對(duì)位置分布以使保護(hù)電流均勻分布為原則。在相鄰兩組犧牲陽(yáng)極管段的中間部位應(yīng)設(shè)置測(cè)試樁，以方便管道陰極保護(hù)的檢測(cè)。犧牲陽(yáng)極必須埋在凍土層以下。在地下水位低于3m的干燥地帶，犧牲陽(yáng)極應(yīng)適當(dāng)加深埋設(shè)。由于要求管道建設(shè)中在管道埋入地下數(shù)天后，再進(jìn)行全線自然電位測(cè)試，犧牲陽(yáng)極施工后，應(yīng)采用輔助試片測(cè)試自然電位。
(二)犧牲陽(yáng)極故障
1.犧牲陽(yáng)極常見故障及檢測(cè)方法
1)犧牲陽(yáng)極常見故障
(1)陽(yáng)極輸出電流減小，達(dá)不到保護(hù)電位。導(dǎo)致這現(xiàn)象的主要原因有：陽(yáng)極大部分已消耗掉，可能需要更換；陽(yáng)極/陰極的連續(xù)斷開；陽(yáng)極/導(dǎo)線接頭斷開；陰極/導(dǎo)線接頭斷開；陽(yáng)極周圍土壤干燥；環(huán)境污染對(duì)陽(yáng)極性能的影響。
(2)陽(yáng)極輸出電流增大，但被保護(hù)管道電位難以極化。導(dǎo)致這現(xiàn)象的原因主要有：被保護(hù)管道所需電流過大，陽(yáng)極輸出的電流遠(yuǎn)小于所需電流；被保護(hù)管道與相鄰金屬構(gòu)筑物有電連接；環(huán)境改變引起迅速去極化或者水的含氧量增大；絕緣裝置失效；防腐層老化或破損。
2)犧牲陽(yáng)極故障檢測(cè)方法
(1)連接導(dǎo)線：用砂紙打磨測(cè)試樁接線柱；用導(dǎo)線將各部分接好；接入導(dǎo)線的總長(zhǎng)度不大于1m。
(2)將參比電極放在管道頂部上方1m范圍的地表潮濕土壤上，應(yīng)保證參比電極與土壤接觸良好。
(3)接入萬用表：萬用表與便攜式銅/飽和硫酸銅參比電極接線柱、測(cè)試樁相連接。
(4)測(cè)量電壓：接通電路，將電壓表調(diào)至適合的量程上，讀取數(shù)據(jù)，做好記錄，注明該電位值的名稱。
(5)記錄電壓表讀數(shù)，計(jì)算犧牲陽(yáng)極電位值。
2.犧牲陽(yáng)極其他故障
陽(yáng)極體腐蝕不嚴(yán)重，但陽(yáng)極已不能工作，可能是陽(yáng)極成分不合理，在工作環(huán)境中造成鈍化所致，影響因素有溫度、含鹽類型等。陽(yáng)極體局部腐蝕嚴(yán)重，造成陽(yáng)極體斷裂，可能是陽(yáng)極合金化不均勻，造成局部腐蝕。未達(dá)設(shè)計(jì)壽命，陽(yáng)極失效，可能是陽(yáng)極雜質(zhì)含量高，陽(yáng)極效率降低。陽(yáng)極埋入地下后，開路電位正常，而無電流輸出，這主要是陽(yáng)極填包料干燥所致，可以通過測(cè)量陽(yáng)極接地電阻判斷。在交流電干擾狀態(tài)下，有時(shí)陽(yáng)極會(huì)發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，管理上應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控(如布交流干擾)。
(三)制作硫酸銅參比電極
(1)用清水清洗玻璃燒杯等器具，再用蒸餾水沖洗。
(2)配置溶液：往盛有蒸餾水的干凈燒杯中加入硫酸銅晶體并用玻璃棒攪拌，配制成飽和硫酸銅溶液。
(3)準(zhǔn)備參比電極：檢查接線、滲透膜、密封件是否完好；用砂紙打磨銅棒至露出金屬光澤。
(4)組裝電極：將配好的溶液加入電極體內(nèi)，再加少許硫酸銅晶體，確保其飽和度；將參比電極組裝完好。
(5)比較測(cè)試：在水池或方盤中加水，取組裝后的參比電極與性能良好的參比電極放置其中，用萬用表測(cè)兩電極的相對(duì)電位，不大于5mV為合格。
四、強(qiáng)制電流陰極保護(hù)應(yīng)用
(一)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)組成
根據(jù)陰極保護(hù)原理，用直流電源直接向被保護(hù)金屬通以陰極電流，使之陰極極化以達(dá)到陰極保護(hù)的目的，這一方法稱為強(qiáng)制電流法。強(qiáng)制電流保護(hù)的設(shè)備與附屬裝置包括直流電源、輔助陽(yáng)極、絕緣法蘭、測(cè)試樁、檢查片、參比電極。
(二)強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的特點(diǎn)
強(qiáng)制電流法有以下特點(diǎn)：
(1)工程越大，投資比重越小，因此對(duì)于太小的工程使用強(qiáng)制電流法在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。
(2)輔助陽(yáng)極壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)合理，一般可達(dá)20年以上。
(3)直流電源的輸出電壓、電流連續(xù)可調(diào)，保護(hù)范圍大。
(4)適應(yīng)外界環(huán)境的電阻率范圍廣，可不受土壤電阻率的限制。
強(qiáng)制電流法的不足之處是電源設(shè)備需要維護(hù)，管理工作量較大，對(duì)鄰近的構(gòu)筑物干擾影響大，需要外部電源等。
(三)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試
1.地表參比法
地表參比法主要用于管道自然電位、犧牲陽(yáng)極開路電位、管道保護(hù)電位等參數(shù)的測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將參比電極放在管道頂部上方1m范圍的地表土壤上，保證參比電極與土壤接觸良好。
2.近參比法
近參比法一般用于防腐層質(zhì)量較差的管道保護(hù)電位和犧牲陽(yáng)極閉路電位的測(cè)試。在管道(或犧牲陽(yáng)極)上方，距測(cè)試點(diǎn)1m左右挖一個(gè)安放參比電極的探坑，將參比電極置于距管壁(或犧牲陽(yáng)極)3～5cm的土壤上進(jìn)行測(cè)量和記錄。
3.遠(yuǎn)參比法
遠(yuǎn)參比法主要用于強(qiáng)制電流陰極保護(hù)受輔助陽(yáng)極電場(chǎng)影響的管段、犧牲陽(yáng)極埋設(shè)點(diǎn)附近的管段。測(cè)試時(shí)將參比電極朝遠(yuǎn)離地表電場(chǎng)源的方向逐次移動(dòng)10cm,用萬用表依次測(cè)試管地電位。當(dāng)相鄰兩個(gè)安放點(diǎn)測(cè)試管地電位相差小于5mV時(shí)，參比電極不再往遠(yuǎn)方移動(dòng)，取最遠(yuǎn)處的管地電位為該測(cè)試點(diǎn)的管道對(duì)遠(yuǎn)方大地的電位值。
