阴极保护

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油气长输管道的阴极保护测试

 

1 电位测试

  1.1 直接参比法

  用直接参比法进行管地电位测试时,只需在测试桩上用电压表正极接管道连接端,负极接参比电极连接端即可。如站内没有测试桩也可在恒电位仪(整流器) 上找到对应的端子直接测量电位差。这种测量方法简便有效,而且由于参比电极紧靠管道埋设 (一般间距200mm) 可在很大程度上减少土壤电阻产生的电压降干扰,提高管道保护电位测量的准确性和有效性。对于采用外加电流阴极保护系统的,当测试中发现管道电位比最大阴极保护电位大很多时,要及时减小整流器输出电流,否则将发生析氢反应:

  H+ + e→ H (1)

  H + H →H2 (2)

  ( 1)式产生的氢原子将导致氢脆破坏,这对于高强度钢和对氢脆或氢致应力腐蚀开裂敏感的其他金属将是危险的。

  ( 2)式产生的氢分子在涂覆层下聚集,可产生很高的氢气压,从而破坏涂覆层的黏结力,进而降低其与金属表面的附着强度,最终使涂覆层从金属管道表面剥离。最大保护电位受管道涂覆层种类约,现在使用较多的三层PE虽然抗阴极剥离较强,但补口所使用的热缩套却较差,因而最大保护电位只要不超过-1.5V都认为是安全的。测试管道保护电位应以极化稳定后的保护电压为准,其极化时间应不小于24h。

  1.2 地表参比法

  主要用于测量管道自然电位和牺牲阳极的开路电位,也可用于测量管道保护电位和牺牲阳极的闭路电位。测量时参比电极安放在管道顶端上方地表面处,一般离测试桩1m以内。置于潮湿土壤地表处,如果土壤很干燥应挖至土壤潮湿后倒水再接参比电极,以减小参比电极与土壤的接触电阻,提高测量准确性。该方法在实际测量中广泛使用,但由于存在土壤IR降,所测电位值有一定误差。如果测试牺牲阳极保护电位达不到最低保护电位-0.85V,很可能是牺牲阳极填包料浸泡不充分,土壤电阻率高或者设计牺牲阳极数目不够等因素,需要进一步查找原因并采取相应措施处理。

  1.3 近参比法

  为了更精确地测量管地电位,要求尽可能地降低土壤欧姆电压降的影响,为此将参比电极尽量靠近被测管道表面。此测试方法由于土方开挖工作量大,实际测试中受到一定制约,使用不多。由于实际测试中所有电位均含有IR降,比较测试电位基本上表明过保护或欠保护。

  2 电流测试

  2.1 直接测量法

  将一只低阻抗的电流表直接串联到牺牲阳极输出电流回路中,电流表的示值即为牺牲阳极的输出电流。此法操作简单,也是工程测量牺牲阳极输出电流的主要方法。其前提是电流表的内阻需足够小,例如DT—930数字万用表10A档的内阻为0.0132Ω,灵敏度(分辨率)为1mA,对于电流测量是完全可以接受的。

  2.2 电阻法

  在牺牲阳极与管道组成的闭合回路中串联一个小于回路电阻5%的标准电阻R(通常选用电阻值为0.1Ω,精度为0.02 级的标准电阻),再用高阻电压表测量标准电阻上的电压降ΔU,见图2。通过欧姆定律计算出牺牲阳极的输出电流I, I=ΔU/ R。图2 标准电阻法测量接线图采用标准电阻法测量电流时,要求串联的测试导线长度不应大于1m,截面积不宜小于2.5mm2,以减小导线电阻对测量产生的影响。

  3 电阻测试

  3.1 土壤电阻率测试

  国家标准GB/T 21246-2007把测量土壤电阻率的四极法分为等距法和不等距法两种。现以ZC—8接地电阻测量仪为例说明使用方法。当a = b 时为等距法, a≠b 时为不等距法,其中C1、 C2为馈送电流的电极; P1、 P2 为测试电压降的电极。等距法测量时要求4支电极沿一直线分布,选定等间距a,这时b = a,电极入土深度为a / 20。根据测量的C1、 C2 两电极间流过的电流和P1、 P2 两电极间电压降即可测得土壤电阻R=V/I, ZC-8可直接读出测定电阻R,然后按式ρ= 2πaR 换算成土壤电阻率ρ。采用等距测量时的电极间距a 相当于被测土壤的深度,测得的土壤电阻率是从地表至深度a这一土层的平均电阻率ρ。不等距法与等距法的区别就在于电极间距离不相等,且b>a,其他测试操作要求与等距法相同。采用不等距法测量时, 4支电极中的中间两支电极即P1、 P2 固定不变( 间距为a) ,而改变间距b 就可测量不同深度土壤的电阻R,然后按ρ= 2πaR 换算成土壤电阻率ρ。

  用不等距法测量时电极间距b相当于被测土壤的深度,所测得的土壤电阻率是从地表至深度b这一土层范围中的平均电阻率。不等距法适用于大深度电阻率的测量,实际测量中b值往往按a的倍数递增选取和操作。土壤电阻率的测定结果可能受土壤中裸露金属结构物的影响,尤其是在建筑密集地区有时测得的数值过小。但在与绝缘良好的管线平行处或者与塑料包覆的电缆平行处进行测量时,其测定结果并无任何差别。

  3.2 接地电阻测试

  测量一个接地体的接地电阻,最常用的仪器是ZC—8接地电阻测量仪,测试方法也很简单。把探针插入地中,接好电流极C1、电位极P1 和被测接地体E1 ( C2、 P2用连接片短接) 连线,一般d13取40m, d12取20m。测试中应注意仪表水平放置,调整零位和保持旋转发电机的速度均匀并达到120r /min。当测量小于1Ω的接地电阻时, C2、 P2间的短接片断开,分别用导线连接到被测接地体上,以消除测量时连接导线电阻的附加误差。

  实际测试中发现阳极地床接地电阻大于设计要求时,应采取措施降低电阻,比如换土、加盐等。

  3.3 绝缘接头 (法兰) 测试

  (1) 对组装好的绝缘法兰或整体型绝缘接头,在安装到管道上之前可用500V兆欧表直接检测其绝缘电阻值。一般电阻值至少应大于2MΩ。

  (2) 对已安装到管道上的绝缘接头( 法兰) 可使用电位法测量。首先在测试桩内把管道和锌接地电池相连的铜制连接片断开,数字万用表负表笔接参比电极,正表笔分别接管道端内外侧接线柱,当绝缘接头( 法兰) 两侧电位相差较大时,说明绝缘接性能良好,经验值 0.2V(绝对值) 以下。

 

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