阴极保护系统概述.doc

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1、, 阴极保护系统简介 首先清楚几个概念：1、 浸于电解质溶液中的金属导体称为电极。2、 电解质是指在液体状态（溶解或熔融状态）时分子分解为离子因而能导电的物质。3、 双电层在金属与溶液中的界面两侧形成电位差，这个电位差即是该金属在该溶液中的电极电位4、 如果把两个不同电极组成一体，因它们的电极电位不同，电极间的电位差，形成电势，即为电池，用导线把它接进电路，就可以向电路供电。把这样只有两个电极构成的电池称为“原电池”5、 电解：腐蚀电池与环境和被腐蚀金属间构成电流的通路，腐蚀电池的两极同时也成为电解的两极，在电流的作用下，阳极的金属不断溶解进入电解质，按电流的通路向阴极沉积，由此阳极发生腐蚀，

2、金属逐渐损失阴极保护护就是以通电的方法使被保护物成为阴极，由此减缓、避免腐蚀。阴极保护实现的技术有两种：一是外加电流阴极保护也称强制（电流）阴极保护，二是牺牲阳极（阴极）保护。实体布局请见示意图。一、 外加电流阴极保护：用金属导线将管道接在直流电源的负极，将辅助阳极接在电源的正极，构成保护回路，如图阴极保护模型所示。从图中可以看出，管道实施阴极保护时，有外加电子注入管道表面。当外加的电子来不及与电解质溶液中的某些物质起作用时，就会在金属表面积聚起来，导致阴极表面金属电极电位向负方向移动，即产生阴极极化。这时，微阳极区金属释放电子的能力就受到阻碍。施加的电流愈大，电子积累就会越多，金属表面的电极

3、电位就越负，微阳极区释放电子的能就越弱，换句话说，就是腐蚀电池二极间的电位差变小，阳极电流Ia越来越小。当金属表面阴极极化到一定值时，阴、阳极达到等电位，腐蚀电池的作用就被迫停止。此时，外加电流Ip等于阴极电流Ic，即Ia=0，这就是阴极保护的基本原理。用于阴极保护的恒电位仪整体说是一个负反馈放大输出系统，与被保护物（如埋地管道）构成闭环调节，通过参比电极测量通电点电位，作为取样信号与控制信号进行比较，实现控制并调节极化电流输出，使通电点电位得以保持在设定的控制电位上。其过程是：不管什么原因供电系统电压波动，环境介质导电性变化，或电路参数漂移使输出增大，导致通电点电位上升，则取样信号增大，取样

4、信号是加在恒电位仪比较放大的反相输入端，与接在正相输入端控制信号比较后使放大器放大倍数下降，控制极化电源输出减小，使通电点电位下降，回复到原设定的控制电位值上；同样，如果什么原因使通电点电位下降，参比电极得到的取样信号下降，经过与控制信号比较使放大器放大倍数上升，控制极化电源输出增大，通电点电位上升，回复到原设定的控制电位值上。也就是当外部或内部任何原因造成被保护物对地电位变化时，恒电位仪都能相应地增大或减小输出把变化的电位拉回来，使通电点电位保持不变。只要仪器的放大倍数计算设计得正确，取样信号特性与仪器输入输出特性有足够的线性一致，并且调整良好，恒电位仪在额定工作范围内可使被保护物通电点的电

5、位与设定的控制电位一致，误差一般在5mV以下。正因其有使通电点电位保持近于恒定的性质，因此称为恒电位仪。恒电位仪的核心是比较放大器，由深度负反馈的差动放大器构成，现在一般采用性能优良的集成运算放大器担任，其输入是控制和参比（取样）电路，输出到跟随放大、控制移相、振荡等电路生成触发脉冲，极化电源由晶闸管整流电路构成，通过改变导通角实现调节输出。恒电位仪的基本方框图如图。以上是交流供电的恒电位仪的流行电路，无交流供电地区仪器一般用脉宽调制控制直流逆变得到极化电源输出的变化，控制和调节的原理和功能相同。恒电位仪的接线不复杂，一般由4条电缆组成（不考虑误差、故障报警等附属电路可引出的信号接线），分别接

6、于：输出阴极、输出阳极、零位接阴、参比电极。输出阴极是恒电位仪输出的负端子，接至被保护物的通电点，输出阳极是恒电位仪的正端子，接至辅助阳极（地床或深井阳极）；零位接阴是仪器电路的地端，接于被保护物通电点附近，参比电极即取样信号输入端，接埋设在通电点附近的参比电极。输出阴极和输出阳极电缆要有足够的截面积，一般不应小于10 mm2；零位接阴和参比电极对电缆截面无要求，只考虑足够强度即可。恒电位仪的接线都应该是铜线，远端并应焊接。值得说明的是零位接阴是接于通电点几乎同一点（以电的概念解释就是同一点，施工时应该离开50100mm，避开电流涌入），但是必须用单独接线，因为零位接阴是整个仪器电路的地，这个

7、“地”必须建立在被保护物（管道）上，才能实现正确控制，因此绝不能使用短线把零位接阴与输出阴极接在一起。恒电位仪输出接线如图。二、牺牲阳极阴极保护牺牲阳极阴极保护是利用活性强、电极电位更低的金属材料做成阳极，与适当的“填包料”构成，使用时埋在被保护管道附近土壤中，以电缆与管道电连接。其他电解质环境也是设置在被保护物附近，与被保护物电连接。电连接可直接焊接，为了便于检查测试，一般通过测试桩做成连接端子形式连接。三、管地电位测试的一般方法如图：测量值一般在850mv1500mv之间，四、绝缘件：绝缘件最早是绝缘法兰，后技术改进做成整体为绝缘接头。绝缘件是阴极保护系统的重要设备，用以把阴极保护系统与未做阴极保护的工艺系统（一般是接地的）分开，防止阴极保护电流流失，降低阴极保护效率和可靠性。绝缘件加在输油、输气站进、出站口，把长输管道与站内工艺设备隔离，在中间阀室加在设备与排污、放空管线间，使它们隔离。绝缘件绝缘性能直接影响阴极保护系统。绝缘法兰的测试如图：