關(guān)于富睿鑫公司對(duì)管道陰極保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀與展望看法
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2020-11-30
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鑒于目前國內(nèi)在管道保護(hù)電位測(cè)試技術(shù)、陰極保護(hù)判據(jù)以及保護(hù)效果評(píng)價(jià)方面存在著一定的不足，因此對(duì)現(xiàn)有埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改造之前，有必要針對(duì)目前存在的各項(xiàng)問題，開展研究工作，對(duì)現(xiàn)有保護(hù)電位測(cè)試方法、陰極保護(hù)參數(shù)的選取以及陰極保護(hù)判據(jù)的理論和有效性進(jìn)行深入研究，為陰極保護(hù)系統(tǒng)工程的改造提供可靠的理論與技術(shù)支撐。
1我國陰極保護(hù)的現(xiàn)狀
說到陰極保護(hù)的發(fā)展就要從1958年說起，那一年正是該技術(shù)誕生的時(shí)候，那個(gè)時(shí)候陰極保護(hù)還處于小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)階段，到了六十年代陰極保護(hù)展示出了它的實(shí)用價(jià)值，在各大油田里面都用到了該技術(shù)。上個(gè)世紀(jì)七十年代，中國開始了長(zhǎng)輸管道的建設(shè)工程，所以陰極保護(hù)技術(shù)就越發(fā)地顯示出了它的重要性，它能夠提高底下管道的抗腐蝕性能，讓管道的使用年限增長(zhǎng)，使管道的安全得到了保證。因?yàn)榭萍妓降南拗疲試鴥?nèi)還沒有高端的技術(shù)來進(jìn)行陰極保護(hù)檢測(cè)，所以在對(duì)這些管道進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候采用的最多的還是依靠人力。由于缺少自動(dòng)通/斷電系統(tǒng)，因此最后只能測(cè)出通電電位，這里面含有IR降，這和現(xiàn)在通行的標(biāo)準(zhǔn)是不相符的。在遙測(cè)領(lǐng)域，也有不少科研專家對(duì)此進(jìn)行研究，不過因?yàn)橥庠跅l件的限制，在這個(gè)方面沒有取得大的突破。也有不少機(jī)構(gòu)借助管體作為介質(zhì)來研究遙測(cè)，甚至在多個(gè)管道上使用這個(gè)方案。也有人試圖用通信線路為通道的陰極保護(hù)遙測(cè)，該方法雖然可行，不過也僅限于測(cè)量一般的電位。陜京線把陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量納入了數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控(SCADA）系統(tǒng)，從現(xiàn)在情況來看，該系統(tǒng)是國內(nèi)最優(yōu)秀的，能夠測(cè)出多個(gè)電位。
2陰極保護(hù)原理
目前，國內(nèi)外管道的陰極保護(hù)系統(tǒng)采用強(qiáng)制電流為主、犧牲陽極為輔的陰極保護(hù)方法。陰極保護(hù)原理：從電化學(xué)原理上講，腐蝕電池的陰極是不發(fā)生腐蝕的，只有陽極才發(fā)生腐蝕。因此，將被保護(hù)金屬變成陰極，就可以防止金屬的腐蝕。其原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子變成離子而溶入溶液。如圖1-管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。
3陰極保護(hù)的基本參數(shù)
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3.1最小保護(hù)電流密度
使金屬腐蝕下降到最低程度或停止時(shí)所需要的保護(hù)電流密度，稱作最小保護(hù)電流密度。新建瀝青管道最小保護(hù)電流密度為30—50μA/m2，環(huán)氧粉末的管道一般為10--30μA/m2，新建儲(chǔ)罐罐底板最小保護(hù)電流密度為1--5mA/m2表示，老罐為5—10mA/m2。
3.2最小保護(hù)電位
為使腐蝕過程停止，金屬經(jīng)陰極極化后所必須達(dá)到的絕對(duì)值最小的負(fù)電位值，稱之為最小保護(hù)電位。最小保護(hù)電位也與金屬的種類、腐蝕介質(zhì)的組成、溫度、濃度等有關(guān)。最小保護(hù)電位值常常是用來判斷陰極保護(hù)是否充分的基準(zhǔn)。因此該電位值是監(jiān)控陰極保護(hù)的重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定在土壤中的最小保護(hù)電位為－0.85V（相對(duì)飽和硫酸銅參比電極）。
3.3最大保護(hù)電位
在陰極保護(hù)中，所允許施加的陰極極化的絕對(duì)值最大的負(fù)電位值，在此電位下管道的防腐層不受到破壞。此電位值就是最大保護(hù)電位。
4管道實(shí)施陰極保護(hù)的基本條件
管道必須處于有電解質(zhì)的環(huán)境中，以便能建立起連續(xù)的電路。如土壤、海水、河流等介質(zhì)中都可以進(jìn)行陰極保護(hù)。管道必須電絕緣。首先，管道必須要采用良好的防腐層盡可能將管道與電解質(zhì)絕緣，否則會(huì)需要較大的保護(hù)電流密度。其次，要將管道與非保護(hù)金屬構(gòu)筑物電絕緣，否則電流將流失到其他金屬構(gòu)筑物上，造成其他金屬構(gòu)筑物的腐蝕以及管道陰極保護(hù)效果的降低。管道必須保持縱向電連續(xù)性。
5陰極保護(hù)方法探究
5.1犧牲陽極法
這種方法的作用機(jī)理是將比需要保護(hù)的金屬或者合金的電位更低的金屬或者合金，共同放置于同一個(gè)溶液中，由于電位更低，所以在溶液中，比保護(hù)金屬更快的溶解，釋放出電流，從而保護(hù)了需要進(jìn)行保護(hù)的金屬，防止被腐蝕。那么該項(xiàng)保護(hù)技術(shù)需要在哪些條件下達(dá)到要求：金屬本身能在溶液中產(chǎn)生穩(wěn)定電流；自身的腐蝕速率要低，要能長(zhǎng)期進(jìn)行防腐；產(chǎn)生的保護(hù)電流量要大；被腐蝕后產(chǎn)生的廢物必須是無害的，不能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害；金屬材料來源廣泛，加工容易，價(jià)格低廉。
5.2強(qiáng)制電流法
強(qiáng)制電流法的作用機(jī)理是與陽極保護(hù)不同的，它主要是從外部加入電流，這樣就可導(dǎo)致需要被保護(hù)的金屬陰極化，達(dá)到和陽極保護(hù)法相同的保護(hù)措施。強(qiáng)制電流法需要的基礎(chǔ)構(gòu)件包括穩(wěn)定的直流電源、連接電源的輔助陽極和連接所需要的電纜線，輔助陽極的作用就是要把外接的電流通入到系統(tǒng)中，故陽極工作時(shí)處在電解狀態(tài)下。按陽極的溶解性能劃分，輔助陽極可以分為不溶性陽極、可溶性陽極、微溶性陽極三大類。
5.3排流保護(hù)法
排流保護(hù)法的機(jī)理就是為有其他干擾電流的情況下，利用排除方法，對(duì)需要保護(hù)的構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)作用的一樣方法。排流保護(hù)法有三種主要措施，第一種方法就是直接排流，該方法需要外接電源，在穩(wěn)定的情況下，改穩(wěn)定電流可以保護(hù)金屬或合金，排除其他干擾電流。改項(xiàng)方法需要謹(jǐn)慎使用，如果采用不當(dāng)，就會(huì)造成更大的干擾，甚至是危險(xiǎn)。第二方法是極性排流，因?yàn)槎O管具有單向通過性的作用，只可以通過一方電流，在有正負(fù)干擾的電流情況下，就需要插入二極管，這樣就可以保證電流通過一個(gè)方向，從而保護(hù)金屬體。第三種方法是強(qiáng)制排流。上述二種方法只能在排流時(shí)才能對(duì)保護(hù)體施加保護(hù)，如果不是排流期間，就無法起到保護(hù)作用。這樣就需要強(qiáng)制排流的方法，利用恒定的整流器產(chǎn)生電流，從而達(dá)到需要保護(hù)作用。
6陰極保護(hù)技術(shù)發(fā)展與展望
首先，陰極保護(hù)準(zhǔn)則作為陰極保護(hù)技術(shù)的實(shí)施基礎(chǔ)，有著非常重要的指導(dǎo)意義，但就現(xiàn)階段來說，其不能滿足油氣管道運(yùn)行的需求，基于這樣的原因，需要建立完善、科學(xué)的陰極保護(hù)制度，并要以此為根據(jù)，制定陰極保護(hù)準(zhǔn)則。第一，在理論計(jì)算上，應(yīng)充分利用先進(jìn)的、精準(zhǔn)的數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)管道沿線電位進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，以有效保護(hù)防腐層上存在的漏點(diǎn)，并要采取相應(yīng)措施修復(fù)防腐層損傷；第二，在陰極保護(hù)分析上，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)對(duì)下述內(nèi)容上的計(jì)算，一是單條管道電位分布，二是單條管道地電場(chǎng)分布，三是單條管道極化電位。是否可以對(duì)這些問題進(jìn)行充分分析，對(duì)陰極保護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有著非常重要的影響。
其次，對(duì)于輔助試片法管道陰極保護(hù)電位這一測(cè)量技術(shù)方面來說，其能夠通過周期性地把全部陰極保護(hù)電源的輸出電流中斷，從而可以對(duì)陰極保護(hù)斷電、通電的電位進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，其作用機(jī)制是通過實(shí)現(xiàn)油氣管道與測(cè)試樁的連接，利用管道、斷開試片相連的瞬間對(duì)斷電的電位進(jìn)行測(cè)量。在油氣管道陰極保護(hù)技術(shù)的未來發(fā)展過程中，也可以使用這種輔助試片法對(duì)陰極保護(hù)管道進(jìn)行測(cè)量，以對(duì)其保護(hù)效果進(jìn)行更好的評(píng)估。
結(jié)束語
綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，應(yīng)用于油氣管道防腐工作中的陰極保護(hù)技術(shù)也取得了非常多的研究成果，并在油氣管道防腐工作中發(fā)揮著重要的作用，加強(qiáng)對(duì)陰極保護(hù)技術(shù)的研究有著重要的意義。 焦作市富睿鑫有色金屬有限公司專業(yè)提供陰極保護(hù)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品、施工。
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