局部阴极保护

12.1适用范围

常用阴极保护的基本原则(见10.2节)是将受保护的构筑物与所有低接地电阻的装置实现电分离。但是，这在工业装置上是个很大的技术难题，因为管子非常多，管径相当大。要将它们实现电分离不仅费用昂贵，而且在正常使用中，它们可能与外部装置电接或绝缘接头发生跨接，容易产生很多问题。在管道系统改造或扩建过程中，这个问题尤为突出。在有爆炸危险的装置和输送电解液(如冷却水、加热水、废水、盐水)的管道上实施阴极保护也存在技术难题。如果用大口径管道输送低电阻率的电解质，那么在绝缘接头未受保护一侧，就会有被阴极保护电流引发内腐蚀的危险(见10.3.5节和24.4.6节)总之，这类管道阴极保护的监管与维护是非常昂贵的。

在工业装置上管道的腐蚀危险一般比长输管道中的腐蚀危险大，因为在大多数情况下，管道会与钢筋混凝土基础形成腐蚀电池(见4.3节)。在不同种类的工业装置区域内能够利用区域阴极保护来克服这种腐蚀危险，所用方法类似于局部阴极保护的方法[11受保护的区域是没有限制的，也就是说管道与接续的和分支的管道之间是没有电绝缘的。通常需要非常高的保护电流，因为整个装置的接地电阻非常低。由于节省了绝缘接头、增加了运行的安全性，所以弥补了阳极地床建设费用较高的不足。典型的适用场所有电站、炼油厂和罐区的管道、接地装置、电缆、储罐等。它也适用于泵站与压缩机站、计量控制站中的管道以及无法与混凝土实现电绝缘的管道[2,3]。

12.2局部阴极保护的特点

  由于土壤条件的差异以及与混凝土中钢筋阴极形成腐蚀电池，加剧了工业装置中埋地设施的腐蚀危险。这些外部阴极的静电位介于Ucucuso,=-0.2~-0.5V 之间[4~6]。影响电池形成的因素有水泥的类型、混凝土的水灰比、混凝土的充气状态等[6]。图12-1形象地说明了在与钢筋混凝土结构接触部位的电池活动和管地电位的变化情况。电池电流密度取决于很大的阴极面积[见图2-6和式(2-44)]。在工业装置上，混凝土中钢的表面积通常大于 10的四次方每立方米。

局部阴极保护的目的不仅是要补偿外部阴极构筑物的电池电流，而且要使被保护的构筑物充分阴极极化，从而满足式(2-39)的保护准则要求。因为被保护的构物与外部阴极构筑物之间的接触电阻非常低，并且外部阴极构筑物的接地电阻非常低，所以不成比例的大部分保护电流要流到外部阴极上。设置强制电流辅助阳极地床的目的就是要增加被保护的构筑物的保护电流分量。除了受保护的构筑物与外部阴极构筑物的几何尺寸外，土壤的电阻率对其有很大影响。与常规阴极保护不同的是，受保护的构物基本上是在强制电流辅助阳极的电压锥范围内。为此，考虑到各个组成部分(受保护的构筑物与外部阴极构筑物)不同的保护电流需要量，所以不能把土壤当作一个等电位空间来看待。在局部阴极保护中管地电位的变化只与附近的参比电极有关系，而与远方大地电位少有联系。这就带来大量的测量问题，因为用于解释的断电电位是无法直接测量的。必须考虑表3-3中第6项实用准则并用测量探头进行监测(见表3-3中的第7项)。

  当混凝土中的钢筋被高度极化时，恐怕会达到如图2-2所示的腐蚀区[7]。然而，测试结果表明混凝土中的钢筋没有腐蚀危险，析出的氢会通过混凝土的空隙排出(见 5.3.2节)。为了使所有管子受到全面的阴极保护，外部阴极构筑物(基础、地面)必须极化达到保护电位，即在外部阴极构筑物附近的U。必须肯定比U更负(见表 3-3中的第6项)。为了将加强钢筋极化到保护电位，5~10mA·m-2的平均保护电流密度是必要的，随着时间的推移，它会降到3mA·m-2。用加强钢筋系数为1来评价保护电流需要量时，必须使用暴露于土壤的总的混凝土面积。与此相比，受保护的构筑物的保护电流需要量小得可以忽略不计。在工业装置中保护电流需要量一般都超过100A。

深井阳极通常用于高保护电流的馈人(见9.1节)。在9.1节中介绍的电阻与电位分布意见都是用于均质土壤中的阳极。使用回填土或在构筑物附近的土壤中预期会有很大的偏差[2]。采用局部阴极(“热点”)保护时一般都是这种情况。

在受保护的构筑物上没有达到足够负的管地电位的地方，必须在这些点上加装单支阳极。由于通常只需要关注电压锥，所以，安装地点与土壤电阻率无关。没有必要使用焦炭回填料，安装地点是根据当地环境条件决定的。可以将单支水平阳极安装在与管子轴线平

行的深度。应按照9.1节选择电压、长度、阳极与受保护构筑物的距离，以此符合表 3-3中的第6项或第7项准则。

采用局部阴极保护时，无法直接用断电电位测量值来检查保护效果，因为在土壤中是受保护的构筑物与外部阴极构筑物混合类型的装置，所以有大量电偶电流与均衡补偿电流在流动。在3.3节中对式(3-28)的注解就与此有关，在此无IR电位降必须比受保护的构筑物的断电电位负得多。假如发现U。比U。更正，这就无法确认并且可以得出极化不足的结论，因为在每一种情况下，取决于均衡电流强度的无IR降电位必须更负。为此U。值只能用于进行比较，而不能用于直接估算。以下所列测量值就是要按照该方法使用的(见图 12-2~图 12-7)。

  因此，为了控制局部阴极保护，要借助参比电极测量U。值，并且一般要将参比电极安装得尽可能靠近受保护的构筑物。实测值应比Ucu-cuso,--1.2V负得多。但是，也可能采用 U。=-0.85V时的值，以避免与混凝土中的钢筋形成有害的腐蚀电池[2]。在受保护构筑物处于穿墙部位或在钢筋混凝土基础附近时，产生最小的负电位。因此建议电位测试点要安装在这些位置以及外部测量探头上。

  为了使电流有效分布，应在管子穿墙部位采用钢筋混凝土墙，并且在其周围至少1m范围内直到土壤表面涂抹一层至少2mm厚的电绝缘塑料或沥青。并且建议假如管道铺在土壤中与钢筋混凝土基础平行，那么最近的间隔距离应小于管径的2倍或小于0.5m[2]。