外加电流型阴极保护系统原理结构与调试

华东电力 1996年第7期

崔志坚 安徽电建二公司(232089)

摘 要 介绍了平圩电厂外加电流型阴极保护系统的工作原理、装置构造、调试情况及应注意的问题,着重介绍了保护电极电位的标准及其测量方法。最后提出了系统运行中定期测试和检查的内容与要求。

关键词 外加电流型阴极保护 保护电位 极化电位

收稿日期 1996—03—29

工作于土壤或水中的任何金属结构物或设备,如土壤中水的电阻率在10000Ω·cm以下,就属于腐蚀性区域。对其中的金属结构物就有电化腐蚀作用,其腐蚀程度将随电阻率的降低而增强。因此对腐蚀性地区金属结构物实施阴极保护有较大的经济价值。安徽平圩电厂厂区土壤电阻率为:ρ平均 2100Ω·cm,ρ

流型阴极保护。

1 外加电流型阴极保护原理

根据电化腐蚀氧化--还原反应原理,人为将须保护的钢铁结构物作为阴极,另用不溶性的物质作阳极(通常是石墨),两者同处于相同的电解质中,在两极之间外加与原电池极性相反的直流电源。这样在通电后,大量的电子被强制从电解质中流向被保护的钢铁结构物,使钢铁表面产生负电荷(电子)的积累,这样就抑制了钢铁发生失去电子的作用,从而防止了钢铁的腐蚀,采用这种方式的保护就是外加电流型阴极保护,保护原理如图1所示。

2 阴极保护的实际构成

平圩电厂厂区共有23口阴极保护阳极井,每口保护井由就地整流电源屏和阳极井组成。整流屏中有三相10kVA多抽头变压器一台,硒全波整流件一套。在电源正端接有多只熔丝和直流分流器,并分别连接对应编号的阳极电缆。在屏的上部有指示仪表和转换开关等。

阳极井如图2所示,井深45m,井壁由Φ273的钢管构成。随保护范围不同,分别装有(7～15个)不同数目的石墨阳极。各阳极分别均匀固定于井中的一根硬塑料管上。在硬塑料管的不同部位还设有支撑,以防阳极碰撞。每个阳极都用阴极保护专用电缆分别连接于对应的直流分流器上。在各阳极与井壁之间填入焦碳粉末,以降低回路电阻,提高电流的均匀性,延长阳极寿命。

3 阴极保护系统的调试

3.1 测试标准

测量直埋于土壤中钢铁等金属结构物的保护电位,是一种普遍使用的判断阴极保护优劣厂区表面 1600Ω·cm,属腐蚀性,故在厂区设有深井阳极外加电

的有效方法。这里提供的三个保护电位标准,均指使用标准Cu/CuSO4饱和溶液参比电极的测试电位。

1)在阴极保护投用后,被保护的钢铁结构物相对于标准Cu/CuSO4参比电极的直流电位值为-0.85V或更负些,但不得负于-2.0V。否则,将对涂敷层造成破坏作用。

2)在阴极保护接通和断开的两种情况下,接通时的结构物直流电位比断开时低300mV。

3)极化电位=|断开电位|-|自然电位|≥100mV。

在阴极保护投入前或断电后24h,可测得钢铁结构物对标准Cu/CuSO4参比电极的电位,这就是该地区的自然电位。在运行过程中,如地下结构物没有较大的改变,一般每五年测取一次自然电位即可。

3.2 保护电位测量方法

测量保护电位一般使用内阻大于或等于1MΩ的数字式直流电压表。在被保护区域的金属结构物上广泛选定电位测量点。测试时,通常将电压表的负极直接接至被测结构物,当结构物有接头时,应接在靠近阴极侧,这点必须注意。电压表的正极接Cu/CuSO4参比电极,参比电极尽可能靠近被测点结构物土壤放置,且与土壤接触良好。如结构物为涂敷良好的钢管线,参比电极可放在直接与土壤接触的被测试结构物上。

3.3 单井调试程序及应注意的问题

阴极保护在投入使用之前,应对每口井单独调试。在以每口井为圆心,以R(设计提供)为半径的保护圆内,应广泛选定电位测试位置。对保护区内的接地网、各种管道等重要设备应重点测试。若地下管道埋入较深,则应预先选点,并引出地面,作为电位测试位置。下面以一口井为例介绍调试情况。

1)一般性检查

在通电前,应先检查电源的正负输出端,确保其有短路现象。随后将输出电压调至最低一档,接通电源,这时通过电压表测量,确保各阳极接在电源正极上,被保护的金属结构物接在电源负极上。否则,不但起不到保护作用,反而加剧金属的腐蚀,这一点千万不可马虎。

2)测量各阳极电流

每个阳极均有对应的直流分流器,测量电流时,应以测量毫伏数为准。各阳极电流应相差较小,以提高各阳极的利用率和保护效果。阳极寿命一般公式:

年寿命=阳极重量×效率×利用系数/(消耗率×释放电流)

从公式可看出,年寿命与释放电流成反比。因此,电流大的阳极将先耗完,这样将影响保护电流分布的均匀性,降低保护性能,甚至导致提前更换阳极。

3)保护电位的测量

在每口井的保护区内,选定一定数量的电位测试点。通过调整整流屏输出电压来调节保护电流。按上述保护电位测量方法,使保护区内金属结构物对Cu/CuSO4参比电极的电位应满足-0.85V或更负些,但不小于-2.0V,否则将对金属结构物的保护涂层造成破坏。如能满足保护接通时结构物电位比保护关闭时低,也说明有保护作用,能低300mV为最佳。在较理想情况下,电位均匀变化,离井越远,保护越弱(单井工作时),避免出现过保护现象。

4)电源输入参数测量

在通过上述调整与保护电位的反复测试,选定合适的、满足保护要求的输出电压档,测量整流屏三相变压器的输入电压、电流,以便了解其平衡情况和电源工作效率。

5)结构物的连续性测量

结构物的连续性是指被保护的金属结构物,特别是金属管道,往往由于连结处的密封垫而导致结构物金属连续性不好或出现的高电阻现象。如结构物存在这种不连续性,在阴极保护投运后,与阴极连结不好的结构物,不但未受到保护,反而遭受更严重的腐蚀。因此,象循环水管、油管、凝结水管、服务水管等重要管路,都必须进行连续性测量。测量方法是:第一步,沿着被测管线测试保护电位,选取靠近管道最近的保护井,使之"开"和"关",测定接通和断开两个电位值,若UON大于UOFF,则说明有不连续存在;第二步,将阴极保护投入,将电压表负表笔固定于受保护的管线,加长Cu/CuSO4参比电极引线,并使之沿管线逐渐远离参比电极,这时测得的电位应均匀变化,若某点保护电位突然变化,则说明该处存在不连续点。

3.4 整体调试

每口井调度完毕后,须将所有的保护井都投入工作。这时还应对单井调试时所选的关键测试位置,再次进行保护电位测试,以便分析整体保护情况。对保护电位不够理想的,应选用就近的整流屏,再次调整保护电流,以满足保护电位的需要。在阴极保护投运24h后,对上述各点还要重复测试保护电位。通过上述反复调整与测试,使整个保护处于最佳运行状态。

阴极保护调试是一项时间长而繁杂的工作。由于被保护结构物各不相同,对电解质电位趋于稳定所需的时间差异也很大,因此自阴极保护投入使用起,应在所有的保护电位测试位置上进行经常性测量,并不断调整保护电流,以满足保护电位的需要。一般起始为每周一次,随着电位逐渐趋于稳定以后,可每月测试一次。正常运行后,在地下结构物没有较大变动的情况下,一般以六个月为周期,进行周期测量。周期测量时,还应仔细检查阴极保护系统地面上全部部件和连结处是否损坏或不良,以便即时发现问题,预防阴极保护系统的破坏,使整个阴极保护系统达到经济运行的目的