一、陰極保護(hù)原理

陰極保護(hù)的原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)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而變成離子溶入溶液。有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的，即，犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。

1、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型（電流一般小于1安培）或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率小于100歐姆.米）的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲(chǔ)罐等。根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)資料的報(bào)道，對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽(yáng)極的使用壽命一般不會(huì)超過(guò)3年，最多5年。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽(yáng)極的電流輸出。本人認(rèn)為，產(chǎn)生該問(wèn)題的主要原因是陽(yáng)極成份達(dá)不到規(guī)范要求，其次是陽(yáng)極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計(jì)犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，除了嚴(yán)格控制陽(yáng)極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽(yáng)極床位置。

2、外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從土壤中流向被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如：長(zhǎng)輸埋地管道，大型罐群等。

二、陰極保護(hù)投入前的準(zhǔn)備和驗(yàn)收

(一) 陰極保護(hù)投入前對(duì)被保護(hù)管道的檢查

1、管道對(duì)地絕緣的檢查

從陰極保護(hù)的原理介紹，已得知沒(méi)有絕緣就沒(méi)有保護(hù)。為了確保陰極保護(hù)的正常運(yùn)行，在施加陰極保護(hù)電流前，必須確保管道的各項(xiàng)絕緣措施正確無(wú)誤。應(yīng)檢查管道的絕緣法蘭的絕緣性能是否正常；管道沿線布置的設(shè)施如閥門、抽水缸、閘井均應(yīng)與土壤有良好的絕緣；管道與固定墩、跨越塔架、穿越套管處也應(yīng)有正確有效的絕緣處理措施。管道在地下不應(yīng)與其它金屬構(gòu)筑物有“短接”等故障。

管道表面防腐層應(yīng)無(wú)漏敷點(diǎn)，所有施工時(shí)期引起的缺陷與損傷，均應(yīng)在施工驗(yàn)收時(shí)使用DCVG檢漏儀檢測(cè)，修補(bǔ)后回填。

2、管道導(dǎo)電性檢查

對(duì)被保護(hù)管道應(yīng)具有連續(xù)的導(dǎo)電性能。

3、舊管道對(duì)地絕緣狀態(tài)的檢查，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求處理。對(duì)是否修補(bǔ)防腐涂層，排除接地故障(如防靜電接地極等)，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較確定。對(duì)管道導(dǎo)電性的檢查，仍需按前述要求進(jìn)行。

(二) 對(duì)陰極保護(hù)施工質(zhì)量的驗(yàn)收

1、對(duì)陰極保護(hù)間內(nèi)所有電氣設(shè)備的安裝是否符合《電氣設(shè)備安裝規(guī)程》的要求，各種接地設(shè)施是否完成，并符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

2、對(duì)陰極保護(hù)的站外設(shè)置的選材、施工是否與設(shè)計(jì)一致。對(duì)通電點(diǎn)、測(cè)試樁、陽(yáng)極地床、陽(yáng)極引線的施工與連接應(yīng)嚴(yán)格符合規(guī)范要求。尤其是陽(yáng)極引線接正極，管道匯流點(diǎn)接負(fù)極，嚴(yán)禁電極接反。

3、圖紙、設(shè)計(jì)資料齊全完備。

三、陰極保護(hù)投入運(yùn)行

1、組織人員測(cè)定全線管道自然電位、土壤電阻率、各站陽(yáng)極地床接地電阻。同時(shí)對(duì)管道環(huán)境有一個(gè)比較詳盡的了解，這些資料均需分別記錄整理，存檔備用。

2、陰極保護(hù)站投入運(yùn)行

按照直流電源(整流器、恒電位儀、蓄電池等)操作程序給管道送電，使電位保持在-1.30伏左右，待管道陰極極化一段時(shí)間(四小時(shí)以上)開(kāi)始測(cè)試直流電源輸出電流、電壓、通電點(diǎn)電位、管道沿線保護(hù)電位、保護(hù)距離等。然后根據(jù)所測(cè)保護(hù)電位，調(diào)整通電點(diǎn)電位至規(guī)定值，繼續(xù)給管道送電使其完全極化(通常在24小時(shí)以上)。再重復(fù)第一次測(cè)試工作，并做好記錄。若個(gè)別管段保護(hù)電位過(guò)低，則需再適當(dāng)調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位至滿足全線陰極保護(hù)電位指標(biāo)為止。

3、保護(hù)電位的控制

各站通電點(diǎn)電位的控制數(shù)值，應(yīng)能保證相鄰兩站間的管段保護(hù)電位達(dá)到-0.85伏，同時(shí)，各站通電點(diǎn)最負(fù)電位不允許超過(guò)規(guī)定數(shù)值。調(diào)節(jié)通電點(diǎn)電位時(shí)，管道上相鄰陰極保護(hù)站間加強(qiáng)聯(lián)系，保證各站通電點(diǎn)電位均衡。

4、當(dāng)管道全線達(dá)到最小陰極保護(hù)電位指標(biāo)后，投運(yùn)操作完畢。各陰極保護(hù)站進(jìn)入正常連續(xù)工作階段。

四、陰極保護(hù)站的日常維護(hù)管理

1、陰極保護(hù)設(shè)施的日常維護(hù)

電氣設(shè)備定期技術(shù)檢查。電氣設(shè)備的檢查每周不得少于一次，有下列內(nèi)容：

1)檢查各電氣設(shè)備電路接觸的牢固性，安裝的正確性，個(gè)別元件是否有機(jī)械障礙。檢查接接陰極保護(hù)站的電源導(dǎo)線，以及接至陽(yáng)極地床、通電點(diǎn)的導(dǎo)線是否完好，接頭是否牢固。

2)檢查配電盤上熔斷器的保險(xiǎn)絲是否按規(guī)定接好，當(dāng)交流回路中的熔斷器保險(xiǎn)絲被燒毀時(shí)，應(yīng)查明原因及時(shí)恢復(fù)供電。

3)觀察電氣儀表，在專用的表格上記錄輸出電壓、電流、通電點(diǎn)電位數(shù)值，與前次記錄(或值班記錄)對(duì)照是否有變化，若不相同，應(yīng)查找原因，采取相應(yīng)措施，使管道全線達(dá)到陰極保護(hù)。

4)應(yīng)定期檢查工作接地和避雷器接地，并保證其接地電阻不大于10歐姆，在雷雨季節(jié)要注意防雷。

5)搞好站內(nèi)設(shè)備的清潔衛(wèi)生，注意保持室內(nèi)干燥，通電良好，防止儀器過(guò)熱。

2、恒電位儀的維護(hù)

1)陰極保護(hù)恒電位儀一般都配置兩臺(tái)，互為備用，因此應(yīng)按管理要求定時(shí)切換使用。改用備用的儀器時(shí)，應(yīng)即時(shí)進(jìn)行一次觀測(cè)和維修。儀器維修過(guò)程中不得帶電插、拔各插接件、印刷電路板等。

2)觀察全部零件是否正常，元件有無(wú)腐蝕，脫焊、虛焊、損壞、各連接點(diǎn)是否可靠，電路有無(wú)故障，各緊固件是否松動(dòng)，熔斷器是否完好，如有熔斷，需查清原因再更換。

3)清潔內(nèi)部，除去外來(lái)物。

4)發(fā)現(xiàn)儀器故障應(yīng)及時(shí)檢修，并投入備用儀器，保證供電。每年要計(jì)算開(kāi)機(jī)率。

3、硫酸銅電極的維護(hù)

1)使用定型產(chǎn)品或自制硫酸銅電極，其底部均要求做到滲而不漏，忌污染。使用后應(yīng)保持清潔，防止溶液大量漏失。

2)作為恒定電位儀信號(hào)源的埋地硫酸銅參比電極，在使用過(guò)程中需每周查看一次，及時(shí)添加飽和硫酸銅溶液。嚴(yán)防凍結(jié)和干涸，影響儀器正常工作。

3)電極中的紫銅棒使用一段時(shí)間后，表面會(huì)粘附一層蘭色污物，應(yīng)定期擦洗干凈，露出銅的本色。配制飽和硫酸銅溶液必須使用純凈的硫酸銅和蒸餾水。

4、陽(yáng)極地床的維護(hù)

1)陽(yáng)極架空線：每月檢查一次線路是否完好，如電桿有無(wú)傾斜，瓷瓶、導(dǎo)線是否松動(dòng)，陽(yáng)極導(dǎo)線與地床的連接是否牢固，地床埋設(shè)標(biāo)志是否完好等。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改。

2)陽(yáng)極地床接地電阻每半年測(cè)試一次，接地電阻增大至影響恒電位儀不能提供管道所需保護(hù)電流時(shí)，應(yīng)該更換陽(yáng)極地床或進(jìn)行維修，以減小接地電阻。

5、測(cè)試樁的維護(hù)

1)檢查接線柱與大地絕緣情況，電阻值應(yīng)大于100千歐，用萬(wàn)用表測(cè)量，若小于此值應(yīng)檢查接線柱與外套鋼管有無(wú)接地，若有，則需更換或維修。

2)測(cè)試樁應(yīng)每年定期刷漆和編號(hào)。

3)防止測(cè)試樁的破壞丟失，對(duì)沿線城鄉(xiāng)居民及兒童作好愛(ài)護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的宣傳教育工作。

6、絕緣法蘭的維護(hù)

1)定期檢測(cè)絕緣法蘭兩側(cè)管地電位，若與原始記錄有差異時(shí)，應(yīng)對(duì)其性能好壞作鑒別。如有漏電情況應(yīng)采取相應(yīng)措施。

2)對(duì)有附屬設(shè)備的絕緣法蘭(如限流電阻、過(guò)壓保護(hù)二極管、防雨護(hù)罩等)均應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)管理工作，保證完好。

3)保持絕緣法蘭清潔、干燥，定期刷漆。

7、陰極保護(hù)管理

1)每條陰極保護(hù)管道，都應(yīng)制符合本管道實(shí)際情況的《陰極保護(hù)運(yùn)行管理規(guī)定》，使陰極保護(hù)的日常測(cè)試、控制、調(diào)整、維修等方面的工作均按此進(jìn)行。

2)加強(qiáng)陰極保護(hù)的組織、領(lǐng)導(dǎo)。保持室內(nèi)設(shè)備整潔，達(dá)到無(wú)故障、無(wú)缺陷、無(wú)銹蝕、無(wú)外來(lái)物。實(shí)現(xiàn)三圖上墻，即線路走向圖、保護(hù)電位曲線圖、崗位責(zé)任制。

3)陰極保護(hù)站投產(chǎn)后，電氣設(shè)備接線不得擅自改動(dòng)，需要改變的應(yīng)由主管部門作出方案，經(jīng)批準(zhǔn)后方能執(zhí)行。

4)每日檢查測(cè)量通電點(diǎn)電位，填寫好運(yùn)行日志，向生產(chǎn)調(diào)度部門匯報(bào)陰極保護(hù)站運(yùn)行情況。

5)陰極保護(hù)站向管道輸送電不得中斷。停運(yùn)一天以上須報(bào)主管部門備案。利用管道停電方法調(diào)整儀器，一次不得超過(guò)2小時(shí)，全年不超過(guò)30小時(shí)。保證全年98％以上時(shí)間給管道送電。

6)保持通電點(diǎn)電位在規(guī)定值，沿管道測(cè)定陰極保護(hù)電位，此種測(cè)量在陰極保護(hù)站運(yùn)行初期每周一次，以后每?jī)芍芑蛞辉聹y(cè)量一次。并將保護(hù)電位測(cè)量記錄造表、繪圖上報(bào)主管部門。

7)每年在規(guī)定時(shí)間內(nèi)測(cè)量管道沿線自然電位和土壤電阻率各一次。

8)檢查和消除管道接地故障，使全線達(dá)到完全的陰極保護(hù)。

五、陰極保護(hù)系統(tǒng)常見(jiàn)故障的分析

1、保護(hù)管道絕緣不良，漏電故障的危害

在陰極保護(hù)站投入運(yùn)行，或犧牲陽(yáng)極保護(hù)投產(chǎn)一段時(shí)間后，出現(xiàn)了在規(guī)定的通電點(diǎn)電位下，輸出電流增大，管道保護(hù)距離卻縮短的現(xiàn)象，或者在犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)中，犧牲陽(yáng)極組的輸出電流量增大，其值已超過(guò)管道的保護(hù)電流需要，但保護(hù)電位仍達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)的現(xiàn)象。發(fā)生上述情況的原因，主要是被保護(hù)金屬管道與未被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物“短路”，這種現(xiàn)象稱之為陰極保護(hù)管道漏電，或者叫做“接地故障”。接地故障，使得被保護(hù)管道的陰極保護(hù)電流流入非保護(hù)金屬體，在兩管道的“短接”處形成“漏電點(diǎn)”，這就會(huì)造成陰極保護(hù)電流的增大；陰極保護(hù)電源的過(guò)負(fù)荷和陰極保護(hù)引起的干擾。

另外，陽(yáng)極地床斷路、陰極開(kāi)路、零位接陰斷路都會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)不能投保。例如：格爾木站、甘森站，93年由于陽(yáng)極電纜斷路，造成陰極保護(hù)體系不能正常工作，判斷陽(yáng)極地床連接電纜斷路時(shí)，可采用：

(1)測(cè)輸出電流，將恒電位儀開(kāi)啟，在恒電位儀陽(yáng)極輸出端串上一電流表，如果電流為零，則說(shuō)明有斷路現(xiàn)象。

(2)將恒電位儀機(jī)后陽(yáng)極輸出線斷開(kāi)，接入臨時(shí)地床或其它接地裝置，若有輸出電壓、電流，則可斷定陽(yáng)極地床連接線斷路。在陽(yáng)極電纜與地床陽(yáng)極接線處應(yīng)設(shè)置接線用水泥井或標(biāo)志。

2、造成管道漏電的原因

(1)施工不當(dāng)，交叉管道間距不合規(guī)范，即當(dāng)兩條管道，一條為陰極保護(hù)的管道，另一條為未保護(hù)的管道交叉時(shí)，施工要求應(yīng)保持管道間的垂直凈距不小于0.3m，并在交叉點(diǎn)前后一定長(zhǎng)度內(nèi)將管道作特別絕緣，如果施工時(shí)不嚴(yán)格按照上述規(guī)定去做，那么在管道埋設(shè)一段時(shí)間后，在土壤應(yīng)力的作用下，管道相互可能搭接在一起，會(huì)造成絕緣層破損，金屬與金屬的相連，形成漏電點(diǎn)。

(2)絕緣法蘭失效或漏電，絕緣法蘭質(zhì)量欠佳，在使用一段時(shí)間后絕緣零件受損或變質(zhì)，使法蘭不再絕緣，從而使得兩法蘭盤側(cè)不再具有絕緣性能，陰極保護(hù)電流也就不再有限制；或者是輸送介質(zhì)中有一些電解質(zhì)雜質(zhì)使絕緣法蘭導(dǎo)通，不再具有絕緣性能。從上述原因看，漏電點(diǎn)只可能發(fā)生在保護(hù)管道與非保護(hù)管道的交叉點(diǎn)，或保護(hù)管道的絕緣法蘭處，因此查找漏電點(diǎn)就帶有上述局限性。但如果地下管網(wǎng)復(fù)雜，被保護(hù)管道與多條和線有交叉穿越，則使得漏電點(diǎn)的查找出現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)象。常常要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，反復(fù)測(cè)量、多方位檢查并綜合判斷才能找到真正的漏電故障點(diǎn)。

3、漏電點(diǎn)的查找

(1)利用查找管道絕緣層破損點(diǎn)，從而確定管道的漏電點(diǎn)或短接點(diǎn)的方法。此方法首先將脈沖信號(hào)送到被測(cè)管道上，如果管道防腐絕緣層良好，流入管道的電流很弱，儀表沒(méi)有顯示。如果管道防腐層有破損，電流將從土壤中通過(guò)破損處漏入管道，電流的流動(dòng)會(huì)在周圍土壤中將產(chǎn)生明顯的電位梯度。當(dāng)探測(cè)人員手持兩個(gè)參比電極在管道正上方探測(cè)行走時(shí)，伏特計(jì)將明顯的抖動(dòng)，當(dāng)伏特計(jì)指針停止抖動(dòng)時(shí)，兩個(gè)參比電極的中間既為防腐層漏點(diǎn)位置，該方法簡(jiǎn)便宜行，定位準(zhǔn)確，是目前國(guó)際上公認(rèn)的檢漏方法(DCVG)。

(2)可利用測(cè)定管內(nèi)電流大小的方法尋找漏電點(diǎn)。因?yàn)闊o(wú)分支的陰極保護(hù)管道，管內(nèi)電流是從遠(yuǎn)端流向通電點(diǎn)。當(dāng)非保護(hù)管道接入后就會(huì)形成分支電路，使保護(hù)電流經(jīng)過(guò)漏電點(diǎn)會(huì)變小。因此，可利此法來(lái)尋找漏電點(diǎn)的位置。利用此法測(cè)定時(shí)，在有懷疑的管段上可依次選點(diǎn)，用IR壓降法或者補(bǔ)償法(詳見(jiàn)有關(guān)說(shuō)明)測(cè)定管內(nèi)電流。再通過(guò)比較各點(diǎn)電流的大小來(lái)確定漏電點(diǎn)的電位。

(3)絕緣法蘭漏電的測(cè)定。當(dāng)絕緣法蘭漏電而導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)故障時(shí)，則可通過(guò)在絕緣法蘭兩側(cè)管段上，分別測(cè)量管地電位，若保護(hù)側(cè)為保護(hù)電位，非保護(hù)側(cè)為自然電位，則絕緣法蘭正常。否則，有問(wèn)題存在。也可在非保護(hù)側(cè)測(cè)法蘭端部的對(duì)地電位，如此電位比非保護(hù)管道或其它金屬構(gòu)筑物的電位要負(fù)，則此絕緣法蘭漏電。

測(cè)定流過(guò)絕緣法蘭的電流，也可用來(lái)判定絕緣法蘭的性能。若絕緣法蘭非保護(hù)端一側(cè)，能測(cè)出電流，則法蘭漏電；若測(cè)不出電流，絕緣法蘭不漏電。

(4)近間距電位測(cè)量法CIPS。在測(cè)試樁上測(cè)量保護(hù)電位只能反映管道的整體保護(hù)水平，不能說(shuō)明管道各點(diǎn)都得到了保護(hù)。采用近間距測(cè)量方式，是沿管道每隔1—2米測(cè)量一次管地電位，可以準(zhǔn)確的檢測(cè)出沒(méi)有得到保護(hù)的管段。

4、陽(yáng)極接地故障

陰極保護(hù)另一常見(jiàn)故障是由陽(yáng)極接地引起的。陽(yáng)極接地電阻與陽(yáng)極地床的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量密切相關(guān)。“凍土”會(huì)使陽(yáng)極地床電阻增加幾倍至十幾倍，“氣阻”也會(huì)使陽(yáng)極地床電阻增加。當(dāng)陽(yáng)極使用一段時(shí)間后，也會(huì)由于腐蝕嚴(yán)重，表面溶解不均勻造成電流障礙。因此，在陰極保護(hù)的儀器上會(huì)出現(xiàn)電位升高，而保護(hù)電流下降的現(xiàn)象。此時(shí)，應(yīng)通過(guò)測(cè)量，更換或檢修陽(yáng)極地床，來(lái)使陰極保護(hù)正常運(yùn)行。另一薄弱環(huán)節(jié)，是陽(yáng)極電纜線與陽(yáng)極接頭處的密封與絕緣，若施工不妥則會(huì)造成接頭處的腐蝕與斷路。使陰極保護(hù)電流斷路而無(wú)法輸入給管道。