陰極保護的設(shè)計

10.3.1 設(shè)計文件

  在規(guī)劃陰極保護時，以下文件是必不可少的[20]:(1)總圖，示出管線的位置，以及閥門、加壓站、套管、河流穿越、絕緣接頭、膨脹節(jié)、橋梁上的管線等詳細情況，并說明輸送介質(zhì)和運行條件(溫度與壓力);

(2)管線的長度、直徑、壁厚和材質(zhì)，管子連接的類型，如果是埋地管道應(yīng)說明埋設(shè)年代:

(3)工廠預(yù)制防腐層、現(xiàn)場涂敷防腐層、管件與閥門覆蓋層的類型;

(4)鐵路線路的走向、變電站與負極饋電點的位置、占用土地情況、平行的軌道、和大于100kV的高壓輸電線路及交流電氣化鐵道交叉跨越情況。

假如擬議中的管道位于有鐵道線的地區(qū)，應(yīng)在交叉點以及與鐵軌走向在短距離上平行的地方，特別在變電站附近，進行軌道對地電位的測量，以確定雜散電流的干擾程度。根據(jù)土壤表面的電位差能夠得出直流電氣化鐵路線附近雜散電流影響程度的信息。建議同時測量和記錄現(xiàn)有管道的數(shù)據(jù)(見15.5節(jié))并在設(shè)計過程中加以考慮。

10.3.2 測試點

  要測量管地電位、管中電流、絕緣接頭和套管的電阻，測試點是必不可少的。電位測試點之間的最大間距為1~2km，并且每5個測試點應(yīng)設(shè)計一個管中電流測試點。在建筑物多的地區(qū)，測試點的間隔距離應(yīng)減小為約0.5km。在長距離有分支管線的管道上，建議在分支管道起始點上安裝管中電流測試點，這樣能夠控制此管道的電流耗用量。最好在安裝絕緣接頭前進行管中電流測試點的安裝，由此可以確定是否存在導(dǎo)致絕緣接頭破壞的內(nèi)部電解橋接。

一般來講，采用最小橫截面為 2mmX2.5mm的銅質(zhì)NYY-〇電纜，利用適宜的方法將電纜連接到管道上[5~7，連接處要仔細做上絕緣防腐層。通常電纜連接到地上測試盒

中，并用蓋板、紅磚覆蓋并或用電纜警示帶

為便于識別測試點的類型與功能，甚至在沒有明顯說明的情況下也能識別，建議按照工廠制造標準設(shè)計測試樁。地上測試盒通常安裝在帶有可鎖閉的活門的標志樁里。測量電纜連接到塑料板的端子上(見圖10-7)。

塑料端子板裝到鑄造的箱體里，箱體安置在混凝土柱子里，或者在建筑物較多的地區(qū)，把它們裝進電纜接線盒，再將接線盒裝在墻上。只有在特殊情況下，才需要把地下測試點安裝在建筑物較多的地區(qū)。在此情況下，這種防水的與地面平齊的測試站可以安置在街道的瀝青路面下，務(wù)必精心施工并保持測試站環(huán)境

  電流密度。根據(jù)5.2.1.2節(jié)，可以用式(5-11')粗略地估計出電流需要量。表5-1列出了不同防腐層材料的電阻值r。在規(guī)劃階段，將這些值增加1倍是明智的，因為在估計保護電流密度中有許多不確定因素。

10.3.3 電流需要量的確定

  在選擇一種保護方法時，重要的是要知道所需保護電流的大小，它取決于所必需的保護圖10-1給出了最大保護長度2L，圖10-2是所需的保護電流。如果管道有工廠精心預(yù)制的聚乙烯防腐層且在現(xiàn)場對管道周向焊縫做了極好的補口防腐層，那么保護電流密度介于1~3μA·m一之間。采用精心施工的瀝青(或煤焦油)防腐層的埋地管道，其保護電流密度介于10~30μA·m-2之間。在舊管道和近海管道上，保護電流密度可以高達幾個mA·m-2。舊的陸上管道的保護電流密度是按照3.4.3節(jié)饋電試驗確定的。

  假如可能，應(yīng)在已經(jīng)規(guī)劃要提供保護裝置的地區(qū)進行饋電試驗。進行饋電試驗時，可以采用連接到已經(jīng)安裝好的測試點上的管件或連接到與管道有低電阻連接的管件上?？梢詫⑴R時接地棒打入地下作為陽極。由于這樣測得的接地電阻與最終的陽極裝置的接地電阻是不同的，所以，饋電試驗的輸出電壓與最終的直流電源供電裝置的輸出電壓也是不同的。但是，在設(shè)計陽極裝置時，這并不重要。要間斷性地開通和關(guān)斷電流通電，同時測量管道上所有可能的測量點(如立管、閥桿、消防栓)的通電電位與斷電電位。由于極化時間很短，在有高泄流負荷的管道上，大多數(shù)測量點上為U>U.。根據(jù)經(jīng)驗，能夠假定在所有U<U。的測量點上，經(jīng)過幾星期充分的極化后，將會達到U。<U:。在所有測量點U<U。的管道上進行的饋電試驗?zāi)軌虻贸鲈摴艿莱Ｒ?guī)的電流需要量。為了能夠增加陽極裝置的保護電流輸出，并提供與陰極保護連接的額外管道，建議將擬議中的保護電流需要量增加1.5倍。如圖10-8所示為管地電位與饋電試驗中的管中電流以及它們運行1年后的數(shù)據(jù)變化情況。

10.3.4 保護方法的選擇

犧牲陽極的輸出電流取決于土壤電阻率，因為驅(qū)動電壓低，犧牲陽極只能用在電陽率較低的土壤中，適用于所需保護電流小的管道。強制電流裝置能夠用在土壤電阻率較高的

土壤中以及需要較大保護電流的地方，因為它們有可變的輸出電壓。

10.3.4.1 犧牲陽極

如果管道只有幾公里長且保護電流密度低于10pA:m-2，那么使用鎂陽極的陰極保護與強制電流一樣經(jīng)濟，例如，在舊管網(wǎng)中新建隔離的管道以及鋼質(zhì)配氣、供水管道或人戶管。在此情況下，可將幾支陽極在測試點成組地連接到管道上。離管道的距離大約為1~3m。測量斷電電位是很難的，因為必須同步通/斷幾組陽極。盡管凍土層起到絕緣層的作用，但在運行溫度較高的管道四周緊貼的土壤即使在霜凍條件下仍有很高的電解導(dǎo)電性。由于這樣的原因，不能使用外加電流裝置，可以將帶狀鋅陽極作為保護陽極連接到管道上[2]。在有雜散電流影響的地方，不能使用犧牲陽極，因為它們不能使雜散電流充分排除，并且有可能增加雜散電流的引入，使犧牲陽極處于不利的環(huán)境中。在有交流電影響的情況下，高交流電密度能導(dǎo)致鎂的電位逆轉(zhuǎn)，使管道變成陽極。量有也民工直:10.3.4.2治強制電流

。歐雕用量在需要較大保護電流的地方，以及長距離的管道，幾乎總是推薦采用強制電流陰極保護法，因為它能夠滿足由于管道支線增加輸出電壓而增加保護電流的要求。在強制電流陰極保護站選址時，要考慮以下各種因素:

(1)有低壓電源:警館中

(2)在附近有適合陽極地床的盡可能低的土壤電阻率;

(3)最大保護長度如圖10-1和式(10-5)所示;

(4)按照式(9-11)的要求，陽極地床與外部線路有足夠的間距使干擾降到最低

(5)方便進人保護裝置。

變壓整流器柜應(yīng)該安裝在管道擁有通行權(quán)的區(qū)域內(nèi)。9.1節(jié)內(nèi)容包括陽極裝置。有關(guān)變壓整流器柜的安置與電路詳見第8章介紹，陽極材料的類型和可能的選擇方案參見第7章。

應(yīng)將設(shè)計結(jié)果編制成一份報告，應(yīng)包括以下文件:

(1)總圖，說明擬議中的強制電流陰極保護站的站址、測試點的位置、絕緣接頭和套管所在位置;

(2)擬議中的陰極保護站的場址平面圖;

(3)陰極保護站與測試點的電路圖;

(4)保護范圍與保護電流密度的計算結(jié)果;

(5)陽極地床與變壓整流器的額定值。

最好將這些結(jié)果填寫到表10-3所示的數(shù)據(jù)匯總表中，便于規(guī)劃和文件管理。