外加電流型陰極保護(hù)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)與調(diào)試

華東電力 1996年第7期

崔志堅(jiān) 安徽電建二公司(232089)

摘 要 介紹了平圩電廠外加電流型陰極保護(hù)系統(tǒng)的工作原理、裝置構(gòu)造、調(diào)試情況及應(yīng)注意的問(wèn)題,著重介紹了保護(hù)電極電位的標(biāo)準(zhǔn)及其測(cè)量方法。最后提出了系統(tǒng)運(yùn)行中定期測(cè)試和檢查的內(nèi)容與要求。

關(guān)鍵詞 外加電流型陰極保護(hù) 保護(hù)電位 極化電位

收稿日期 1996—03—29

工作于土壤或水中的任何金屬結(jié)構(gòu)物或設(shè)備,如土壤中水的電阻率在10000Ω·cm以下,就屬于腐蝕性區(qū)域。對(duì)其中的金屬結(jié)構(gòu)物就有電化腐蝕作用,其腐蝕程度將隨電阻率的降低而增強(qiáng)。因此對(duì)腐蝕性地區(qū)金屬結(jié)構(gòu)物實(shí)施陰極保護(hù)有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。安徽平圩電廠廠區(qū)土壤電阻率為:ρ平均 2100Ω·cm,ρ

流型陰極保護(hù)。

1 外加電流型陰極保護(hù)原理

根據(jù)電化腐蝕氧化--還原反應(yīng)原理,人為將須保護(hù)的鋼鐵結(jié)構(gòu)物作為陰極,另用不溶性的物質(zhì)作陽(yáng)極(通常是石墨),兩者同處于相同的電解質(zhì)中,在兩極之間外加與原電池極性相反的直流電源。這樣在通電后,大量的電子被強(qiáng)制從電解質(zhì)中流向被保護(hù)的鋼鐵結(jié)構(gòu)物,使鋼鐵表面產(chǎn)生負(fù)電荷(電子)的積累,這樣就抑制了鋼鐵發(fā)生失去電子的作用,從而防止了鋼鐵的腐蝕,采用這種方式的保護(hù)就是外加電流型陰極保護(hù),保護(hù)原理如圖1所示。

2 陰極保護(hù)的實(shí)際構(gòu)成

平圩電廠廠區(qū)共有23口陰極保護(hù)陽(yáng)極井,每口保護(hù)井由就地整流電源屏和陽(yáng)極井組成。整流屏中有三相10kVA多抽頭變壓器一臺(tái),硒全波整流件一套。在電源正端接有多只熔絲和直流分流器,并分別連接對(duì)應(yīng)編號(hào)的陽(yáng)極電纜。在屏的上部有指示儀表和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。

陽(yáng)極井如圖2所示,井深45m,井壁由Φ273的鋼管構(gòu)成。隨保護(hù)范圍不同,分別裝有(7～15個(gè))不同數(shù)目的石墨陽(yáng)極。各陽(yáng)極分別均勻固定于井中的一根硬塑料管上。在硬塑料管的不同部位還設(shè)有支撐,以防陽(yáng)極碰撞。每個(gè)陽(yáng)極都用陰極保護(hù)專(zhuān)用電纜分別連接于對(duì)應(yīng)的直流分流器上。在各陽(yáng)極與井壁之間填入焦碳粉末,以降低回路電阻,提高電流的均勻性,延長(zhǎng)陽(yáng)極壽命。

3 陰極保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試

3.1 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)量直埋于土壤中鋼鐵等金屬結(jié)構(gòu)物的保護(hù)電位,是一種普遍使用的判斷陰極保護(hù)優(yōu)劣廠區(qū)表面 1600Ω·cm,屬腐蝕性,故在廠區(qū)設(shè)有深井陽(yáng)極外加電

的有效方法。這里提供的三個(gè)保護(hù)電位標(biāo)準(zhǔn),均指使用標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4飽和溶液參比電極的測(cè)試電位。

1)在陰極保護(hù)投用后,被保護(hù)的鋼鐵結(jié)構(gòu)物相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4參比電極的直流電位值為-0.85V或更負(fù)些,但不得負(fù)于-2.0V。否則,將對(duì)涂敷層造成破壞作用。

2)在陰極保護(hù)接通和斷開(kāi)的兩種情況下,接通時(shí)的結(jié)構(gòu)物直流電位比斷開(kāi)時(shí)低300mV。

3)極化電位=|斷開(kāi)電位|-|自然電位|≥100mV。

在陰極保護(hù)投入前或斷電后24h,可測(cè)得鋼鐵結(jié)構(gòu)物對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4參比電極的電位,這就是該地區(qū)的自然電位。在運(yùn)行過(guò)程中,如地下結(jié)構(gòu)物沒(méi)有較大的改變,一般每五年測(cè)取一次自然電位即可。

3.2 保護(hù)電位測(cè)量方法

測(cè)量保護(hù)電位一般使用內(nèi)阻大于或等于1MΩ的數(shù)字式直流電壓表。在被保護(hù)區(qū)域的金屬結(jié)構(gòu)物上廣泛選定電位測(cè)量點(diǎn)。測(cè)試時(shí),通常將電壓表的負(fù)極直接接至被測(cè)結(jié)構(gòu)物,當(dāng)結(jié)構(gòu)物有接頭時(shí),應(yīng)接在靠近陰極側(cè),這點(diǎn)必須注意。電壓表的正極接Cu/CuSO4參比電極,參比電極盡可能靠近被測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)物土壤放置,且與土壤接觸良好。如結(jié)構(gòu)物為涂敷良好的鋼管線,參比電極可放在直接與土壤接觸的被測(cè)試結(jié)構(gòu)物上。

3.3 單井調(diào)試程序及應(yīng)注意的問(wèn)題

陰極保護(hù)在投入使用之前,應(yīng)對(duì)每口井單獨(dú)調(diào)試。在以每口井為圓心,以R(設(shè)計(jì)提供)為半徑的保護(hù)圓內(nèi),應(yīng)廣泛選定電位測(cè)試位置。對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的接地網(wǎng)、各種管道等重要設(shè)備應(yīng)重點(diǎn)測(cè)試。若地下管道埋入較深,則應(yīng)預(yù)先選點(diǎn),并引出地面,作為電位測(cè)試位置。下面以一口井為例介紹調(diào)試情況。

1)一般性檢查

在通電前,應(yīng)先檢查電源的正負(fù)輸出端,確保其有短路現(xiàn)象。隨后將輸出電壓調(diào)至最低一檔,接通電源,這時(shí)通過(guò)電壓表測(cè)量,確保各陽(yáng)極接在電源正極上,被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物接在電源負(fù)極上。否則,不但起不到保護(hù)作用,反而加劇金屬的腐蝕,這一點(diǎn)千萬(wàn)不可馬虎。

2)測(cè)量各陽(yáng)極電流

每個(gè)陽(yáng)極均有對(duì)應(yīng)的直流分流器,測(cè)量電流時(shí),應(yīng)以測(cè)量毫伏數(shù)為準(zhǔn)。各陽(yáng)極電流應(yīng)相差較小,以提高各陽(yáng)極的利用率和保護(hù)效果。陽(yáng)極壽命一般公式:

年壽命=陽(yáng)極重量×效率×利用系數(shù)/(消耗率×釋放電流)

從公式可看出,年壽命與釋放電流成反比。因此,電流大的陽(yáng)極將先耗完,這樣將影響保護(hù)電流分布的均勻性,降低保護(hù)性能,甚至導(dǎo)致提前更換陽(yáng)極。

3)保護(hù)電位的測(cè)量

在每口井的保護(hù)區(qū)內(nèi),選定一定數(shù)量的電位測(cè)試點(diǎn)。通過(guò)調(diào)整整流屏輸出電壓來(lái)調(diào)節(jié)保護(hù)電流。按上述保護(hù)電位測(cè)量方法,使保護(hù)區(qū)內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)物對(duì)Cu/CuSO4參比電極的電位應(yīng)滿足-0.85V或更負(fù)些,但不小于-2.0V,否則將對(duì)金屬結(jié)構(gòu)物的保護(hù)涂層造成破壞。如能滿足保護(hù)接通時(shí)結(jié)構(gòu)物電位比保護(hù)關(guān)閉時(shí)低,也說(shuō)明有保護(hù)作用,能低300mV為最佳。在較理想情況下,電位均勻變化,離井越遠(yuǎn),保護(hù)越弱(單井工作時(shí)),避免出現(xiàn)過(guò)保護(hù)現(xiàn)象。

4)電源輸入?yún)��?shù)測(cè)量

在通過(guò)上述調(diào)整與保護(hù)電位的反復(fù)測(cè)試,選定合適的、滿足保護(hù)要求的輸出電壓檔,測(cè)量整流屏三相變壓器的輸入電壓、電流,以便了解其平衡情況和電源工作效率。

5)結(jié)構(gòu)物的連續(xù)性測(cè)量

結(jié)構(gòu)物的連續(xù)性是指被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物,特別是金屬管道,往往由于連結(jié)處的密封墊而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物金屬連續(xù)性不好或出現(xiàn)的高電阻現(xiàn)象。如結(jié)構(gòu)物存在這種不連續(xù)性,在陰極保護(hù)投運(yùn)后,與陰極連結(jié)不好的結(jié)構(gòu)物,不但未受到保護(hù),反而遭受更嚴(yán)重的腐蝕。因此,象循環(huán)水管、油管、凝結(jié)水管、服務(wù)水管等重要管路,都必須進(jìn)行連續(xù)性測(cè)量。測(cè)量方法是:第一步,沿著被測(cè)管線測(cè)試保護(hù)電位,選取靠近管道最近的保護(hù)井,使之"開(kāi)"和"關(guān)",測(cè)定接通和斷開(kāi)兩個(gè)電位值,若UON大于UOFF,則說(shuō)明有不連續(xù)存在;第二步,將陰極保護(hù)投入,將電壓表負(fù)表筆固定于受保護(hù)的管線,加長(zhǎng)Cu/CuSO4參比電極引線,并使之沿管線逐漸遠(yuǎn)離參比電極,這時(shí)測(cè)得的電位應(yīng)均勻變化,若某點(diǎn)保護(hù)電位突然變化,則說(shuō)明該處存在不連續(xù)點(diǎn)。

3.4 整體調(diào)試

每口井調(diào)度完畢后,須將所有的保護(hù)井都投入工作。這時(shí)還應(yīng)對(duì)單井調(diào)試時(shí)所選的關(guān)鍵測(cè)試位置,再次進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)試,以便分析整體保護(hù)情況。對(duì)保護(hù)電位不夠理想的,應(yīng)選用就近的整流屏,再次調(diào)整保護(hù)電流,以滿足保護(hù)電位的需要。在陰極保護(hù)投運(yùn)24h后,對(duì)上述各點(diǎn)還要重復(fù)測(cè)試保護(hù)電位。通過(guò)上述反復(fù)調(diào)整與測(cè)試,使整個(gè)保護(hù)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

陰極保護(hù)調(diào)試是一項(xiàng)時(shí)間長(zhǎng)而繁雜的工作。由于被保護(hù)結(jié)構(gòu)物各不相同,對(duì)電解質(zhì)電位趨于穩(wěn)定所需的時(shí)間差異也很大,因此自陰極保護(hù)投入使用起,應(yīng)在所有的保護(hù)電位測(cè)試位置上進(jìn)行經(jīng)常性測(cè)量,并不斷調(diào)整保護(hù)電流,以滿足保護(hù)電位的需要。一般起始為每周一次,隨著電位逐漸趨于穩(wěn)定以后,可每月測(cè)試一次。正常運(yùn)行后,在地下結(jié)構(gòu)物沒(méi)有較大變動(dòng)的情況下,一般以六個(gè)月為周期,進(jìn)行周期測(cè)量。周期測(cè)量時(shí),還應(yīng)仔細(xì)檢查陰極保護(hù)系統(tǒng)地面上全部部件和連結(jié)處是否損壞或不良,以便即時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,預(yù)防陰極保護(hù)系統(tǒng)的破壞,使整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的

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