陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)

10.3.1 設(shè)計(jì)文件

  在規(guī)劃陰極保護(hù)時(shí)，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(xì)情況，并說明輸送介質(zhì)和運(yùn)行條件(溫度與壓力);

(2)管線的長(zhǎng)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(chǎng)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(fù)極饋電點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行軌道對(duì)地電位的測(cè)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(shí)測(cè)量和記錄現(xiàn)有管道的數(shù)據(jù)(見15.5節(jié))并在設(shè)計(jì)過程中加以考慮。

10.3.2 測(cè)試點(diǎn)

  要測(cè)量管地電位、管中電流、絕緣接頭和套管的電阻，測(cè)試點(diǎn)是必不可少的。電位測(cè)試點(diǎn)之間的最大間距為1~2km，并且每5個(gè)測(cè)試點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)管中電流測(cè)試點(diǎn)。在建筑物多的地區(qū)，測(cè)試點(diǎn)的間隔距離應(yīng)減小為約0.5km。在長(zhǎng)距離有分支管線的管道上，建議在分支管道起始點(diǎn)上安裝管中電流測(cè)試點(diǎn)，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(jìn)行管中電流測(cè)試點(diǎn)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(xì)做上絕緣防腐層。通常電纜連接到地上測(cè)試盒

中，并用蓋板、紅磚覆蓋并或用電纜警示帶

為便于識(shí)別測(cè)試點(diǎn)的類型與功能，甚至在沒有明顯說明的情況下也能識(shí)別，建議按照工廠制造標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)測(cè)試樁。地上測(cè)試盒通常安裝在帶有可鎖閉的活門的標(biāo)志樁里。測(cè)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(jìn)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(cè)試點(diǎn)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(cè)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(cè)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(jì)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?yàn)樵诠烙?jì)保護(hù)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(hù)方法時(shí)，重要的是要知道所需保護(hù)電流的大小，它取決于所必需的保護(hù)圖10-1給出了最大保護(hù)長(zhǎng)度2L，圖10-2是所需的保護(hù)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(chǎng)對(duì)管道周向焊縫做了極好的補(bǔ)口防腐層，那么保護(hù)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(hù)電流密度介于10~30μA·m-2之間。在舊管道和近海管道上，保護(hù)電流密度可以高達(dá)幾個(gè)mA·m-2。舊的陸上管道的保護(hù)電流密度是按照3.4.3節(jié)饋電試驗(yàn)確定的。

  假如可能，應(yīng)在已經(jīng)規(guī)劃要提供保護(hù)裝置的地區(qū)進(jìn)行饋電試驗(yàn)。進(jìn)行饋電試驗(yàn)時(shí)，可以采用連接到已經(jīng)安裝好的測(cè)試點(diǎn)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(shí)接地棒打入地下作為陽極。由于這樣測(cè)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(yàn)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(jì)陽極裝置時(shí)，這并不重要。要間斷性地開通和關(guān)斷電流通電，同時(shí)測(cè)量管道上所有可能的測(cè)量點(diǎn)(如立管、閥桿、消防栓)的通電電位與斷電電位。由于極化時(shí)間很短，在有高泄流負(fù)荷的管道上，大多數(shù)測(cè)量點(diǎn)上為U>U.。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，能夠假定在所有U<U。的測(cè)量點(diǎn)上，經(jīng)過幾星期充分的極化后，將會(huì)達(dá)到U。<U:。在所有測(cè)量點(diǎn)U<U。的管道上進(jìn)行的饋電試驗(yàn)?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(hù)電流輸出，并提供與陰極保護(hù)連接的額外管道，建議將擬議中的保護(hù)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(yàn)中的管中電流以及它們運(yùn)行1年后的數(shù)據(jù)變化情況。

10.3.4 保護(hù)方法的選擇

犧牲陽極的輸出電流取決于土壤電阻率，因?yàn)轵?qū)動(dòng)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(hù)電流小的管道。強(qiáng)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(hù)電流的地方，因?yàn)樗鼈冇锌勺兊妮敵鲭妷骸?/p>

10.3.4.1 犧牲陽極

如果管道只有幾公里長(zhǎng)且保護(hù)電流密度低于10pA:m-2，那么使用鎂陽極的陰極保護(hù)與強(qiáng)制電流一樣經(jīng)濟(jì)，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(cè)試點(diǎn)成組地連接到管道上。離管道的距離大約為1~3m。測(cè)量斷電電位是很難的，因?yàn)楸仨毻酵?斷幾組陽極。盡管凍土層起到絕緣層的作用，但在運(yùn)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(hù)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?yàn)樗鼈儾荒苁闺s散電流充分排除，并且有可能增加雜散電流的引入，使?fàn)奚枠O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(qiáng)制電流

。歐雕用量在需要較大保護(hù)電流的地方，以及長(zhǎng)距離的管道，幾乎總是推薦采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)法，因?yàn)樗軌驖M足由于管道支線增加輸出電壓而增加保護(hù)電流的要求。在強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站選址時(shí)，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(hù)長(zhǎng)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(jìn)人保護(hù)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(jì)結(jié)果編制成一份報(bào)告，應(yīng)包括以下文件:

(1)總圖，說明擬議中的強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站的站址、測(cè)試點(diǎn)的位置、絕緣接頭和套管所在位置;

(2)擬議中的陰極保護(hù)站的場(chǎng)址平面圖;

(3)陰極保護(hù)站與測(cè)試點(diǎn)的電路圖;

(4)保護(hù)范圍與保護(hù)電流密度的計(jì)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。