關于管道陰極保護理論與實踐第1頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第一節腐蝕與防護1.1腐蝕定義及防腐的意義1.1.1定義

可從幾方面下定義（1）由于材料與環境作用而引起的破壞和變質；（2）除了單純機械破壞以外的材料一切破壞；（3）冶金的逆過程。

第2頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日ISO定義：金屬與環境間的物理-化學相互作用，其結果使金屬的性能發生變化,并常可導致金屬、環境或由它們作為組成部分的技術體系的功能受到損傷。注：該相互作用通常為電化學性質。（見GB/T10123-2001）第3頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日1.1.2防蝕意義腐蝕損失UK，Hoar,1969為13.65億英鎊3.5%GDP；US1975，700億4.2%GDP，820億，1982年，1260億，1992年，1700億；NACE新統計為3000億，GDP4.2%，其中基礎設施為1500億，1100/人；中國石油行業1987統計，漏泄：容器0.14次/臺年，管道2萬/年；1989，石化約20億；西直門橋1979建，1999拆，重修費用3000萬，北京立交橋有200座，僅大北窯橋改造工程就花4000萬；2003年10月發表的《中國腐蝕調查報告》指出:我國腐蝕損失為5000億元/年5%GDP其中20%可以避免1000億元

第4頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日1.1.3腐蝕分類（1）高溫、低溫；（2）化學、電化學；（3）濕、干腐蝕。1.1.4腐蝕速率表示方法（1）均勻腐蝕：

失重量、腐蝕深度、腐蝕電流；（2）局部腐蝕：點蝕系數。第5頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日1.2防蝕方法1選擇耐蝕材料(供應、耐蝕、成本、強度、加工性、外觀等因素)2與環境隔離的防腐層技術3適當的結構設計4陰極保護5緩蝕劑6改變環境降溫、降速、除氧、改變濃度7防銹技術（電鍍、涂料）8材料改性（不銹鋼）1.3腐蝕領域新方向

肖紀美，簡易材料觀，李金桂，表面工程論

第6頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第二節陰極保護2.1陰極保護原理

1三電極理論2E-pH理論3極化理論4原電池理論原電池三要素：1）兩電極電位不同的兩電極；2）兩電極必須在同一電解質溶液里；3）兩電極間必須有導線連接。

防腐蝕方法：陰極保護破壞（1），防腐層破壞（2）。

第7頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日2.2

陰極保護參數

2.2.1保護電位準則（NACERP0169-96、SY/T0036）：（1）通電情況下-850mV；（2）極化電位-850mV；（3）極化電位差-100mV。

測試條件(1)通電條件下測量,含有IR降,必須除去(2)通常采用斷電法測量,不含IR降(3)極化形成或衰減過程中(4)管網及雜散電流干擾下,必須采用探頭法測

第8頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日

術語:

參比電極：一種不極化電極，可用于測量管/地電位，它具有穩定的氫標電位。土壤中常用的是Cu/CuSO4電極。在一些不易接近的地方，有時也用金屬電極（如Zn）。測量交流電壓時可使用金屬棒作參比電極。Voff斷電電位：斷開陰極保護電流后瞬間直接測得的管/地電位。因不含IR降，故可視為極化電位。第9頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日Von通電電位：施加陰極保護電流情況下測得的管/地電位。因含有IR降，故不宜做為保護準則用。若要用時，應考慮排除其IR降成分。極化電位：施加保護電流后引起管/地電位的偏移。管地電位：用與土壤相接觸的參比電極測得的管道對地電位。

2.2.2保護電位密度覆蓋層的質量環境條件（流速、污染、溫度）第10頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日2.3

陰極保護方法

1犧牲陽極法

2強制電流法

3排流保護法方法比較見表6-1

第11頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日CATHODICCORROSIONPROTECTION第12頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日2.4

防腐層與陰極保護（1）防腐層的作用：隔絕電解質（2）防腐層的種類石油瀝青：早期用、面積電阻低、有污染、應淘汰環氧煤礦瀝青：早期用于補口、面積電阻很低、質量不宜控制、應禁用煤焦油瓷漆：性能好、壽命長、面積電阻低、有污染、不應大量應用環氧粉末(FBE)：性能優、壽命長、面積電阻高、應大力推廣應用聚乙烯(PE)：性能優、壽命長、面積電阻很高、但有陰極屏蔽作用三層PE(FBE-膠-PE)：性能優、壽命長、面電阻很高、防腐功能強、但有陰極屏蔽作用

（3）防腐層質量與陰極保護電流密度

第13頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日2.5

陰極保護技術國內現狀（1）管道20000km長輸管道全施加保護

油田集輸管道基本施加了保護市政供氣、水管道有上保護和無保護的

（2）儲罐國內大型儲罐基本都施加了保護城市加油站的小型儲罐有的上了保護

（3）標準與法律

中國石油天然氣管道保護條例國內有一套陰極保護的待業標準第14頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第三節犧牲陽極保護3.1犧牲陽極種類

基本要求：

（1）要有足夠的負電位，且很穩定；（2）工作中陽極極化要小，溶解均勻，產物易脫落；（3）電流效率高；（4）電化當量高，單位重量的電容量大；（5）腐蝕產物無毒，不污染環境；（6）材料來源廣，加工容易；（7）價格便宜。第15頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日3.1.1鎂及鎂合金：（1）品種：高純鎂、高電位、標準；（2）性能：電位高、效率低；3.1.2鋅及鋅合金（1）品種：高純鋅、鋅-鋁-鎘、鋅-鋁；（2）性能：電位低、效率高；3.1.3鋁合金（1）品種：鋁-鋅-銦、鋁-鋅-汞；（2）性能：不能用于土壤中。質量要求：要點雜質含量不能大，主要是鐵，合金成分合理.

第16頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日3.2

犧牲陽極應用

⑴依據環境條件選用（表8-13）

⑵依據保護對象選

⑶依據使用功能選第17頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日3.3犧牲陽極設計

1陽極種類的選擇（表8-13）2計算程序（1）接地電阻（2）單支輸出電流（3）所需陽極數量（4）陽極壽命

3地床結構填料的成分和作用

第18頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日

4施工（1）地床位置（2）陽極間隔（3）埋設方式

5犧牲陽極的特殊應用（1）接地極（2）參比電極（3）防強電干擾接地柵（4）接地電池第19頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第四節強制電流4.1電源

4.1.1要求（1）安全可靠；（2）電流電壓連續可調；（3）適應當地環境；（4）有富裕電容量；（5）與系統電阻相配；（6）操作維護簡單；價格合理。

第20頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日4.1.2電源種類

（1）整流器

（2）太陽電池

（3）CCVT

（4）TEG

（5）風力發電機

第21頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日ALTERNATIVEDC-POWERSOURCESFORCATHODICPROTECTIONUNITS第22頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日4.1.3電源選用原則

（1）首選整流器；

（2）優化恒電位；

（3）無電看氣象；

（4）發電有無氣(5)CCITT和ITU無電地區的電源推薦方案(P104)第23頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日4.2輔助陽極

基本要求：（1）消耗率低，（2）陽極極化低；（3）導電性好；（4）可靠性高；（5）足夠的機械強度和穩定性；（6）耐磨蝕，抗侵蝕；（7）材料來源廣，價格便宜；（8）容易制造成各種形狀。第24頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日4.2.1陽極分類

（1）石墨陽極；

（2）高硅鑄鐵陽極；

（3）磁性氧化鐵陽極；

（4）金屬氧化物陽極；

（5）柔性陽極。。第25頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日4.2.2回填料

（1）作用：降低陽極/土壤接觸電阻；良好導電率；腐蝕氣體排出；耐陽極產物。（2）品種：石油焦、冶金焦（3）粒徑3~15mm

(4)含碳量大于85%第26頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日4.2.3地床結構及位置

（1）設計原則：接地電阻要適當；干擾影響小；電流分布均勻；（2）結構：要加回填料，以防氣阻；上部要有粗砂，利于排氣；（3）形式：淺埋立式、淺埋水平式、深井可換式、深井閉合式。第27頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第五節排流保護5.1直流干擾危害及防護

5.1.1DC雜散電流判據（1）管/地電位偏移+20mV或地電位梯度大于0.5mV/m確認有干擾；（2）管/地電位偏移+100mV或地電位梯度大于2.5mV/m要采取措施。第28頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日5.1.2DC雜散電流的危害（1）電蝕：激烈、集中、量大，鐵9.1kg/A.a；

（2）實例：東北管網，雜散電流干擾區占2%，而腐蝕穿孔占60%；高達500A，腐蝕率大于10-15mm/a；最快為3個月穿孔；（3）主要干擾源：電（地）鐵、電解、電鍍、電焊（船的維修)、陰極保護（城市管道）、直流用電設備。第29頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日5.1.3防護

（1）直接排流；

（2）極性排流；

（3）強制排流；

（4）間接排流；(5）鎂陽極極性間接排流。第30頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日5.2交流干擾危害及防護

5.2.1AC雜散電流感應影響

（1）干擾源：大于110kV高壓線路、電氣化鐵路、發電廠變電站（2）影響途徑：容性耦合、阻性耦合、感性耦合（3）實例：寶成線油庫管線、東北管道（兩線一地、哈大線)第31頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日SIGNIFICANTPARAMETERSINANALYSISOFHVACINTERFERENCEONPIPELINESElectromagneticfieldSoilresistivityWxmCoatingqualityCoatingresistanceLengthofparallelismOffsetdistanceHIGHVOLTAGEINTERFERENCEINDUCEDPIPETOSOILVOLTAGE第32頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日5.2.2AC雜散電流感應影響危害

（1）安全操作人員設備安全

（2）腐蝕影響對于鋼鐵相當DC的1%~2%兩性金屬不能忽略第33頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日5.2.3防護

（1）指標：持續65V(德國Afk3）60V(中國GB6830、TB/T2832）；瞬間1000V（德國）430V（中國）

（2）防護：接地排流、極性排流、嵌位式排流、電容排流、絕緣隔斷、AT(自耦變壓器）BT(吸流變壓器）方式、絕緣接頭防護（3）國內實踐：寶成線、哈大線、秦京線第34頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第六節陰極保護管道設計6.1陰極保護電絕緣

6.1.1防腐層6.1.2絕緣接頭6.1.3絕緣法蘭6.1.4絕緣支撐6.1.5與其它構筑物電絕緣(穿跨越處)

第35頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日6.2電連續性6.2.1跨接法蘭接處站外干線管道連接閥室外連接預應力混凝土管道的環向筋的連接第36頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日6.3測試系統

6.3.1遙控系統6.3.2遙測系統6.3.3測試樁種類(電位、電流、絕緣、交叉、套管）6.3.4測試探頭的應用（罐底、雜散電流、管網）6.3.5參比電極（恒電位儀、近參比）第37頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日6.4測試項目與管理（詳見第8節）6.4.1犧牲陽極系統6.4.2強制電流系統6.4.3陰極保護管理的三大指標6.4.4測試項目第38頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日6.5設計計算

6.5.1強制電流系統

（1)所需保護總電流(2)單站保護范圍(3)所需站數(4)單站電流（5)單支陽極電阻(6)所需陽極質(7)回路電阻（陽極、陰極導線、陽極導線）(8)電源功率第39頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日6.5.2犧牲陽極系統（1）所需保護電流（2）單支陽極電流（3）陽極數量（4）單支陽極保護范圍（5）陽極壽命第40頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第七節陰極保護測試7.1陰極保護電位測試

7.1.1一般原則7.1.2參比電極7.1.3測試儀器7.1.4測試方法7.1.5電位測試中IR降影響及消除

第41頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日7.2保護準則測試

7.2.1一般要求7.2.2通電電位-850mV7.2.3極化電位-850mV7.2.4100mV極化差——建立中——衰減中

第42頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日7.3電流測試

7.3.1犧牲陽極電流標準電阻法雙電流表法7.3.2管內電流

兩極法四極法7.3.3保護電流密度

Js=(I1–I2)/S

第43頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日7.4電阻測試

7.4.1土壤電阻率現場四極法

土壤箱法

7.4.2接地電阻

ZC8三極法兩極法

第44頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日MEASUREMENTOFCURRENTDENSITYANDCOATINGRESISTANCECATHODICPROTECTIONOFPIPELINES第45頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日7.5故障點測試

7.5.1套管短路電位差法

7.5.2覆蓋層漏點地面檢漏地電位梯度

7.5.3與其它管道短路點地面電位梯度第46頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日7.6覆蓋層面積電阻測試

7.6.1方法簡介7.6.2原理——直流電場理論7.6.3問題討論——名稱（定義）、單位德國貝克曼定義：防腐層電阻率是防腐層電阻和面積的乘積。——單位：Ωm2。——測量方法的區別——NACETM0102《地下管道保護性覆蓋層電導率的測量》方法——覆蓋層面電阻與保護電流密度的關系7.6.4檢漏與面電阻測量的區別——檢漏可定性的給出防腐層的好與壞，但不能得出面電阻；——交流檢測信號無論是電平還是電流都與直流不一樣；——用于檢漏，交流電流信號好于電平信號。

第47頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日NACETM0102簡介（1）一般方法（2）電位衰減法（3）用電導率來評價覆蓋層狀態第48頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日第八節運行與管理8.1概述

陰極保護工程應與被保護構筑物同時設計、同時施工、同時投產，一旦投入運行，就應確保陰極保護系統持續有效，任何異常現象都應及時處理，這是管理工作者的責任。

第49頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日8.1.1一般技術要求8.1.1.1被保護構筑物的電位

陰極保護的有效性判據是保護電位，因此電位參數測試的準確性顯得十分重要，通常要注意：(1)

測量回路中的IR降影響；(2)

參比電極的校準；(3)

測試儀表的精確度（內阻及量程）；(4)

外界干擾的存在；(5)

極化時間要求。管理工作中，被保護構筑物的電位是必測項目，測量的時間間隔應有明確的規定，定期測得的數據要納入技術檔案，永久保存。第50頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日POTENTIALMEASUREMENTWITHPOLARIZATIONPROBE第51頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日陰極保護準則的練習自然電位通電電位斷電電位0.5500.9800.851A,B,C0.4500.8480.554C0.5010.899無IR降A,B,C不知道0.9320.865A,BA=0.850V(通);B=0.850V(斷);C=100mV(極化差)第52頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日8.1.1.2犧牲陽極系統

在犧牲陽極設計時，陽極與被保護構筑物的連接有兩種方式，一是直接焊到被保護體上，另一種是通過接線盒與被保護體相連。對于前一種情況，被保護構筑物的自然電位將測不出來，應采用輔助試片，試片不與被保護體相連，并置于同一電解質中，試片的材質應與被保護體相同。犧牲陽極的測試參數有電位、電流和電阻。犧牲陽極的管理要求為：(1)

定期檢測被保護構筑物的電位；(2)

半年或一年檢測一次陽極工作電位和電流；(3)

必要時檢驗陽極表面腐蝕狀態；(4)犧牲陽極裝置系統完整性維護。

第53頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日犧牲陽極故障分析有以下兩項：（1）陽極輸出電流減小，達不到保護電位，這種現象的可能原因有：

a.陽極消耗，可能需要更換；

b.陽極/陰極的連接斷開；

c.陽極/導線接頭斷開；

d.陰極/導線接頭斷開；

e.陽極周圍土壤干燥；

f.環境污染對陽極性能的影響。

第54頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日（2）陽極輸出電流增大，但保護構筑物電位極化不上去，這種現象的可能原因有：

a.被保護構筑物所需電流過大,陽極輸出的電流遠小于所需電流；

b.被保護體與相鄰金屬構筑物有電連接；

c.環境改變引起迅速去極化或者水的含氧量增大；

d.絕緣裝置失效；

e.覆蓋層老化或破壞。

第55頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日（3）犧牲陽極其它故障

a.陽極體腐蝕不嚴重，但陽極已不能工作。可能的原因為，陽極成分不合理，在工作環境中造成鈍化所致，影響因素有溫度、含鹽類型等。

b.陽極體局部腐蝕嚴重，造成陽極體斷裂。可能的原因是陽極合金化不均勻，造成局部腐恂。

c.未達設計壽命，陽極失效。可能的原因為，陽極雜質含量高，陽極效率降低。

d.在交流電干擾狀態下，有時陽極會發生極性逆轉，管理中，如有交流干擾要嚴密監視。

第56頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日8.1.1.3強制電流系統

強制電流系統由電源和輔助陽極兩部分組成，其維護的內容也是這兩方面。

電源設備種類較多，采用交流供電的有恒電位儀、恒電流儀及變壓器、整流器、配電裝置等形式，它們的維護保養與低壓用電設備一樣。采用TEG、CCVT等供電方式的，除了要按低壓電器設備的維護要求外，還要對燃氣供給系統進行維護保養。

第57頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日通常要注意的有：電連接點牢固可靠；機體對地絕緣符合規定；外殼無銹蝕；供氣系統暢通無阻；散熱板無積炭；太陽能電池極板無枳雪或灰塵；不同地理位置，不同的環境溫度要校準儀器設備的工作點。

第58頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日

輔助陽極地床結構形式多種多樣，不管使用什么樣的地床，都要注意：陽極引線接頭防水絕緣密封完好；陽極對電解質的電阻穩定不變；土壤環境中的陽極“氣阻”現象。第59頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日對于強制電流陰極保護系統，常見故障及其原因有：

(1)通電后，構筑物/電解質電位變正，這是正、負極接反了，必須立即更正，否則將會造成被保護體快速電解腐蝕，危險性極大。(2)施加電壓正常，電流小但不為零，可能的原因有：a.陽極或地床破壞；b.地床干燥或陽極露出水面；c.土壤環境中，陽極地床的“氣阻”；d.陽極接頭斷開；

e.陰極引線斷開。第60頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日

(3)施加電壓正常，電流為零，可能的原因為陰、陽極引線斷開，或陽極完全失效。(4)施加電壓、電流偏小，可能的原因有：a.變壓比例不合適；b.變壓、整流器故障；c.供電系統故障。(5)施加電壓、電流偏大，可能的原因是變壓比例不合適。第61頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日

(6)施加的電壓、電流正常,但構筑物/電解質電位負移不夠，可能的原因有：

a.電連接點斷開或接頭電阻過大；b.測試點處土壤干燥或土壤充氣過多；c.環境去極化作用過強，或水中含氧量增大；d.絕緣故障，與其它構筑物短路；e.金屬構筑物的屏蔽作用；f.相鄰陰極保護裝置失效；g.防腐覆蓋層老化或損壞。

第62頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日

(7)施加的電壓、電流正常，但構筑物/電解質電位負得不正常，可能的原因有：a.在遠端電連續性跨接斷開；b.調試之后，電解質的充氣降低；c.電解質流速降低；d.干擾跨接斷開；(8)施加的電壓、電流正常，但構筑物/電解質電位波動，可能的原因是雜散電流干擾。第63頁，共71頁，星期日，2025年，2月5日8.1.1.4管理測量由于陰極保護系統管理測量為現場測量，就測量的準確性、重現性和對比性而言，要求操作者力爭作到：(1)

測試儀表前、后一致；(2)

參比電極位置固定不變；(3)

環境條件（溫度、濕度等）盡量相同；(4)

接線連接工具一樣；(5)參比電極使用前應校正。第64頁，共71頁，星期日，2025年，2月