隨著能源的進一步枯竭，人類需要在更偏遠荒僻的領域開發能源供應。為了將這些能源輸送到繁華的消費區，需要修建大量的長輸管道。管道投用後，其面臨的最大風險就是腐蝕。腐蝕事故不僅造成重大的經濟損失，還會污染環境，傷及生命。為了更好的保護管道，儘量延長其使用壽命，採用了各種各樣的方式來減緩其腐蝕速度。其中，陰極保護與防腐層相結合是行之有效並被廣泛採用的防腐技術。
基本介紹
- 中文名：局部陰極保護
- 外文名：Local cathodic protection
- 用 途：減緩被保護金屬腐蝕速率
- 方 式：陰極保護防腐
- 原 理：電化學原理
- 設計公司：山東奧科防腐工程有限責任公司
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局部陰極保護
常用陰極保護的基本原則是將受保護的構築物與所有低接地電阻的裝置實現電分離。但是，這在工業裝置上是個很大的技術難題，因為管子非常多，管徑相當大。要將它們實現電分離不僅費用昂貴，而且在正常使用中，它們可能與外部裝置電接觸或絕緣接頭跨接，容易產生很多問題。在管道系統改造或擴建過程中，這個問題尤為突出。在爆炸危險的裝置和輸送電解液的管道上實施陰極保護也存在技術難題。如果用大口徑管道輸送低電阻率的電解質，那么在絕緣接頭未受保護一側，就會有被陰極保護電流引發內腐蝕的危險。
在工業裝置上管道的腐蝕危險一般比長輸管道中的腐蝕危險大，因為在大多數情況下，管道會與鋼筋混凝土基礎形成腐蝕電池。在不同種類的工業裝置區域內能夠利用區域陰極保護來克服這種腐蝕危險，所用方法類似於局部陰極保護的方法。受保護的區域是沒有限制的，也就是說管道與連線的和分支的管道之間是沒有電絕緣的。
目的
局部陰極保護的目的不僅是要補償外部陰極構築物的電池電流，而且要使被保護的構築物充分陰極極化，從而滿足陰極保護準則要求。因為被保護的構築物與外部陰極構築物之間的接觸電阻非常低，並且外部陰極構築物的接地電阻非常低，所以不成比例的大部分陰極保護電流要流到外部陰極上。設定強制電流輔助陽極地床的目的就是要增加被保護的構築物的保護電流分量。除了受保護的構築物與外部陰極構築物的幾何尺寸外，土壤的電阻率對其有很大影響。與常規陰極保護不同的是，受保護的構築物基本上是在強制電流輔助陽極的電壓錐範圍內。為此，考慮到各個組成部分不同的保護電流需要量，所以不能把土壤當做一個等電位空間來看待。在局部陰極保護中管地電位的變化只與附近的參比電極有關係，而與遠方大地電位少有聯繫。
特點
由於土壤條件的差異以及與混凝土中鋼筋陰極形成腐蝕電池，加劇了工業裝置中埋地設施的腐蝕危險。這些外部陰極的靜電位介於U=-0.2~-0.5V之間。影響電池形成的因素有水泥的類型、混凝土的水灰比、混凝土的充氣狀態等。電池電流密度取決於很大的陰極面積。在工業裝置上，混凝土中鋼的表面積通常大於10000平方米。
為了使所有管子受到全面的陰極保護，外部陰極構築物必須極化達到保護電位，即在外部陰極構築物附近的Uon必須肯定比Us更負。與此相比，受保護的構築物的陰極保護電流需要量小的可以忽略不計，在工業裝置中保護電流需要量一般都超過100A。
實際測算
採用局部陰極保護時，無法直接用斷電電位測量值來檢查保護效果，因為在土壤中是受保護的構築物與外部陰極構築物混合類型的裝置，所以又大量電偶電流與均衡補償電流在流動。假如發現Uoff比Us更正，這就無法確認並且可以得出極化不足的結論，因為在每一種情況下，取決於均衡電流強度的無IR降電位必須更負。為此，Uoff值只能用於進行比較，而不能用於直接估算。
因此，為了控制局部陰極保護，要藉助參比電極測量Uon值，並且一般要將參比電極安裝的儘可能靠近受保護的構築物。實際測量值應比Ucu-cuso4=-1.2V負得多。但是，也可能採用Uon=-0.85V時的值，以避免與混凝土中的鋼筋形成有害的腐蝕電池。在受保護構築物處於穿牆部位活在鋼筋混凝土基礎附近時，產生最小的負電位。因此建議電位測試點要安裝在這些位置以及外部測量灘頭上。
檢查和測試
局部陰極保護檢查和測試的內容
- 所有強制電流電源每兩月檢查一次，間隔長一些或短一些也可能是合適的。運行正常的判據是：電流輸出、正常的功耗、表示正常運行的信號或官道上令人滿意的陰極保護水平。
2.作為預防性維護計畫的一部分，為最大限度地減少使用中的損壞，所有強制電流保護設施應每年檢查一次。 檢查內容包括電氣故障、安全接地的連線點、儀表的精度、效率及迴路電阻。
3.反向電流開關、二極體、干擾跨接和其他保護裝置等，如果失效可能危及構築物的保護，其正常的功能檢查應每兩個月一次。
4.應定期檢查並評價絕緣接頭、電連續性跨接及套管絕緣的有效性，可通過電測量完成。
案例
已建成電站的局部陰極保護
已建成的電站，管道進入鋼筋混凝土的部位是沒有絕緣防護層的。土壤電阻率很高，為150~350Ω·m。為極化鋼筋混凝土基礎，需要大約120A的保護電流，由8個深井陽極地床注入，每個地床由6支高矽鑄鐵鐵陽極並安置在深20~50m、良好導電的土層中。為使冷卻水管道穿牆部位達到理想的電流分布狀態是混凝土基礎極化，這些深井陽極被布置在進入側。1台整流器同時為4個深井陽極地床提供保護電流。為在冷卻水管道穿牆部位達到必要的極化，有必要在穿牆前1m處加裝1支立式陽極。
只有冷卻水管道受到這些深井陽極的保護，而更遠距離上的消防管道沒有受到它們的保護。為了保護消防管道，需加裝水平犧牲陽極。陽極的布置以及陽極的數量是根據饋電實驗結果確定的。因為要降低管地電位需要很大的電壓錐，所以節省了習慣使用的普通焦炭會填料。這樣能夠對電流和電位分布進行適當調節。
儲罐的局部陰極保護
1.混凝土板基礎並蓋有砂子或瀝青；
2.混凝土環形基礎，環內填有礫石、砂子，有或沒有瀝青覆蓋層；
3.用礫石、砂礫、砂子鋪成的評的基礎，有或沒有瀝青覆蓋層；
只有在充裝液體的容器上進行饋電試驗才能精確估計陰極保護保護電流需要量，在此，經由連線件流到其他接地裝置的電流量應計算在內。特別是那些大直徑儲罐，當罐空的時候，罐底板會向上凸起而不再與地面完全接觸。在這中情況下進行饋電試驗所得的數據就會偏低了。
煉油廠的局部陰極保護
煉油廠中有許多小管道用於消防水、廢水、成品油等。而且，煉油廠的面積很大。常見的陰極保護方法也許可以用於這些小管道，但實際上容易引起許多問題，因為可能需要跨接許多絕緣接頭。
在電阻率較低的土壤中，僅僅利用深井陽極既能達到足夠的保護，僅在基礎附近沒有完全達到保護電位。保護電流升高了這個電壓錐，甚至中斷供電後依然維持明顯高於保護電流注入前的電壓降。這是由於均壓補償到官道上的結果，它唯有內裝測量探頭才能給出管地電位清楚的說明。
船尾的局部陰極保護
對於船尾的局部陰極保護，安裝陽極的量應當相當於完全保護所用陽極量的33%，而不是常用陽極量的25%。其中，相當於完全保護所用陽極量的25%實際上仍然是對船尾起到保護作用，而相當於完全保護所用陽極量的8%在船尾部位起禁止作用，防止船體其餘耗電部位消耗保護電流。這8%的陽極稱為增流陽極，它們固定在保護船尾的那些陽極的前面，陰極保護準則。
