局部陰極保護

12.1適用范圍

常用陰極保護的基本原則(見10.2節)是將受保護的構筑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或絕緣接頭發生跨接，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。在有爆炸危險的裝置和輸送電解液(如冷卻水、加熱水、廢水、鹽水)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(見10.3.5節和24.4.6節)總之，這類管道陰極保護的監管與維護是非常昂貴的。

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(見4.3節)。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，所用方法類似于局部陰極保護的方法[11受保護的區域是沒有限制的，也就是說管道與接續的和分支的管道之間是沒有電絕緣的。通常需要非常高的保護電流，因為整個裝置的接地電阻非常低。由于節省了絕緣接頭、增加了運行的安全性，所以彌補了陽極地床建設費用較高的不足。典型的適用場所有電站、煉油廠和罐區的管道、接地裝置、電纜、儲罐等。它也適用于泵站與壓縮機站、計量控制站中的管道以及無法與混凝土實現電絕緣的管道[2,3]。

12.2局部陰極保護的特點

  由于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于Ucucuso,=-0.2~-0.5V 之間[4~6]。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[6]。圖12-1形象地說明了在與鋼筋混凝土結構接觸部位的電池活動和管地電位的變化情況。電池電流密度取決于很大的陰極面積[見圖2-6和式(2-44)]。在工業裝置上，混凝土中鋼的表面積通常大于 10的四次方每立方米。

局部陰極保護的目的不僅是要補償外部陰極構筑物的電池電流，而且要使被保護的構筑物充分陰極極化，從而滿足式(2-39)的保護準則要求。因為被保護的構物與外部陰極構筑物之間的接觸電阻非常低，并且外部陰極構筑物的接地電阻非常低，所以不成比例的大部分保護電流要流到外部陰極上。設置強制電流輔助陽極地床的目的就是要增加被保護的構筑物的保護電流分量。除了受保護的構筑物與外部陰極構筑物的幾何尺寸外，土壤的電阻率對其有很大影響。與常規陰極保護不同的是，受保護的構物基本上是在強制電流輔助陽極的電壓錐范圍內。為此，考慮到各個組成部分(受保護的構筑物與外部陰極構筑物)不同的保護電流需要量，所以不能把土壤當作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系，而與遠方大地電位少有聯系。這就帶來大量的測量問題，因為用于解釋的斷電電位是無法直接測量的。必須考慮表3-3中第6項實用準則并用測量探頭進行監測(見表3-3中的第7項)。

  當混凝土中的鋼筋被高度極化時，恐怕會達到如圖2-2所示的腐蝕區[7]。然而，測試結果表明混凝土中的鋼筋沒有腐蝕危險，析出的氫會通過混凝土的空隙排出(見 5.3.2節)。為了使所有管子受到全面的陰極保護，外部陰極構筑物(基礎、地面)必須極化達到保護電位，即在外部陰極構筑物附近的U。必須肯定比U更負(見表 3-3中的第6項)。為了將加強鋼筋極化到保護電位，5~10mA·m-2的平均保護電流密度是必要的，隨著時間的推移，它會降到3mA·m-2。用加強鋼筋系數為1來評價保護電流需要量時，必須使用暴露于土壤的總的混凝土面積。與此相比，受保護的構筑物的保護電流需要量小得可以忽略不計。在工業裝置中保護電流需要量一般都超過100A。

深井陽極通常用于高保護電流的饋人(見9.1節)。在9.1節中介紹的電阻與電位分布意見都是用于均質土壤中的陽極。使用回填土或在構筑物附近的土壤中預期會有很大的偏差[2]。采用局部陰極(“熱點”)保護時一般都是這種情況。

在受保護的構筑物上沒有達到足夠負的管地電位的地方，必須在這些點上加裝單支陽極。由于通常只需要關注電壓錐，所以，安裝地點與土壤電阻率無關。沒有必要使用焦炭回填料，安裝地點是根據當地環境條件決定的?？梢詫沃疥枠O安裝在與管子軸線平

行的深度。應按照9.1節選擇電壓、長度、陽極與受保護構筑物的距離，以此符合表 3-3中的第6項或第7項準則。

采用局部陰極保護時，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筑物與外部陰極構筑物混合類型的裝置，所以有大量電偶電流與均衡補償電流在流動。在3.3節中對式(3-28)的注解就與此有關，在此無IR電位降必須比受保護的構筑物的斷電電位負得多。假如發現U。比U。更正，這就無法確認并且可以得出極化不足的結論，因為在每一種情況下，取決于均衡電流強度的無IR降電位必須更負。為此U。值只能用于進行比較，而不能用于直接估算。以下所列測量值就是要按照該方法使用的(見圖 12-2~圖 12-7)。

  因此，為了控制局部陰極保護，要借助參比電極測量U。值，并且一般要將參比電極安裝得盡可能靠近受保護的構筑物。實測值應比Ucu-cuso,--1.2V負得多。但是，也可能采用 U。=-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[2]。在受保護構筑物處于穿墻部位或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探頭上。

  為了使電流有效分布，應在管子穿墻部位采用鋼筋混凝土墻，并且在其周圍至少1m范圍內直到土壤表面涂抹一層至少2mm厚的電絕緣塑料或瀝青。并且建議假如管道鋪在土壤中與鋼筋混凝土基礎平行，那么最近的間隔距離應小于管徑的2倍或小于0.5m[2]。