阴极保护的设计

10.3.1 设计文件

  在规划阴极保护时，以下文件是必不可少的[20]:(1)总图，示出管线的位置，以及阀门、加压站、套管、河流穿越、绝缘接头、膨胀节、桥梁上的管线等详细情况，并说明输送介质和运行条件(温度与压力);

(2)管线的长度、直径、壁厚和材质，管子连接的类型，如果是埋地管道应说明埋设年代:

(3)工厂预制防腐层、现场涂敷防腐层、管件与阀门覆盖层的类型;

(4)铁路线路的走向、变电站与负极馈电点的位置、占用土地情况、平行的轨道、和大于100kV的高压输电线路及交流电气化铁道交叉跨越情况。

假如拟议中的管道位于有铁道线的地区，应在交叉点以及与铁轨走向在短距离上平行的地方，特别在变电站附近，进行轨道对地电位的测量，以确定杂散电流的干扰程度。根据土壤表面的电位差能够得出直流电气化铁路线附近杂散电流影响程度的信息。建议同时测量和记录现有管道的数据(见15.5节)并在设计过程中加以考虑。

10.3.2 测试点

  要测量管地电位、管中电流、绝缘接头和套管的电阻，测试点是必不可少的。电位测试点之间的最大间距为1~2km，并且每5个测试点应设计一个管中电流测试点。在建筑物多的地区，测试点的间隔距离应减小为约0.5km。在长距离有分支管线的管道上，建议在分支管道起始点上安装管中电流测试点，这样能够控制此管道的电流耗用量。最好在安装绝缘接头前进行管中电流测试点的安装，由此可以确定是否存在导致绝缘接头破坏的内部电解桥接。

一般来讲，采用最小横截面为 2mmX2.5mm的铜质NYY-〇电缆，利用适宜的方法将电缆连接到管道上[5~7，连接处要仔细做上绝缘防腐层。通常电缆连接到地上测试盒

中，并用盖板、红砖覆盖并或用电缆警示带

为便于识别测试点的类型与功能，甚至在没有明显说明的情况下也能识别，建议按照工厂制造标准设计测试桩。地上测试盒通常安装在带有可锁闭的活门的标志桩里。测量电缆连接到塑料板的端子上(见图10-7)。

塑料端子板装到铸造的箱体里，箱体安置在混凝土柱子里，或者在建筑物较多的地区，把它们装进电缆接线盒，再将接线盒装在墙上。只有在特殊情况下，才需要把地下测试点安装在建筑物较多的地区。在此情况下，这种防水的与地面平齐的测试站可以安置在街道的沥青路面下，务必精心施工并保持测试站环境

  电流密度。根据5.2.1.2节，可以用式(5-11')粗略地估计出电流需要量。表5-1列出了不同防腐层材料的电阻值r。在规划阶段，将这些值增加1倍是明智的，因为在估计保护电流密度中有许多不确定因素。

10.3.3 电流需要量的确定

  在选择一种保护方法时，重要的是要知道所需保护电流的大小，它取决于所必需的保护图10-1给出了最大保护长度2L，图10-2是所需的保护电流。如果管道有工厂精心预制的聚乙烯防腐层且在现场对管道周向焊缝做了极好的补口防腐层，那么保护电流密度介于1~3μA·m一之间。采用精心施工的沥青(或煤焦油)防腐层的埋地管道，其保护电流密度介于10~30μA·m-2之间。在旧管道和近海管道上，保护电流密度可以高达几个mA·m-2。旧的陆上管道的保护电流密度是按照3.4.3节馈电试验确定的。

  假如可能，应在已经规划要提供保护装置的地区进行馈电试验。进行馈电试验时，可以采用连接到已经安装好的测试点上的管件或连接到与管道有低电阻连接的管件上。可以将临时接地棒打入地下作为阳极。由于这样测得的接地电阻与最终的阳极装置的接地电阻是不同的，所以，馈电试验的输出电压与最终的直流电源供电装置的输出电压也是不同的。但是，在设计阳极装置时，这并不重要。要间断性地开通和关断电流通电，同时测量管道上所有可能的测量点(如立管、阀杆、消防栓)的通电电位与断电电位。由于极化时间很短，在有高泄流负荷的管道上，大多数测量点上为U>U.。根据经验，能够假定在所有U<U。的测量点上，经过几星期充分的极化后，将会达到U。<U:。在所有测量点U<U。的管道上进行的馈电试验能够得出该管道常规的电流需要量。为了能够增加阳极装置的保护电流输出，并提供与阴极保护连接的额外管道，建议将拟议中的保护电流需要量增加1.5倍。如图10-8所示为管地电位与馈电试验中的管中电流以及它们运行1年后的数据变化情况。

10.3.4 保护方法的选择

牺牲阳极的输出电流取决于土壤电阻率，因为驱动电压低，牺牲阳极只能用在电阳率较低的土壤中，适用于所需保护电流小的管道。强制电流装置能够用在土壤电阻率较高的

土壤中以及需要较大保护电流的地方，因为它们有可变的输出电压。

10.3.4.1 牺牲阳极

如果管道只有几公里长且保护电流密度低于10pA:m-2，那么使用镁阳极的阴极保护与强制电流一样经济，例如，在旧管网中新建隔离的管道以及钢质配气、供水管道或人户管。在此情况下，可将几支阳极在测试点成组地连接到管道上。离管道的距离大约为1~3m。测量断电电位是很难的，因为必须同步通/断几组阳极。尽管冻土层起到绝缘层的作用，但在运行温度较高的管道四周紧贴的土壤即使在霜冻条件下仍有很高的电解导电性。由于这样的原因，不能使用外加电流装置，可以将带状锌阳极作为保护阳极连接到管道上[2]。在有杂散电流影响的地方，不能使用牺牲阳极，因为它们不能使杂散电流充分排除，并且有可能增加杂散电流的引入，使牺牲阳极处于不利的环境中。在有交流电影响的情况下，高交流电密度能导致镁的电位逆转，使管道变成阳极。量有也民工直:10.3.4.2治强制电流

。欧雕用量在需要较大保护电流的地方，以及长距离的管道，几乎总是推荐采用强制电流阴极保护法，因为它能够满足由于管道支线增加输出电压而增加保护电流的要求。在强制电流阴极保护站选址时，要考虑以下各种因素:

(1)有低压电源:警馆中

(2)在附近有适合阳极地床的尽可能低的土壤电阻率;

(3)最大保护长度如图10-1和式(10-5)所示;

(4)按照式(9-11)的要求，阳极地床与外部线路有足够的间距使干扰降到最低

(5)方便进人保护装置。

变压整流器柜应该安装在管道拥有通行权的区域内。9.1节内容包括阳极装置。有关变压整流器柜的安置与电路详见第8章介绍，阳极材料的类型和可能的选择方案参见第7章。

应将设计结果编制成一份报告，应包括以下文件:

(1)总图，说明拟议中的强制电流阴极保护站的站址、测试点的位置、绝缘接头和套管所在位置;

(2)拟议中的阴极保护站的场址平面图;

(3)阴极保护站与测试点的电路图;

(4)保护范围与保护电流密度的计算结果;

(5)阳极地床与变压整流器的额定值。

最好将这些结果填写到表10-3所示的数据汇总表中，便于规划和文件管理。