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陰極保護準則是用來判斷金屬構(gòu)筑物是否達到充分有效保護的判據(jù)標準。保護電位EP,是腐蝕速率小于0.01mm/a時的金屬對電解質(zhì)電位。這一腐蝕速率足夠小,以至于在設計壽命內(nèi)不會發(fā)生腐蝕破壞。陰極保護的準則為E≤EP
某種金屬的保護電位一定程度上取決于腐蝕環(huán)境,但主要取決于所用的金屬類型。保護電位準則僅適用于金屬構(gòu)筑物/電解質(zhì)界面處的電位,即不含介質(zhì)IR降的電位。
有些金屬在很負的電位下可能受到腐蝕破壞。對于這些金屬,保護電位不應比極限臨界電位E1更負。在這種情況下:E1≤E≤EP
目前普遍認可的陰極保護準則有三種,分別是通電電位-850mV準則、極化電位-850mV準則和100mV極化值準則。
1、通電電位-850mV準則
該準則是在施加陰極保護時陰極電位至少為-850mV,這個電位是相對于電解質(zhì)接觸銅/飽和硫酸銅參比電極測得的。為了準確地分析電壓測量結(jié)果,必須考慮除去構(gòu)筑物-電解質(zhì)界面之外的那些電壓降。這種方法簡單易行,但目前對測量IR降的影響沒有引起足夠的重視,其結(jié)果是很多被認為陰極保護良好的金屬構(gòu)筑物發(fā)生腐蝕穿孔。
盡管通行的管地電位測量方法盡管簡便省事,但所測得的電位并不是管道的真實保護電位,而是含有相當大IR降成分在其內(nèi),只有斷電電位通常才是管道真實的保護電位。有效的方法是實際測量幾個點的IR降,保護電位按0.85+IR降來確定。IR降可以通過通電電位減去瞬時斷電電位來獲得。對于 大保護電位的確定也應以斷電電位為準,只要管道斷電電位不超過標準要求,通電點電位再大也不會引起氫致破壞。
綜上所述,通電電位-0.85V(CSE)準則的 大優(yōu)點是:
①簡單方便,省工省事。
②所需測量時間 少。
缺點:
①測得的電位值含有金屬構(gòu)筑物/電解質(zhì)界面以外的所有電壓降。
②在解釋準則的有效性時,應考慮到電壓降問題。
2、極化電位-850mV準則
本項準則指的當構(gòu)筑物相對于銅/飽和硫酸銅參比電極的極化電位至少為-850mV時,就能達到充分保護。極化電位的含義是構(gòu)筑物/電解質(zhì)界面上的電位,它是腐蝕電位與陰極極化值之和。
本準則主要應用于可以切斷直流電源的帶涂層的構(gòu)筑物。對于輸氣管線而言,切斷所有的電源、犧牲陽極等是極為困難的。因此,該準則的優(yōu)缺點都很突出。
與其他方法相比,極化電位-0.85 V(CSE)準則的優(yōu)點是:
①已消除由保護電流所引起的電壓降誤差;
②主要適用于可以切斷直流電源的帶涂層的構(gòu)筑物。
缺點:
①需要設備多,且費工費事;
②如果有雜散電流,或犧牲陽極與構(gòu)筑物直接相連、或存在外部強制電流設備并且不能被中斷的話,其結(jié)果有很大的不確定性;
③受測量方法、測量季節(jié)、測試點的變化,以及構(gòu)筑物表面涂層狀況、大地電流效應、介質(zhì)條件的影響等,也存在誤差問題。
3、100mV極化值準則
本準則規(guī)定當構(gòu)筑物表面與穩(wěn)定參比電極之間的 小陰極極化值達到100mV時,便可認為達到充分保護。極化值可通過測量極化形成或衰減來測得。在測量之前,應確認陰極保護正常運行,構(gòu)筑物已充分極化。測量時,對測量區(qū)間有影響的陰極保護電源應安裝電流同步中斷器,同步中斷所有陰極保護電流。
采用極化形成法測量是在施加陰極保護之前,先測量金屬構(gòu)筑物的自然腐蝕電位,然后施加陰極保護電流,待構(gòu)筑物充分極化后,進行斷電電位測量。然后比較斷電電位和自然電位,如果電位差超過100mV,那么便滿足了本準則的要求。
采用極化衰減法測量是首先斷開保護電流,可立即測得金屬構(gòu)筑物的瞬間斷電電位,此后持續(xù)測量到的是金屬構(gòu)筑物的去極化電位。該瞬間斷電電位和去極化電位之差值就是實際極化值。只要去極化達到了100mV,即可滿足極化值準則要求。但不一定要求去極化電位完全回復到自然電位。
100mV極化值準則不僅可以用于鋼質(zhì)和鑄鐵構(gòu)筑物,也可用于鋁質(zhì)、銅質(zhì)構(gòu)筑物,以及混凝土中的鋼筋。
與其他方法相比,100mV極化值準則的優(yōu)點是:
①裸管或涂覆層很差的管道特別適用;
②在腐蝕電位非常低(例如,500mV或更負)和/或達到負850mV極化電位準則所需的電流非常大的情況下,該方法是非常有效的。
③以減小對涂覆層的破壞,避免產(chǎn)生氫脆。
缺點:
①需測量時間長、費用高;
②如果有雜散電流、或犧牲陽極與構(gòu)筑物直接相連、或存在外部強制電流設備并且不能被中斷的話,很難測得理想結(jié)果,或者說測量結(jié)果無法分析;
③不能用于高溫條件下、SRB的土壤中存在雜散電流干擾及異種金屬電連接的構(gòu)筑物。
除以上準則外,尚有凈保護電流準則和300mV電位偏移準則等。凈保護電流準則,是在預先確定的放電點處測量從電解質(zhì)流向金屬構(gòu)筑物表面的凈保護電流,就可認為達到陰極保護。其腐蝕活性點的測定,可采用密間隔電位測試法(CIPS)。此項技術(shù) 適用于裸管。通常不適用于多條管道處于同一通道、電解質(zhì)電阻率較高、管道埋設較深、大直徑的管道、雜散電流區(qū)域或與其他埋地構(gòu)筑物沒有絕緣的管道。
300mV電位偏移準則,是以金屬構(gòu)筑物的自然電位為基準,再將電位負移300mV為 小保護電位。該準則在有些情況下似乎是可行的,但在有些情況下,是不可采用的。因為電位偏移含有IR降引起的誤差。這項準則在早期版本RP 0169中曾提出,目前國內(nèi)外的標準中都已不再使用。
為了保證陰極保護準則執(zhí)行準確,這些年來,國內(nèi)外發(fā)布的標準規(guī)范中,對通電電位-0.85V(CSE)準則、極化電-0.85V(CSE)準則及100mV極化值準則的測量方法進一步細化、并做了注釋說明。例如,國外標準BS EN 12954: 2001、ISO 15589-2003和NACE SP 0169--2007等;國內(nèi)標準CJJ 95-2003、GB/T 21447-2008、GB/T 21448--2008和GB 50393-2008等。其中GB/T 21448與NACE SP 0169相比,更便于理解和操作。國標不僅給出了埋地鋼質(zhì)管道陰極保護的 小保護電位,而且給出了 大保護電位。