某城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿罓奚枠O服役情況測試及改進(jìn)建議

劉旭文

（中央制塑（天津）有限公司，天津 300392）

0 引言

陰極保護(hù)技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的防腐措施在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。陰極保護(hù)技術(shù)根據(jù)保護(hù)電流的供給方式，可分為犧牲陽極陰極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法[1-3]。采用犧牲陽極法的主要優(yōu)點(diǎn)有：無需外部電源、對外界干擾少、安裝維護(hù)費(fèi)用低、無需征地或占用其他建筑物，因此特別適合于城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖姆雷o(hù)[4,5]。然而，目前關(guān)于燃?xì)夤艿罓奚枠O服役性能的研究較少。同時，犧牲陽極的保護(hù)情況相關(guān)的信息缺乏系統(tǒng)的測試和研究，因此無法全面掌握燃?xì)夤艿罓奚枠O的服役狀況及保護(hù)效果，無法保證陰極保護(hù)系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

某城鎮(zhèn)燃?xì)夤緦ζ渎竦厝細(xì)夤艿啦捎昧随V合金犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)以來，現(xiàn)有犧牲陽極服役時間已經(jīng)達(dá)到10年以上。 目前燃?xì)庑枨罅亢凸艿赖闹匾圆粩嗵岣撸瑢θ細(xì)夤艿赖陌踩蕴岢隽诵碌囊蟆Ｉ鐣A(chǔ)設(shè)施的大力興建也會使管道遭受交、直流干擾的風(fēng)險日益增高。為了掌握埋地燃?xì)夤艿罓奚枠O的服役狀況，本文通過對此管段涉及到的犧牲陽極的服役參數(shù)進(jìn)行全面的現(xiàn)場測試，對燃?xì)夤艿罓奚枠O陰保系統(tǒng)的保護(hù)效果進(jìn)行了分析評價，以便于有針對性的提出合理有效的改進(jìn)建議。

1 檢測儀器及現(xiàn)場測試內(nèi)容

1.1 犧牲陽極系統(tǒng)檢測設(shè)備、儀器（如表1所示）

表1 采用的檢測設(shè)備、儀器

1.2 犧牲陽極現(xiàn)場測試的參數(shù)

每個犧牲陽極測試樁現(xiàn)場測試的參數(shù)包括6項(xiàng)：管道自然電位，管道保護(hù)電位，鎂陽極開路電位，陽極輸出電流，陽極接地電阻，土壤電阻率。

2 檢測方法及步驟

2.1 檢測方法原理

（1）管地電位檢測

在陰保測試樁處，采用數(shù)字萬用表將其負(fù)接線柱與飽和硫酸銅參比電極（Cu/CuSO4）連接，正接線柱與管道連接，參比電極放置在管道的正上地表的潮濕土壤上，以減少參比電極與土壤的接觸電阻。將數(shù)字萬用表調(diào)到直流電壓量程上，測得電壓即為管道相對于參比電極的自然電位值；

（2）保護(hù)電位檢測

測量前，確認(rèn)管道處于極化狀態(tài)。測量時，將飽和硫酸銅參比電極放置在管道的正上地表的潮濕土壤上，應(yīng)保證參比電極底部與土壤接觸良好，數(shù)字萬用表的負(fù)接線柱與硫酸銅參比電極連接，正接線柱與犧牲陽極和管道的連接片連接，將電壓表調(diào)至適宜的量程上讀取并記錄數(shù)據(jù)；

（3）犧牲陽極開路電位檢測

斷開犧牲陽極與管道的連接，將萬用表的正極與犧牲陽極連接，負(fù)極與飽和銅/硫酸銅參比電極連接，將參比電極放置在犧牲陽極埋設(shè)位置正上方的潮濕土壤上，應(yīng)保證硫酸銅電極底部與土壤接觸良好。數(shù)字萬用表調(diào)至適宜的量程上，讀取數(shù)據(jù)，做好電位值記錄；

（4）犧牲陽極輸出電流檢測

犧牲陽極（組）的輸出電流可采用直測法。斷開犧牲陽極，將萬用表正極與管道連接，負(fù)極與犧牲陽極相連，量程調(diào)至10A，直接讀取電流值；

（5）犧牲陽極接地電阻檢測

接地電阻測量采用額定電流變極法（接地電阻測量原理如圖1所示），即在測量對象E接地極和C（H）電流極之間流動交流額定電流I，求取E接地極和P（S）電壓極的電位差V，并根據(jù)公式R=V/I計(jì)算接地電阻值R。

圖1 接地電阻測量原理圖

陽極接地電阻采用四線法測量（四線精密測試接地電阻如圖2所示），增加ES輔助地極，實(shí)際測試時ES與E夾在接地體的同一點(diǎn)上。從被測物體開始，一般間隔5～20m，分別將P（S）、C（H）輔助接地棒呈一直線深埋入大地，將接地測試線（黑、綠、黃、紅）從儀表的E、ES、P（S）、C（H）接口開始對應(yīng)連接到被測接地極E、輔助電壓極P（S）、輔助電流極C（H）上，然后進(jìn)行測試。完成測試后顯示穩(wěn)定的陽極接地電阻值；

圖2 四線精密測試接地電阻

（6）土壤電阻率檢測

土壤電阻率ρ是決定接地體接地電阻的重要因數(shù)。不同性質(zhì)的土壤，固然有不同的土壤電阻率，就是同一種土壤，由于溫度和含水量等不同，土壤電阻率也會隨之發(fā)生顯著的變化。因此，為了在進(jìn)行接地裝置設(shè)計(jì)時有正確的依據(jù)，使所設(shè)計(jì)的接地裝置更能符合實(shí)際工作的需要，必須進(jìn)行土壤電阻率的測量。

土壤電阻率采用四極法進(jìn)行測量。根據(jù)公式ρ=2πaR（Ωm）計(jì)算土壤電阻率ρ，單位為Ωm，其中：a-電極間距R-P（S）-ES電極間土壤的電阻，（土壤電阻率測量原理如圖3所示）。

圖3 土壤電阻率測量原理

土壤電阻率（ρ）測量采用四極法，測量流程：（四極法精密測試土壤電阻率如圖4所示），連接測試線，注意輔助接地棒間的間距及埋入深度，分別將C（H）、P（S）、ES、E輔助接地棒呈一直線深埋入大地，將接地測試線（紅、黃、綠、黑）從儀表的C（H）、P（S）、ES、E接口開始對應(yīng)連接到被測C（H）、P（S）、ES、E輔助接地棒上，然后進(jìn)行測試。完成測試后顯示穩(wěn)定的土壤電阻率值。

圖4 四極法精密測試土壤電阻率

2.2 檢測步驟

（1）首先打開井蓋，觀測井內(nèi)情況；然后采用通風(fēng)管對井內(nèi)通風(fēng)，井內(nèi)氣體探測（如圖5所示）；

圖5 觀察、通風(fēng)、探測

（2）安全措施到位后，人員方可下閥井檢測6項(xiàng)參數(shù)，并進(jìn)行土壤電阻率檢測，（下井檢測、土壤電阻率檢測如圖6所示）。

圖6 下井檢測、土壤電阻率檢測

3 現(xiàn)場檢測結(jié)果

（1）在39處犧牲陽極測試樁檢測點(diǎn)中，由于年久失修，保護(hù)電位達(dá)標(biāo)的只有3處；欠保護(hù)的有32處，占比較大；未起到保護(hù)作用的有4處；

（2）陽極開路電位，由于大部分接線柱銹蝕，螺栓銹蝕無法斷開，因此只檢測了18處，由于采用的是普通鎂陽極，開路電位處于正常水平，這18處的數(shù)據(jù)分布在 -0.965～-1.565VCSE。部分陽極的開路電位偏正，可能與現(xiàn)場環(huán)境等因素有關(guān)，有待進(jìn)一步研究；

（3）陽極輸出電流，由于大部分接線柱銹蝕，螺栓銹蝕無法斷開，因此只檢測了18處，其輸出電流在40～440mA。陽極輸出電流過小可能是由于接地電阻過大，或陽極開路電位過正，或管道涂層較好而導(dǎo)致；

（4）陽極接地電阻，由于大部分接線柱銹蝕，螺栓銹蝕無法斷開，因此只檢測了18處，接地電阻大于35Ω的只有1處，其余接地電阻均小于35Ω。對于較高的陽極接地電阻，可能的原因有土壤電阻率過高，或陽極電位過正引起致密的腐蝕產(chǎn)物膜，或陽極消耗過大使尺寸變小等，具體原因有待進(jìn)一步研究；

（5）土壤電阻率共檢測39處，小于10Ωm的共有13處，占比三分之一；10～100Ωm的共有26處，占比三分之二；

（6）部分測試樁連接管道線與陽極線的銅片銹蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致管道線與陽極線接觸不良容易發(fā)生虛接問題（虛接問題如圖7所示）；另外，部分測試樁接線面板上犧牲陽極線與管道線未有效連接，管道未起到保護(hù)（未有效連接如圖8所示）。

圖7 虛接問題

圖8 未有效連接

4 結(jié)語

（1）通過對39處犧牲陽極系統(tǒng)的6項(xiàng)服役參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場檢測，初步掌握了該燃?xì)夤灸壳盃奚枠O陰保系統(tǒng)的服役狀況；

（2）在管道的日常維護(hù)管理中，要定期對管道的服役參數(shù)進(jìn)行測試，對于欠保護(hù)的建議適度的增加檢測頻次，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時地采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而延長犧牲陽極的服役壽命；

（3）測試樁內(nèi)部分接線柱未接線，而且部分測試樁接線柱銹蝕，螺栓銹蝕，建議在條件允許的情況下進(jìn)行整改；

（4）在建設(shè)測試樁或者匯流樁時，不應(yīng)把測試樁建在閥井內(nèi)，不便于維護(hù)和保養(yǎng)，而且長期處于井內(nèi)更易造成鋼樁及接線柱的嚴(yán)重腐蝕，不便于檢測；因此，在后續(xù)的犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中，建議將測試樁設(shè)計(jì)在埋地管道的上方地面。