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外加電流型陰極保護系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)與調(diào)試
華東電力 1996年第7期
崔志堅 安徽電建二公司(232089)
摘 要 介紹了平圩電廠外加電流型陰極保護系統(tǒng)的工作原理、裝置構(gòu)造、調(diào)試情況及應(yīng)注意的問題,著重介紹了保護電極電位的標準及其測量方法。最后提出了系統(tǒng)運行中定期測試和檢查的內(nèi)容與要求。
關(guān)鍵詞 外加電流型陰極保護 保護電位 極化電位
收稿日期 1996—03—29
工作于土壤或水中的任何金屬結(jié)構(gòu)物或設(shè)備,如土壤中水的電阻率在10000Ω·cm以下,就屬于腐蝕性區(qū)域。對其中的金屬結(jié)構(gòu)物就有電化腐蝕作用,其腐蝕程度將隨電阻率的降低而增強。因此對腐蝕性地區(qū)金屬結(jié)構(gòu)物實施陰極保護有較大的經(jīng)濟價值。安徽平圩電廠廠區(qū)土壤電阻率為:ρ平均 2100Ω·cm,ρ
流型陰極保護。
1 外加電流型陰極保護原理
根據(jù)電化腐蝕氧化--還原反應(yīng)原理,人為將須保護的鋼鐵結(jié)構(gòu)物作為陰極,另用不溶性的物質(zhì)作陽極(通常是石墨),兩者同處于相同的電解質(zhì)中,在兩極之間外加與原電池極性相反的直流電源。這樣在通電后,大量的電子被強制從電解質(zhì)中流向被保護的鋼鐵結(jié)構(gòu)物,使鋼鐵表面產(chǎn)生負電荷(電子)的積累,這樣就抑制了鋼鐵發(fā)生失去電子的作用,從而防止了鋼鐵的腐蝕,采用這種方式的保護就是外加電流型陰極保護,保護原理如圖1所示。
2 陰極保護的實際構(gòu)成
平圩電廠廠區(qū)共有23口陰極保護陽極井,每口保護井由就地整流電源屏和陽極井組成。整流屏中有三相10kVA多抽頭變壓器一臺,硒全波整流件一套。在電源正端接有多只熔絲和直流分流器,并分別連接對應(yīng)編號的陽極電纜。在屏的上部有指示儀表和轉(zhuǎn)換開關(guān)等。
陽極井如圖2所示,井深45m,井壁由Φ273的鋼管構(gòu)成。隨保護范圍不同,分別裝有(7～15個)不同數(shù)目的石墨陽極。各陽極分別均勻固定于井中的一根硬塑料管上。在硬塑料管的不同部位還設(shè)有支撐,以防陽極碰撞。每個陽極都用陰極保護專用電纜分別連接于對應(yīng)的直流分流器上。在各陽極與井壁之間填入焦碳粉末,以降低回路電阻,提高電流的均勻性,延長陽極壽命。
3 陰極保護系統(tǒng)的調(diào)試
3.1 測試標準
測量直埋于土壤中鋼鐵等金屬結(jié)構(gòu)物的保護電位,是一種普遍使用的判斷陰極保護優(yōu)劣廠區(qū)表面 1600Ω·cm,屬腐蝕性,故在廠區(qū)設(shè)有深井陽極外加電
的有效方法。這里提供的三個保護電位標準,均指使用標準Cu/CuSO4飽和溶液參比電極的測試電位。
1)在陰極保護投用后,被保護的鋼鐵結(jié)構(gòu)物相對于標準Cu/CuSO4參比電極的直流電位值為-0.85V或更負些,但不得負于-2.0V。否則,將對涂敷層造成破壞作用。
2)在陰極保護接通和斷開的兩種情況下,接通時的結(jié)構(gòu)物直流電位比斷開時低300mV。
3)極化電位=|斷開電位|-|自然電位|≥100mV。
在陰極保護投入前或斷電后24h,可測得鋼鐵結(jié)構(gòu)物對標準Cu/CuSO4參比電極的電位,這就是該地區(qū)的自然電位。在運行過程中,如地下結(jié)構(gòu)物沒有較大的改變,一般每五年測取一次自然電位即可。
3.2 保護電位測量方法
測量保護電位一般使用內(nèi)阻大于或等于1MΩ的數(shù)字式直流電壓表。在被保護區(qū)域的金屬結(jié)構(gòu)物上廣泛選定電位測量點。測試時,通常將電壓表的負極直接接至被測結(jié)構(gòu)物,當結(jié)構(gòu)物有接頭時,應(yīng)接在靠近陰極側(cè),這點必須注意。電壓表的正極接Cu/CuSO4參比電極,參比電極盡可能靠近被測點結(jié)構(gòu)物土壤放置,且與土壤接觸良好。如結(jié)構(gòu)物為涂敷良好的鋼管線,參比電極可放在直接與土壤接觸的被測試結(jié)構(gòu)物上。
3.3 單井調(diào)試程序及應(yīng)注意的問題
陰極保護在投入使用之前,應(yīng)對每口井單獨調(diào)試。在以每口井為圓心,以R(設(shè)計提供)為半徑的保護圓內(nèi),應(yīng)廣泛選定電位測試位置。對保護區(qū)內(nèi)的接地網(wǎng)、各種管道等重要設(shè)備應(yīng)重點測試。若地下管道埋入較深,則應(yīng)預(yù)先選點,并引出地面,作為電位測試位置。下面以一口井為例介紹調(diào)試情況。
1)一般性檢查
在通電前,應(yīng)先檢查電源的正負輸出端,確保其有短路現(xiàn)象。隨后將輸出電壓調(diào)至最低一檔,接通電源,這時通過電壓表測量,確保各陽極接在電源正極上,被保護的金屬結(jié)構(gòu)物接在電源負極上。否則,不但起不到保護作用,反而加劇金屬的腐蝕,這一點千萬不可馬虎。
2)測量各陽極電流
每個陽極均有對應(yīng)的直流分流器,測量電流時,應(yīng)以測量毫伏數(shù)為準。各陽極電流應(yīng)相差較小,以提高各陽極的利用率和保護效果。陽極壽命一般公式:
年壽命=陽極重量×效率×利用系數(shù)/(消耗率×釋放電流)
從公式可看出,年壽命與釋放電流成反比。因此,電流大的陽極將先耗完,這樣將影響保護電流分布的均勻性,降低保護性能,甚至導致提前更換陽極。
3)保護電位的測量
在每口井的保護區(qū)內(nèi),選定一定數(shù)量的電位測試點。通過調(diào)整整流屏輸出電壓來調(diào)節(jié)保護電流。按上述保護電位測量方法,使保護區(qū)內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)物對Cu/CuSO4參比電極的電位應(yīng)滿足-0.85V或更負些,但不小于-2.0V,否則將對金屬結(jié)構(gòu)物的保護涂層造成破壞。如能滿足保護接通時結(jié)構(gòu)物電位比保護關(guān)閉時低,也說明有保護作用,能低300mV為最佳。在較理想情況下,電位均勻變化,離井越遠,保護越弱(單井工作時),避免出現(xiàn)過保護現(xiàn)象。
4)電源輸入?yún)?shù)測量
在通過上述調(diào)整與保護電位的反復測試,選定合適的、滿足保護要求的輸出電壓檔,測量整流屏三相變壓器的輸入電壓、電流,以便了解其平衡情況和電源工作效率。
5)結(jié)構(gòu)物的連續(xù)性測量
結(jié)構(gòu)物的連續(xù)性是指被保護的金屬結(jié)構(gòu)物,特別是金屬管道,往往由于連結(jié)處的密封墊而導致結(jié)構(gòu)物金屬連續(xù)性不好或出現(xiàn)的高電阻現(xiàn)象。如結(jié)構(gòu)物存在這種不連續(xù)性,在陰極保護投運后,與陰極連結(jié)不好的結(jié)構(gòu)物,不但未受到保護,反而遭受更嚴重的腐蝕。因此,象循環(huán)水管、油管、凝結(jié)水管、服務(wù)水管等重要管路,都必須進行連續(xù)性測量。測量方法是:第一步,沿著被測管線測試保護電位,選取靠近管道最近的保護井,使之"開"和"關(guān)",測定接通和斷開兩個電位值,若UON大于UOFF,則說明有不連續(xù)存在;第二步,將陰極保護投入,將電壓表負表筆固定于受保護的管線,加長Cu/CuSO4參比電極引線,并使之沿管線逐漸遠離參比電極,這時測得的電位應(yīng)均勻變化,若某點保護電位突然變化,則說明該處存在不連續(xù)點。
3.4 整體調(diào)試
每口井調(diào)度完畢后,須將所有的保護井都投入工作。這時還應(yīng)對單井調(diào)試時所選的關(guān)鍵測試位置,再次進行保護電位測試,以便分析整體保護情況。對保護電位不夠理想的,應(yīng)選用就近的整流屏,再次調(diào)整保護電流,以滿足保護電位的需要。在陰極保護投運24h后,對上述各點還要重復測試保護電位。通過上述反復調(diào)整與測試,使整個保護處于最佳運行狀態(tài)。
陰極保護調(diào)試是一項時間長而繁雜的工作。由于被保護結(jié)構(gòu)物各不相同,對電解質(zhì)電位趨于穩(wěn)定所需的時間差異也很大,因此自陰極保護投入使用起,應(yīng)在所有的保護電位測試位置上進行經(jīng)常性測量,并不斷調(diào)整保護電流,以滿足保護電位的需要。一般起始為每周一次,隨著電位逐漸趨于穩(wěn)定以后,可每月測試一次。正常運行后,在地下結(jié)構(gòu)物沒有較大變動的情況下,一般以六個月為周期,進行周期測量。周期測量時,還應(yīng)仔細檢查陰極保護系統(tǒng)地面上全部部件和連結(jié)處是否損壞或不良,以便即時發(fā)現(xiàn)問題,預(yù)防陰極保護系統(tǒng)的破壞,使整個陰極保護系統(tǒng)達到經(jīng)濟運行的目的
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