陰極保護設計

設計因素

管道陰極保護可分別採用犧牲陽極法、外加電流法或兩種方法結合，設計時應視工程規模、土壤環境、管道防腐層質量等因素，經濟合理地選用。對於高溫、防腐層剝離、隔熱保溫層、禁止、細菌侵蝕及電解質異常污染等特殊條件下，陰極保護可能無效或部分無效，在設計時應給予考慮，為了使所設計的陰極保護系統有效，管道要滿足以下條件：

1、管道必須是電氣連續性的，對於焊接管道，這不是問題。如果管道上有承插接口，法蘭連線的閥門，要用跨接線跨接。

2、被保護的管道段必須和其他埋地管道、電纜、接地極絕緣，可採用絕緣接頭或絕緣法蘭；套管穿越時，主管和套管之間要安裝絕緣墊塊。

3、管道穿越其他管道、電纜、或埋地結構時，其間距要大於0.4米，如果間距小於0.1米要在它們之間安裝絕緣把，以提供機械保護、防止腐蝕干擾。

設計陰極保護系統需要考慮的因素

給管道做陰極保護一般都會採用犧牲陽極陰極保護、外加電流陰極保護或者這兩者之間相結合使用。在施工之前的設計方案中，應該考慮到工程的規模，施工的環境，土壤的情況，最後還要考慮到這條被保護管道的防腐層質量等因素，選擇最合適最經濟的方法。在某些特殊的環境中，有時陰極保護系統會失效或者部分效果不佳，所以在設計施工方案時，應該將這些特殊環境考慮進去，比如：周圍溫度高，管道的防腐層脫落，隔熱保溫層的情況，禁止周圍電氣金屬設施，環境中的細菌侵蝕情況以及周圍環境的污染等情況。

外加電流

在外加電流陰極保護設計時，對於管道與設備的連線部位應重點考慮，特別是管道與二次濾網、收球網、凝汽器相連的部位，從實際情況來看，這些部位也是腐蝕最嚴重的部位，應該重點保護。在陰極保護設計時，對於該部分，建議採用獨立的恆電位儀進行控制，使之成為一個單獨的系統，同時在特徵的連線部位設定參比電極進行檢測，以避免過保護可能引起的危害。外加電流陰極保護一般與防腐塗層聯合使用，對於較小的管道無法塗刷防腐塗層，設計時根據海水流速及裸鋼，選取合適的保護電流密度；同時，由於在小管道中輔助陽極的電流傳輸距離較短，在小管道保護設計時，應根據管道大小並考慮到管道走向等，合理計算輔助陽極的數量，並在管道系統中合理布置。
我們知道，管道中海水的流速不同，其對金屬材料的腐蝕速率也不同。對一般碳鋼來說，流速高，腐蝕較重，而流速小，則腐蝕較輕。這是因為碳鋼在海水中的腐蝕速度受溶解氧的擴散速度控制，流速越大，擴散層厚度越小，氧的極限擴散電流密度就越大，相應地腐蝕速度也越大。在實際中常選10CrMoAI鋼作為小管道材料，這種材料的腐蝕速度隨流速開始是緩慢增加，然後增長越來越快。而對於1Crl8Ni9Ti和TC4，在高流速情況下，氧的供應快速而充分，有利於表面膜的成長與修復，使材料處於鈍化狀態，故流速變化對腐蝕速度影響不大，且這種情況下還不易發生點蝕。在陰極保護情況下，海水流速不同，所需保護電流密度也不同，這是由於流速影響了金屬材料的電極電位，要維持最小保護電位所需外加電流值將隨流速增大而增加。通常海水流速增加，金屬材料的腐蝕電位向正方向移動，而在異金屬接觸腐蝕情況下，海水流速增加，可使偶對中陽極材料的腐蝕加劇。所有這些，我們在進行海水管道系統外加電流陰極保護設計時都必須加以考慮。

保護結構	防腐層有效率	電流密度
保護結構	防腐層有效率	裸金屬	帶塗層金屬
環氧或更高級防腐層	99.5~99.9	10.76	0.010~0.054
瀝青或油漆管道塗層	65.0~95.0	10.76	0.538~3.767
儲罐底板	33.3~98.3	32.29	0.538~21.529
冷水淡水儲罐	33.3~98.3	32.29	0.538~21.529
冷水海水儲罐	20.0~90.0	53.82	0.538~43.056
熱水淡水儲罐	40.0~94.0	53.82	0.522~32.292
淡水鋼樁	70.0~98.0	53.82	1.076~16.146
海水鋼樁	60.0~98.0	53.82	1.076~21.529

塗層類型	電流密度（mA/m2）	塗層破損率（%）	塗層電阻率（Ω .m2）
煤焦油瓷漆、瀝青、環氧煤瀝青防腐層	0.05~0.1	0.5~1	5000~10000
環氧粉末、膠帶	0.01~0.05	0.1~0.5	50000
3層PE防腐層	0.01	0.1	100000

管道塗層	mA/m2
	10年設計壽命	20年設計壽命	30年設計壽命
瀝青、煤焦油瓷漆、冷纏膠帶防腐層	0.4	0.6	0.8
熔結環氧粉末、液態環氧塗層	0.4	0.6	0.9
3層PE或3層聚丙烯塗層	0.08	0.1	0.4

陰極保護設計

基本介紹

設計因素

外加電流

設計數據

陰極保護電流

軍隊保護電流密度

石油行業電流密度

國際標準電流密度

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