阴极保护装置

阴极保护的主要装置

阴极保护的主要装置有：绝缘法兰、测试桩、检查片。阴极保护还需要电源设施，辅助阳极，或代替直流电源的牺牲阳极等。

一、绝缘法兰

绝缘法兰是在管道上安装的具有电绝缘性能的法兰接头。它包括一对钢质金属法兰和法兰间的绝缘密封零件，法兰紧固件，以及紧固件与法兰间的电绝缘件，和与法兰相焊的一对钢质短管。

（一）绝缘法兰的作用与安装

安装绝缘法兰的目的，是将被保护管道和不应受保护的金属体从导电性上分开。它是在施加阴极保护的管段上设置的，以切断管道的电连续性为目的，具有电绝缘性的法兰接头。如果没有此装置，保护电流将会沿着金属导体流到不应受保护的管道、金属体或大地从而增大电源功率的输出，缩短保护长度。在杂散电流干扰区，绝缘法兰还可用来分割干扰区和非干扰区，减少杂散电流的干扰区域。

绝缘法兰一般安装在下列各处。

1.管道与站、库的连接处。

2.支管与干管的连接处。

3.有防腐层管段与裸管道的连接处。

4.管道大型穿、跨越的两端。

5.新、旧管道，不同材质管道的连接处。

6.杂散电流干扰区。

（二）绝缘法兰的构造与安装

绝缘法兰分为比压密封型（简称I型）和自紧密封型（简称Ⅱ型）绝缘法兰。I型绝缘法兰只应用于公称压力PN≤2.5MPa的场合。

I型和Ⅱ型绝缘法兰的结构分别见图1和图2。

绝缘密封垫片和紧固件绝缘零件在绝缘工作表面间的电阻值均应不小于500MΩ。有关绝缘法兰的技术标准可参见SYJ 16—84《绝缘法兰设计技术规定》。

制作I型绝缘法兰的绝缘垫片材料，可以采用橡胶石棉板、耐油橡胶石棉板、氯丁橡胶板、织物基氯丁橡胶板等。

制作Ⅱ型绝缘法兰的绝缘垫片材料，可以采用酚醛层压布板、环氧酚醛层压玻璃布板等。绝缘螺栓衬套和螺栓垫圈的材料，推荐采用高强度的酚醛层压布板（棒）。

有关绝缘法兰的安装有以下规定：

1.绝缘法兰的选择应根据使用的温度、压力及绝缘性能进行选择，应避免安装在有可燃性气体的封闭场所。应预组装、检验合格后，才可整体焊接在装设处。

2.绝缘法兰敷设防腐涂层

绝缘法兰严禁安装在转弯处，安装后的绝缘法兰外面应敷设良好的防腐涂层。绝缘法兰严禁埋地和浸泡在水中，法兰两侧各10m内的管道，应做特加强防腐，防止短路。

3.内壁防腐涂层

输水管道绝缘法兰内壁应涂一定长度的内防腐涂层，以防内部导通，丧失电绝缘性。

4.防电保护设施

绝缘法兰两侧应设有预防雷击和过电流的保护设施。

（三）整体埋地型绝缘接头

绝缘法兰是阴极保护的重要构件之一。其绝缘性能的优劣往往影响和决定工程的整体保护效果。绝缘法兰绝缘不良，可导致阴极保护的失败和大量保护电流的散失。但上述绝缘法兰本身存在着很多隐患与缺陷。

1.密封性能差

绝缘法兰密封性能不够理理想。

2.装配缺点

现场装配很难满足洁净、干燥的条件。

3.吸水性缺点

绝缘材料吸水后易老化。

4.接头处易短路

接头处极易造成短路，大部分是由于外部异物掉入法兰沟槽引起。

5.耐压弱

耐击穿电压能力弱。

6.不能直埋

必须设置检修井或架空，维修费用高。

因此，绝缘法兰是比管道更易泄漏的连接处和薄弱环节。近30年来随着阴极保护技术的发展，电绝缘连接的方法也在不断的改进和发展。已发展了具有电隔离功能稳定的固定可拆卸的管道连接器。特别是整体型绝缘接头，其刚性设计使它具有出色的抗弯能力，可安全搬运。其平均绝缘强度在15,000V和20,000V之间。机械性能与电性能均是高指标，见图3。

如图所示，整体型绝缘接头由于内置两道密封连接作用，而提供了防止较高内压下可能产生的漏泄。它可与管道同时敷设在地下而不用建测试井或闸井，从而方便了施工。国外发达国家如美国和西德己用整体埋地型绝缘接头取代了绝缘法兰。我国石油天然气总公司也研制了类似绝缘接头，并开始在工程上使用。这对于阴极保护技术的推广、尤其是在城市管网中阴极保护的普及，更为方便和经济，并节约了绝缘法兰井的占地。

（四）绝缘法兰的防护

在有高压强电线路的地区敷设管道，并安装有绝缘法兰时，为防止交流干扰或高压故障对绝缘法兰的破坏，常常安装接地电池来保护绝缘法兰见图4。当绝缘法兰装在有防爆要求的地方时，应用玻璃布包缠并涂装，以防止发生火花。或者直接安装带有防爆火花间隙的绝缘法兰见图5。

二、阴极保护测试桩

测试桩是从埋地管道上引出的，用于测量管道阴极保护参数的永久测试装置。测试桩也叫检查头，它沿管道安装，每隔一定距离焊接一组测试导线，引到测试装置上。测试导线可固定在水泥测试桩上，或置于保护钢管内。因此有水泥桩和钢管桩之分，测试桩有设置在地

上的，有设置在地下的，长输管线一般设置在地上，城市管线因占地的限制有些设在地表下，结构都相同。

测试桩的典型结构及导线连接见图6。

钢制地上测试桩，是由钢制成的或是合成材料型的，其上端呈扁平状，由带有编号盘的硬聚氯乙烯管，及一带锁的盖板和后面装有接线端子的绝缘板组成。混凝土桩的上部也设有测试盒，铸造的盒子内装有塑料板和必要数量的接线端子，通过带有穿入口的2"钢管穿入电缆。

设于地表下的测试桩经常因地下湿气和凝水的浸蚀受到损坏。为此，将测试头密封在一个封闭的塑料盒内，且按线端一律选用钢制品。否则会造成测试误差。

测试桩一般应设立在(对于长输管线)：

1.被保护管道每隔l～2公里设一电位测试桩；

2.被保护管道每隔5～8公里设一电流测试桩；

3.管道穿、跨越过铁路、公路、河流处；

4.绝缘法兰两侧；

5.杂散电流干扰区；

6.与其它管道、电缆交叉处。

城市管线则应根据地形和地理位置和管线分布的实际情况设置必要的测试桩。例如：高、中压线，中、低压线的交接处；主干线与支线的相交处等。上述第3、4、5、6条也适用于城市管线。

三、检查片

为了定量测量阴极保护效果，而在管道沿线典型地段埋设的与被保护管道相同材质的钢质试片。

检查片一般成对埋设，一片与管道相连（施加电保护），另一片不相连。经一定时间后开挖、称重、计算保护度。

式中 G1-无电保护检查片的失重，g；

S1-无电保护护检查片的面积，cm2；

G2-有电保护检查片的失重，g；

S2-有电保护检查片的面积，cm2。

钢试片的大小为：100mm×50mm×5mm。称重精度为0.01g。试片要经有机溶剂脱脂，酸洗除锈和去除轧制氧化皮。吹干干燥24小时后才能精确称重。并用沥青或石蜡将检查片上编号和准测试都位涂敷覆盖，严格计算暴露面积。

检查片常规测试周期不得小于一年。推荐为1、2、5、10、20年。检查片埋设参见图7。

检查片之间相距300mm。在杂散电流干扰区，应把检查片埋在直流杂散电流从管道流出的地点。

检查片单位时间单位面积的失重按下式计算：

式中 V-检查片平均腐蚀速率，mg/（cm2·d）；

W-检查片失重，g；

A-检查片暴露面积，cm2；

t-检查片埋设时间，d。

检查片单位时间的平均厚度损失为：

式中 VL-检查片平均腐蚀速度，mm/a；

Ρ-检查片密度，g/cm3。

四、均压线

为避免干扰腐蚀，用电缆将同沟敷设、近距离平行或交叉的管道连接起来，以消除管道之间的电位差，比电缆称之为均压线。

地压线安装后，两管道间的电位差不超过50mV。

均压线的施工多在己运行中的管道上进行，为保证不停输的带压施工条件，要求施工必须快速、安全。为避免动火，我国四川气田建设中采用了导电胶粘接技术。并经实践证明了用导电胶粘接均压线完全符合使用要求。

导电胶不但要有一定的粘接强度，而且还要具有优良的导电性，并能在短时间内迅速固化，达到良好的粘接和导电。

导电胶成份有市售导电胶和自制导电胶两种配方。

（一）市售导电胶配方有DAD-l和DAD-2两种

1.DAD-1导电胶的组分：

303改性酮苯二酚甲醛

三聚甲醛

银粉

1份 0.2份 3.6份 0.05份 氢氧化钠

2.DAD-2导电胶的组分：

聚酯树脂

1份 4份 10份 改性的异氰酸酯 银粉

（二）自制的导电胶配方的组分

618环氧树脂

聚硫橡胶

银粉 7g 1.4g 50g

上述材料搅拌均匀，加入固化剂

苯二甲胺

1.2g 1滴（约0.05g） N-苯基-R·N-甲基胺

按此配方配好混合搅拌均匀后，二小时胶凝，四小时硬化，用上述重量比可粘一处接头。导电胶应在15℃以上环境施工，且应做好粘接前的表面处理。粘接后要等硬化后检查导电良好才能作防腐处理。