第五节 埋地钢管电保护

一、外加电源阴极保护

利用外加的直流电源，通常是阴极保护站产生的直流电源，使金属管道对土壤造成负电位保护方法，称为外加电源阴极保护。其原理如图4-13所示。阴极保护站直流电源的正极与接地阳极（常用的阳极材料有废旧钢材，永久性阳极材料有石墨和高硅铁）连接，负极与被保护的管道在通电点连接。外加电流从电源正极通过导线流向接地阳极，它和通电点的连线与管道垂直，连线两端点的水平距离约为300～500m。直流电由接地阳极经土壤流入被保护的管道，再从管道经导线流回负极，这样使整个管道成为阴极，接地阳极成为腐蚀电池，接地阳极的正离子流入土壤，不断受到腐蚀，管道则受到保护。

埋地金属管道达到阴极保护的最低电位值U₂，由土壤腐蚀性质等因素决定，一般需要通过较长期的实践或在实验室测定来决定其数值。当阴极保护通电点处金属管道的电位过大时，可使涂在管道上的沥青绝缘层剥落而引起严重后果，故通电点的最高电位U₁也必须控制在一安全数值之内。

一个阴极保护站的保护半径R=15～20km，两个保护站之间的保护距离S=40～60km，如图4-14所示。

当被保护的管道与其他地下金属管道或构筑物邻近时，必须考虑阴极保护站的杂散电流对它们的影响。当这种影响超过现行标准时，就应考虑燃气管道与相邻地下金属管道或构筑物共同的电保护措施。

二、牺牲阳极保护法

采用比被保护金属电极电位较负的金属材料和被保护金属相连，以防止被保护金属遭受腐蚀，这种方法称为牺牲阳极保护法。电极电位较负的金属与电极电位较正的被保护金属，在电解质溶液（土壤）中形成原电池，作为保护电源。电位较负的金属成为阳极，在输出电流过程中遭受破坏，故称为牺牲阳极，其工作原理如图4-15所示。

所谓标准电极电位，即浸在标准盐溶液（活度为1）中的金属的电位，与假定等于零的标准氢电极的电位之间的电位差，是一个相对值。一些金属可按其标准电极电位增长的顺序排列成电化学次序，见表4-10。

牺牲阳极又名为保护器，通常用电极电位比铁更负的金属，如镁、铝、锌及其合金作为阳极。

使用牺牲阳极保护时，被保护的金属管道应有良好的防腐绝缘层，此管道与其他不需要保护的金属管道或构筑物之间没有通电性，即绝缘良好。

每种牺牲阳极都相应地有一种或几种最适宜的填包料。例如锌合金阳极，用硫酸钠、石膏粉和膨润土作填包料。填包料的电阻率很小，使保护器流出的电流较大，填包料使保护器受到均匀的腐蚀。阳极应埋设在土壤冰冻以下。在土壤不致冻结的情况下，阳极和管道的距离在0.3～0.7m范围内，对保护电位影响不大。

三、排流保护法

防止地下杂散电流腐蚀的方法，除增加回路电阻（即加强防腐绝缘层）、阴极保护和牺牲阳极保护外，还可用排流保护法。

用排流导线将管道的排流点与电气化铁路的钢轨、回馈线或牵引变电站的阴极母线相连接，使管道上的杂散电流不经土壤而经过导线单向地流回电源的负极，从而保证管道不受腐蚀，这种方法称为排流保护法。排流保护法有直接排流和极化排流两种。

直接排流就是把管道连接到产生杂散电流的直流电源的负极上。当回流点的电位相当稳定，负极与管道之间的导电率不大，而“管道—负极”的电位差大于“管道—大地”的电位差，并且总是正电位时，直接排流设备才是有效的。

当回流点的电位不稳定，其数值和方向经常变化时，采用直接排流设备可能由于周期性交变破坏作用而使管道受到损害。在这种情况下就需要采用极化排流设备来防止腐蚀。极化排流保护与直接排流保护的区别在于设有整流器，其保护原理如图4-16所示。