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陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-25 05:37:25 更新時(shí)間：2025-07-24 05:37:25

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量檢測(cè)

陰極保護(hù)（Cathodic Protection, CP）是一種至關(guān)重要的防腐蝕工程技術(shù)，廣泛應(yīng)用于保護(hù)埋地或浸沒(méi)于電解質(zhì)（如土壤、海水、淡水）中的金屬結(jié)構(gòu)，如長(zhǎng)輸油氣管道、儲(chǔ)罐外底板、港口碼頭設(shè)施、海上平臺(tái)、船舶船體等。其原理是通過(guò)向被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)施加外部直流電流或連接犧牲陽(yáng)極，使其成為電化學(xué)電池中的陰極，從而抑制金屬的陽(yáng)極溶解（腐蝕）。為確保陰極保護(hù)系統(tǒng)有效運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期的防腐蝕效果并避免保護(hù)不足或過(guò)保護(hù)帶來(lái)的危害，必須定期、系統(tǒng)地對(duì)關(guān)鍵的陰極保護(hù)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量和評(píng)估。這些參數(shù)的檢測(cè)是陰極保護(hù)系統(tǒng)管理、維護(hù)和效果評(píng)價(jià)的核心環(huán)節(jié)。

檢測(cè)項(xiàng)目

陰極保護(hù)參數(shù)的檢測(cè)項(xiàng)目主要包括以下幾類核心指標(biāo)：

1. 保護(hù)電位： 這是評(píng)估陰極保護(hù)效果最直接、最重要的參數(shù)。測(cè)量金屬結(jié)構(gòu)相對(duì)于參比電極的電位，判斷其是否處于保護(hù)電位范圍內(nèi)（通常為-850mV至-1200mV vs Cu/CuSO4，具體范圍取決于環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)）。

2. 保護(hù)電流（輸出電流）： 對(duì)于強(qiáng)制電流系統(tǒng)，測(cè)量整流器輸出的直流電流大小，以監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和能耗。

3. 通電點(diǎn)電位： 強(qiáng)制電流系統(tǒng)中，陽(yáng)極地床與管道連接點(diǎn)（通電點(diǎn)）的電位。

4. 陽(yáng)極/地床性能參數(shù)： * 犧牲陽(yáng)極輸出電流/工作電位： 測(cè)量犧牲陽(yáng)極的輸出電流及其自身的工作電位。 * 陽(yáng)極接地電阻： 測(cè)量強(qiáng)制電流系統(tǒng)陽(yáng)極地床的對(duì)地電阻，評(píng)估其散流能力。

5. 絕緣性能： * 管道覆蓋層電阻/缺陷點(diǎn)檢測(cè)： 評(píng)估防腐層絕緣性能，定位破損點(diǎn)（常用DCVG, CIPS等方法）。 * 絕緣法蘭/接頭電阻： 測(cè)量隔離裝置（如絕緣法蘭、絕緣接頭）的絕緣性能，確保其有效隔離不同管段或設(shè)施。

6. 雜散電流干擾： 監(jiān)測(cè)直流或交流雜散電流的存在、大小和方向，評(píng)估其對(duì)被保護(hù)結(jié)構(gòu)或鄰近金屬構(gòu)筑物的干擾程度。

7. 土壤/電解質(zhì)電阻率： 測(cè)量環(huán)境介質(zhì)的導(dǎo)電性，對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和評(píng)估至關(guān)重要。

8. 管道電流（管中電流）： 測(cè)量沿管道流動(dòng)的電流大小，有助于分析保護(hù)電位分布和衰減情況。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行陰極保護(hù)參數(shù)檢測(cè)需要一系列專門的儀器：

1. 數(shù)字萬(wàn)用表（高輸入阻抗）： 基礎(chǔ)測(cè)量工具，用于測(cè)量電壓、電流、電阻等。必須具備高輸入阻抗（≥10MΩ）以避免測(cè)量回路加載影響電位讀數(shù)。

2. 參比電極： 提供穩(wěn)定的電位參考基準(zhǔn)，是測(cè)量保護(hù)電位的核心設(shè)備。常用類型包括： * 飽和銅/硫酸銅參比電極 (CSE)： 最常用于土壤環(huán)境中。 * 銀/氯化銀參比電極： 常用于海水或淡水環(huán)境。 * 鋅參比電極： 有時(shí)用于海水或特定土壤環(huán)境。

3. 電流鉗表（直流）： 用于測(cè)量管道電流或犧牲陽(yáng)極輸出電流，無(wú)需斷開(kāi)被測(cè)回路。

4. 接地電阻測(cè)試儀： 用于測(cè)量陽(yáng)極地床接地電阻、絕緣法蘭電阻等。

5. 密間隔電位測(cè)量系統(tǒng) (CIPS)： 用于沿管道連續(xù)測(cè)量管地電位，繪制電位分布圖，評(píng)估保護(hù)是否充分、均勻。

6. 直流電壓梯度測(cè)量系統(tǒng) (DCVG)： 用于檢測(cè)和定位防腐層破損點(diǎn)，并通過(guò)破損點(diǎn)電壓梯度大小評(píng)估破損嚴(yán)重程度。

7. 交流/直流雜散電流測(cè)繪儀： 用于測(cè)繪雜散電流的分布、大小和方向。

8. 土壤電阻率測(cè)試儀： 如溫納四極法儀，用于測(cè)量不同深度的土壤電阻率。

9. 數(shù)據(jù)記錄器： 用于長(zhǎng)期、連續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄電位、電流等參數(shù)的變化。

檢測(cè)方法

陰極保護(hù)參數(shù)的檢測(cè)需遵循標(biāo)準(zhǔn)化的方法以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性：

1. 保護(hù)電位測(cè)量： * 正確選擇并校準(zhǔn)參比電極。 * 將參比電極放置在盡可能靠近被測(cè)金屬表面的土壤或水中。對(duì)于埋地管道，通常在測(cè)試樁處進(jìn)行地表測(cè)量，或采用近參比法（將參比電極置于管道上方小探坑中靠近管道的位置）。 * 使用高輸入阻抗萬(wàn)用表測(cè)量金屬結(jié)構(gòu)（連接測(cè)試樁）與參比電極之間的電位差。 * 測(cè)量需考慮IR降影響。通常要求測(cè)量“斷電電位”或采用同步中斷器技術(shù)，消除IR降以獲取真實(shí)的極化電位。

2. 電流測(cè)量： * 整流器輸出電流： 直接從整流器面板讀取或使用鉗形表測(cè)量。 * 管道電流： 在測(cè)試樁處使用直流電流鉗表測(cè)量跨接片兩端的電流。 * 犧牲陽(yáng)極輸出電流： 在陽(yáng)極與結(jié)構(gòu)之間的連接電纜上使用直流電流鉗表測(cè)量，或通過(guò)測(cè)量陽(yáng)極與結(jié)構(gòu)之間的電位差和已知電阻計(jì)算（標(biāo)準(zhǔn)電阻法）。

3. 絕緣性能測(cè)量： * 絕緣法蘭測(cè)試： 測(cè)量法蘭兩側(cè)管道的管地電位差，或在法蘭兩側(cè)施加測(cè)試電壓測(cè)量泄漏電流計(jì)算電阻。 * 覆蓋層評(píng)估 (CIPS/DCVG)： CIPS沿管線以密間隔（如1-5米）記錄管地電位。DCVG則在CIPS基礎(chǔ)上疊加一個(gè)間斷的直流信號(hào)，通過(guò)測(cè)量地表電位梯度峰值定位破損點(diǎn)并評(píng)估缺陷嚴(yán)重性。

4. 接地電阻測(cè)量： 通常采用三點(diǎn)法或電位降法（如61.8%法）測(cè)量陽(yáng)極地床的接地電阻。

5. 土壤電阻率測(cè)量： 常用溫納四極法，通過(guò)插入地表的四個(gè)等間距電極，測(cè)量不同極距下的視在電阻率，反映不同深度的土壤情況。

6. 雜散電流檢測(cè)： 結(jié)合管地電位連續(xù)監(jiān)測(cè)、電位梯度測(cè)繪、電流方向測(cè)繪等方法，分析干擾源、干擾程度和影響范圍。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量檢測(cè)需嚴(yán)格遵循國(guó)內(nèi)外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以保證檢測(cè)質(zhì)量和結(jié)果的可接受性。主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

國(guó)際/國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)： * ISO 15589-1：《石油、石化和天然氣工業(yè)-管道運(yùn)輸系統(tǒng)的陰極保護(hù)-第1部分：陸上管道》 - 提供了陸上管道陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)和檢測(cè)的詳細(xì)要求，包括參數(shù)測(cè)量方法。 * ISO 15589-2：《石油、石化和天然氣工業(yè)-管道運(yùn)輸系統(tǒng)的陰極保護(hù)-第2部分：海底管道》 - 針對(duì)海底管道的特殊要求。 * NACE SP0169：《控制外部腐蝕的埋地或水下金屬管道系統(tǒng)的實(shí)踐》 - 廣泛認(rèn)可的關(guān)于陰極保護(hù)準(zhǔn)則和參數(shù)限值的標(biāo)準(zhǔn)。 * NACE TM0497：《埋地管道外防腐層破損點(diǎn)測(cè)量方法》 - 詳細(xì)規(guī)定了DCVG等方法的操作規(guī)范。 * EN 13509：《陰極保護(hù)測(cè)量技術(shù)》 - 歐洲標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量方法和技術(shù)要求。 * ASTM G57：《土壤電阻率現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》 - 規(guī)定了溫納法等測(cè)量土壤電阻率的方法。 * ASTM G187：《用雙電極土壤箱法測(cè)量土壤電阻率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》 - 實(shí)驗(yàn)室測(cè)量土壤電阻率的方法。 * ASTM G217：《利用斷電法測(cè)量管道和儲(chǔ)罐陰極保護(hù)極化電位的標(biāo)準(zhǔn)指南》 - 指導(dǎo)消除IR降測(cè)量極化電位。

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (GB)： * GB/T 21246：《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》 - 中國(guó)專門針對(duì)埋地管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量的核心標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了保護(hù)電位、電流、絕緣性能、土壤電阻率等參數(shù)的測(cè)量?jī)x器、程序和要求。 * GB/T 21448：《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》 - 規(guī)定了陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)行