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第1章 概述1

1.1 防腐蚀的意义1

1.2 电化学腐蚀电池2

1.2.1 金属的构成2

1.2.2 金属的电极电位3

1.2.3 金属活动顺序表3

1.2.4 电化学腐蚀电池的组成4

1.2.5 电流的流动方向6

1.3 电极电化学反应6

1.3.1 阳极电化学反应6

1.3.2 阴极电化学反应7

1.4 极化7

1.4.1 影响极化的因素7

1.4.2 活性极化和浓度极化10

1.4.3 铁在水中的Pourbaix曲线图11

1.5 法拉第定律12

1.6 埋地管道的腐蚀13

1.7 阴极保护方式17

参考文献17

第2章 牺牲阳极阴极保护18

2.1 牺牲阳极阴极保护原理18

2.2 牺牲阳极阴极保护的应用19

2.2.1 应用场合19

2.2.2 使用牺牲阳极注意事项20

2.3 镁牺牲阳极20

2.4 锌牺牲阳极23

2.5 铝牺牲阳极25

2.6 带状阳极28

2.7 回填料29

参考文献30

第3章 外加电流阴极保护31

3.1 外加电流阴极保护原理31

3.2 外加电流阴极保护应用31

3.3 外加电流阴极保护电源32

3.3.1 阴极保护电源类型32

3.3.2 恒电位仪一般要求32

3.3.3 恒电位仪技术指标33

3.4 外加电流阴极保护用阳极材料34

3.4.1 对阳极材料的要求34

3.4.2 废钢阳极34

3.4.3 石墨阳极34

3.4.4 高硅铸铁阳极35

3.4.5 铂阳极36

3.4.6 聚合物线性阳极36

3.4.7 混合金属氧化物线性阳极37

3.4.8 混合金属氧化物阳极38

3.4.9 网状阳极39

3.5 阳极地床焦炭回填料41

参考文献42

第4章 阴极保护设计43

4.1 阴极保护设计需要考虑的因素43

4.1.1 管道阴极保护需要满足的条件43

4.1.2 阴极保护设计需要收集的数据43

4.2 阴极保护所需电流44

4.2.1 各种设计规范中的电流推荐值44

4.2.2 保护电流实地测量47

4.2.3 被保护结构面积计算49

4.3 土壤电阻率49

4.4 阳极地床结构及接地电阻50

4.4.1 浅埋式阳极地床50

4.4.2 网状阳极53

4.4.3 深井阳极地床54

4.5 牺牲阳极输出电流计算58

4.6 保护距离计算59

4.7 管道设施的安装位置60

4.7.1 绝缘接头的安装位置60

4.7.2 测试桩的安装位置60

4.7.3 测试桩的电缆连接形式61

4.7.4 极化电位参比管（极化探头）的安装位置62

4.7.5 杂散电流排流设施63

4.7.6 绝缘接头保护器及绝缘垫块64

4.8 阳极地床位置选择64

4.8.1 阳极地床的作用64

4.8.2 阳极地床选址原则64

4.8.3 阳极埋设位置65

4.8.4 近阳极地床及远阳极地床65

4.8.5 阳极地床电压场分布计算公式66

4.9 站场区域阴极保护67

4.9.1 站场管道的防腐层67

4.9.2 站场阴极保护设计原则68

4.9.3 惰性材料接地极的危害69

4.9.4 牺牲阳极或锌接地极71

4.9.5 阀室对阴极保护的影响72

4.9.6 电动阀执行机构与阀体绝缘72

4.9.7 站场阴极保护的其他考虑72

4.10 电源设备容量的选择73

4.10.1 管道接地电阻73

4.10.2 阳极地床的反电动势73

4.10.3 电源设备额定输出的选择73

4.10.4 电源设备的防护73

4.11 储罐底板外壁阴极保护74

4.11.1 阴极保护基本规定75

4.11.2 阴极保护方式75

4.11.3 储罐底板阴极保护地床的类型76

4.11.4 储罐阴极保护中应注意的问题79

4.11.5 储罐基础中是否有必要使用沥青砂80

4.12 储罐内壁阴极保护81

4.12.1 保护电流密度规定81

4.12.2 储罐内壁阴极保护方式81

4.12.3 阳极接水电阻计算82

4.12.4 单支阳极输出电流83

4.12.5 储罐内壁阴极保护电位83

4.12.6 储罐内壁阴极保护阳极的安装83

4.13 井套管阴极保护83

4.13.1 井套管的结构及阴极保护方式83

4.13.2 井套管的保护电流84

4.14 预应力混凝土输水管道钢筋的保护85

4.14.1 混凝土钢筋腐蚀机理85

4.14.2 混凝土钢筋阴极保护机理85

4.14.3 预应力混凝土钢管的结构86

4.14.4 混凝土钢筋所处环境腐蚀性的判断86

4.14.5 预应力混凝土管道阴极保护电流密度86

4.14.6 预应力混凝土管道阴极保护准则86

4.14.7 混凝土钢筋阴极保护设计87

4.15 阴极保护屏蔽问题87

4.15.1 金属结构对管道的屏蔽87

4.15.2 绝缘层对管道的屏蔽90

4.16 定向钻穿越对阴极保护电位的影响92

4.17 锌接地电池对阴极保护的影响93

4.18 阴极保护系统设计文件应包括的内容94

参考文献95

第5章 阴极保护设计举例96

5.1 管道牺牲阳极阴极保护设计96

5.2 管道外加电流阴极保护设计98

5.3 深井阳极设计100

5.4 储罐内壁阴极保护设计102

5.5 储油罐底板外侧MMO柔性阳极阴极保护设计103

5.6 储罐底板网状阳极系统设计106

5.7 储罐充海水试压临时阴极保护设计108

5.8 储罐斜井阳极设计112

5.9 钢制井套管阴极保护设计114

第6章 杂散电流腐蚀干扰及排除117

6.1 杂散电流腐蚀干扰的定义117

6.1.1 直流杂散电流干扰117

6.1.2 交流干扰118

6.1.3 地磁干扰119

6.2 静态直流杂散电流腐蚀干扰及排除119

6.2.1 阴极保护电流流动的途径119

6.2.2 在竖直平面内电流的流动120

6.2.3 阳极电压场120

6.2.4 阴极电压场121

6.2.5 管道经过阳极、阴极电压场121

6.2.6 直流杂散电流干扰的性质122

6.2.7 电流排放区的化学反应123

6.2.8 实验室杂散电流干扰试验123

6.2.9 直流杂散电流的检测123

6.2.10 直流杂散电流的排除125

6.2.11 直流杂散电流腐蚀干扰检测及排除举例130

6.2.12 排流效果的评定131

6.3 动态直流杂散电流腐蚀干扰及排除131

6.3.1 动态直流杂散电流干扰的检测132

6.3.2 动态直流杂散电流干扰的排除134

6.3.3 在动态杂散电流干扰下如何判断阴极保护的有效性137

6.4 直流输电线路腐蚀干扰及排除138

6.4.1 直流输电线路腐蚀干扰的产生138

6.4.2 直流输电线路干扰的特点138

6.4.3 直流输电线路引起的阴极保护设备损毁139

6.4.4 直流输电线路故障电流干扰的排除139

6.4.5 排流效果的评定140

6.5 杂散电流引起的管地电位负向偏移141

6.5.1 将管道直接与锌带（或镀锌扁钢）连接141

6.5.2 在管道两侧埋设裸钢管141

6.5.3 用二极管跨接站场绝缘接头、钢质套管142

6.6 站场与管道联合保护142

6.6.1 站场联合保护的目的142

6.6.2 站场与管道跨接后对动态杂散电流的抑制142

6.6.3 站场与管道联合保护对直流输电线路故障电流的抑制143

6.6.4 站内外跨接对阴极保护测量的影响144

6.7 交流腐蚀干扰及排除144

6.7.1 电容型干扰及排除144

6.7.2 传导型干扰及排除145

6.7.3 电感型干扰及排除147

6.8 地磁杂散电流干扰及排除156

6.8.1 地磁电流干扰峰值处156

6.8.2 地磁电流干扰的危害156

6.8.3 管地电位的测量157

6.8.4 地磁电流干扰的消除158

6.9 杂散电流排流效果的判定综述158

6.9.1 直流干扰排流158

6.9.2 交流干扰排流159

6.10 交流腐蚀干扰案例159

参考文献161

第7章 阴极保护准则162

7.1 阴极保护准则中常用术语162

7.2 参比电极电位164

7.3 管地电位中的IR降165

7.3.1 土壤中电流流动产生的IR降165

7.3.2 管道纵向电流产生的IR降166

7.4 IR降的消除方法168

7.4.1 瞬时断电法168

7.4.2 估测法168

7.4.3 电流递增法168

7.4.4 近参比法168

7.4.5 极化探头、参比管法169

7.5 瞬时断电时管地电位变化规律169

7.6 埋地管道阴极保护准则171

7.6.1 阴极保护指标171

7.6.2 NACESP0169-2013规定指标172

7.6.3 国标GB/T 21448《埋地钢质管道阴极保护技术规范》173

7.6.4 国际标准ISO15589-1《陆上管道阴极保护标准》174

7.6.5 通电电位判断准则176

7.6.6 站场阴极保护指标176

7.6.7 管道受杂散电流干扰时的判断指标177

7.6.8 其他标准规定指标177

7.7 开挖验证法178

7.8 判断阴极保护有效性指标的区别179

7.9 阴极保护过保护180

7.9.1 断电电位与析氢180

7.9.2 断电电位与通电电位181

7.9.3 三层PE防腐层剥离与阴极保护182

7.9.4 环氧涂层的剥离183

7.10 不同极化程度下金属的腐蚀率183

参考文献184

第8章 阴极保护设施及安装185

8.1 牺牲阳极安装185

8.1.1 块状牺牲阳极安装185

8.1.2 带状牺牲阳极安装186

8.2 阴极保护电源设备安装与调试187

8.2.1 恒电位仪的安装位置187

8.2.2 电缆性质的判断188

8.2.3 恒电位仪的调试步骤189

8.3 阳极地床安装189

8.3.1 浅埋阳极地床安装189

8.3.2 深井阳极地床安装190

8.4 固定式参比电极安装191

8.4.1 固定式硫酸铜参比电极191

8.4.2 固定式锌参比电极192

8.4.3 固定式参比电极的安装位置193

8.5 整体式绝缘接头安装195

8.5.1 绝缘接头的构造195

8.5.2 绝缘接头技术指标195

8.5.3 绝缘接头U形密封系统196

8.5.4 绝缘接头安装过程中注意的问题197

8.6 锌接地电池安装198

8.6.1 锌接地电池的安装位置198

8.6.2 接地电池技术规格198

8.6.3 回填料配比199

8.6.4 锌棒化学成分199

8.6.5 接地电池安装程序199

8.6.6 筒装式接地电池200

8.7 极化探头及参比管安装200

8.7.1 极化探头的应用200

8.7.2 极化探头的构造200

8.7.3 极化探头的安装201

8.7.4 极化电位参比管201

8.7.5 利用极化探头估计IR降201

8.8 测试桩安装202

8.8.1 测试桩的用途202

8.8.2 金属测试桩202

8.8.3 聚碳酸酯测试桩202

8.8.4 测试桩安装程序203

8.9 绝缘垫块安装203

8.10 防爆火花间隙安装203

8.11 焊接操作205

8.11.1 铝热焊接操作步骤205

8.11.2 铜焊焊接步骤206

8.12 直流去耦合器安装207

8.12.1 直流去耦合器的用途207

8.12.2 直流去耦合器的工作原理208

8.12.3 直流去耦合器技术参数209

8.12.4 直流去耦合器安装程序209

8.12.5 直流去耦合器性能的检测210

8.13 极化电池安装210

8.14 阳极接线箱安装211

8.15 阴极保护数据采集系统211

8.15.1 数据采集系统的用途211

8.15.2 数据采集系统工作方式212

8.15.3 数据采集系统性能指标212

8.15.4 数据采集系统要解决的问题213

8.15.5 数据采集系统的发展方向213

参考文献213

第9章 阴极保护参数测量技术214

9.1 测量仪器214

9.2 参比电极215

9.3 管地电位测量接线216

9.4 自然电位的测量218

9.5 通电电位的测量218

9.6 断电电位的测量219

9.7 牺牲阳极开路电位测量219

9.8 牺牲阳极接入点的管地电位220

9.9 极化探头（试片）电位测量221

9.9.1 使用试片的必要性221

9.9.2 测量原理221

9.9.3 测量方法222

9.9.4 如何确定自然电位223

9.9.5 电位测量注意的问题224

9.9.6 测量结果分析225

9.10 牺牲阳极输出电流测量225

9.10.1 标准电阻法225

9.10.2 直测法226

9.11 管内电流测量227

9.11.1 电压降法227

9.11.2 标定法228

9.11.3 零位法229

9.12 绝缘接头性能测量229

9.12.1 兆欧表法229

9.12.2 电位法230

9.12.3 电阻测量法230

9.12.4 PCM漏电率测量法230

9.12.5 绝缘接头（法兰）漏电电阻测量法231

9.12.6 绝缘接头保护装置的检测232

9.13 土壤电阻率测量232

9.13.1 等距法232

9.13.2 不等距法233

9.13.3 层电阻计算234

9.14 近间距电位测量235

9.14.1 检测的意义235

9.14.2 适用范围235

9.14.3 测量步骤237

9.14.4 数据处理238

9.14.5 防腐层缺陷点处管地电位变正的原因238

9.15 直流地电位梯度法238

9.15.1 方法介绍238

9.15.2 设备240

9.15.3 测量基本要求240

9.15.4 数据处理240

9.16 音频检漏法241

9.16.1 检测设备242

9.16.2 检测步骤242

9.17 防腐层管道电流测量243

9.17.1 检测原理243

9.17.2 检测内容243

9.17.3 检测注意事项243

9.18 牺牲阳极及防腐层漏点的区分244

9.19 防腐层电阻率的测量244

9.19.1 测量原理244

9.19.2 防腐层电阻率测量举例244

9.20 结构对地电阻的测量247

9.20.1 长接地体接地电阻测量247

9.20.2 短接地体接地电阻测量247

9.20.3 管道接地电阻的测量247

9.20.4 阳极地床、管道的接地电阻测量步骤249

9.20.5 结构对地电阻计算249

9.20.6 排流接地极及牺牲阳极接地电阻测量250

参考文献251

第10章 阴极保护系统运行及维护252

10.1 阴极保护投用前的准备和验收252

10.1.1 被保护管道的检查252

10.1.2 阴极保护施工质量的验收252

10.1.3 阴极保护投入运行253

10.2 阴极保护站的日常维护管理253

10.2.1 阴极保护电源的日常维护253

10.2.2 阴极保护恒电位仪的维护254

10.2.3 阴极保护恒电位仪故障排除254

10.2.4 埋地硫酸铜参比电极的维护255

10.2.5 浅埋阳极地床的维护255

10.2.6 深井阳极地床的维护256

10.2.7 管道与接地网短路的判断256

10.3 绝缘接头的维护256

10.3.1 绝缘接头有效性的判断256

10.3.2 绝缘接头性能对管地电位的影响257

10.3.3 站场区域保护对干线管地电位的影响257

10.4 绝缘接头非保护侧的腐蚀及预防259

10.4.1 绝缘接头非保护侧腐蚀机理259

10.4.2 绝缘接头检测时的几种现象259

10.4.3 绝缘接头非保护侧腐蚀的预防261

10.5 管道沿线阴极保护设施的维护262

10.5.1 测试桩的维护262

10.5.2 套管穿越的维护263

10.6 牺牲阳极的维护264

10.7 阴极保护系统日常测量程序264

10.7.1 日常设施检查内容264

10.7.2 日常电位测量位置265

10.7.3 测量结果分析265

10.8 防腐层完整性检测程序266

10.8.1 防腐层检测的内容及目的266

10.8.2 防腐层检测方法分类266

10.8.3 防腐层检测方法的应用267

10.8.4 防腐层绝缘等级划分268

10.8.5 防腐层检测报告格式270

10.8.6 防腐层缺陷点修补排序原则271

10.8.7 防腐层黏弹体修复及补口方法272

10.9 阴极保护有效性检测程序274

10.9.1 检测目的274

10.9.2 检测内容275

10.9.3 电位测量位置275

10.9.4 测量结果的分析275

10.9.5 阴极保护有效性检测报告格式275

10.10 杂散电流干扰检测程序277

10.10.1 杂散电流的检测277

10.10.2 杂散电流检测内容及报告格式277

10.11 站场与管道阴极保护干扰检测程序280

10.11.1 站内、外管道保护参数的测量280

10.11.2 站内、外阴极保护参数的分析281

10.12 各国规范对阴极保护系统检测周期的规定282

10.12.1 国外机构及国际规范规定282

10.12.2 埋地钢质管道阴极保护技术规范GB/T 21448规定283

10.13 阴极保护资料管理283

10.14 阴极保护系统维护中的安全问题284

10.14.1 阴极保护系统维护过程中的安全问题284

10.14.2 阀室设计中应注意的安全问题285

10.14.3 土方开挖时的安全问题286

参考文献286

后记287