牺牲阳极阴极保护系统的有效性判据及剩余寿命预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种牺牲阳极阴极保护系统有效性判据以及剩余寿命预测方法。该有效性判据以牺牲阳极临界接地电阻作为评价指标，对牺牲阳极阴极保护系统中整组牺牲阳极进行有效性评价，若有效，则计算其剩余寿命。该剩余寿命预测方法通过测量及计算获得阳极允许最小质量，服役阳极剩余质量，平均输出电流，从而得出牺牲阳极剩余寿命。与传统的阴保有效性评价方法相比，该有效性判据首次引入牺牲阳极临界接地电阻作为阴保有效性评价指标，使阴保有效性评价方法更加系统全面；同时，该发明也为阴极保护工程提供了一种简单有效的剩余寿命预测方法。
【专利说明】[0001] 牺牲阳极阴极保护系统的有效性判据及剩余寿命预测方法 发明领域
[0002] 本发明涉及牺牲阳极阴极保护【技术领域】，特别涉及埋地金属管道牺牲阳极阴极保 护系统的有效性以及牺牲阳极剩余寿命，主要用于全面系统地判断牺牲阳极阴极保护系统 有效性，准确评估实际服役阴保系统中牺牲阳极剩余寿命，提高管道安全性。
[0003]
【背景技术】
[0004] 牺牲阳极阴极保护技术作为一种经济有效的防腐方法已经广泛用于城镇埋地金 属管道防腐之中。而自对埋地管道采用牺牲阴极保护以来，最早使用的牺牲阳极已经接 近阴保系统设计寿命，这些牺牲阳极是否能够继续保护管道，阴保系统是否仍然有效，若有 效，其剩余寿命如何成了管道防腐工作者关注的问题。
[0005] 对于阴保系统有效性判据，目前国内外普遍应用的是美国腐蚀工程师协会制定 的NACE RP 0169-96标准中提出的三项判据：（1)阴保系统通电情况下，管道在消除欧姆电 压降后等于或负于_850mV (CSE)，（2)被保护管道的瞬间断电电位应等于或负于-850mV (CSE)，（3)管道的阴极极化值至少应达到100mV。这些判据均从阴极保护系统中管道保护 参数出发，判断了任意阴极保护方式下阴极保护系统的有效性；而针对牺牲阳极阴极保护 系统，特别是从牺牲阳极服役参数出发，来判断牺牲阳极阴极保护系统有效性的方法目前 尚处于空白。本发明中引入阴保系统中牺牲阳极组及组内单支阳极服役参数，通过现场参 数测量与理论计算相结合、管道所需保护距离与阳极服役参数相结合的方式，在无需断开 阴保系统的前提下，判断牺牲阳极阴保系统有效性，为全面系统分析阴保系统有效性提供 了一种合理有效的方法。而对于已经服役的阴保系统，能否有效运行至其设计寿命，如果可 以，服役中阴保系统剩余寿命如何判断，国内尚未有人提出。因此，全面合理的阴保系统有 效性判据以及用简单可行的方法准确预测阴保系统剩余寿命对保证阴保系统正常运行，确 保管道安全性具有至关重要的意义。
[0006]
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的问题在于完善现有埋地管道牺牲阳极阴保系统有效性评价方法， 弥补阴保系统剩余寿命预测的空白，提供一种全面系统的阴保系统有效性判据，以及一种 简单可行的未失效牺牲阳极阴极保护系统的剩余寿命预测方法。通过对牺牲阳极阴保系统 中牺牲阳极服役性能、管道保护距离等服役参数的测量，评价阴保系统是否有效，预测其剩 余寿命，从而判断阴保系统安全可靠性。
[0008] 为了实现上述目的，提出了牺牲阳极阴极保护系统有效性判据以及剩余寿命预测 方法。该有效性判据以阴保系统中牺牲阳极组及组内单支牺牲阳极临界接地电阻&_和 Rdmax为评价指标。根据阴极保护系统设计中管道所需最小保护距离L，管道外径D，以及管 道涂层等因素确定的管道所需保护电流密度i，计算出牺牲阳极阴保系统整个阳极组临界 接地电阻Rzmax，由R zmax求得阳极组内单支阳极临界接地电阻Rdmax。欲判据这一阴保系统中 牺牲阳极是否有效，需先测量服役中阴极保护系统整组阳极接地电阻R z，若Rz〈 Rdmax，则阳 极组有效；若Rz >Rzmax，则阳极组失效。此时，需对组内单支阳极进行接地电阻Rd测量，若R d 〈Rdmax，则此支阳极有效；若Rd > Rdmax，则此支阳极失效，需对该支阳极进行更换处理以保证 阴保系统正常运行。
[0009] 具体步骤如下： 步骤1.有效性判断： 1. 1)测得测试牺牲阳极阴极保护系统的保护管道长L，内径t，外径D，管道埋深为t， 所需保护电流密度i，管道最正极化电位值_〇.85mV(CSE)，土壤电阻率为P ; 1. 2)选取合金牺牲阳极，长度为1，直径为d，构成阳极组，将阳极组铺设在管道中点 处，组内共有η支阳极，n=l-10 ;通过公式（1)计算可得管道所需最小保护电流I。，
【权利要求】
1. 一种全面系统的牺牲阳极阴极保护系统有效性判据方法，其特征在于，该方法用于 评价服役中牺牲阳极阴极保护系统中牺牲阳极组及组内单支牺牲阳极的有效性，从而保证 阴极保护系统运行质量，降低埋地管道腐蚀风险，具体步骤如下： 步骤1.有效性判据： 1. 1)测得测试牺牲阳极阴极保护系统的保护钢管长L，内径dp，外径D，管道埋 深为t，所需保护电流密度i，管道最正极化电位值-0.85mV (CSE)，土壤电阻率为 P ;阳极组内共有η支阳极，n=l-10,每支阳极长度为1， 通过公式（1)计算可得管道所需最小保护电流I。，
n l· 式中，D为保护钢管的外径，L为保护钢管长度，i为所需保护电流密度； 1. 2)根据公式（2)可得出阳极组临界接地电阻值Rzmax，
式中，Izmin为组内单支阳极最小输出电流，为阳极对管道驱动电压，ΛΕ= 阳极失效前最正开路电位值-管道最正极化电位值， 单支阳极临界接地电阻Rdniax=nRzniax ; 1. 3)判据这一阴保系统中牺牲阳极是否有效，需先测量服役中阴极保护系统整组阳极 接地电阻艮，若R z〈 Rzmax，则阳极组有效，并组内的所有单支阳极进行剩余寿命预测； 若Rz>Rzmax，则阳极组失效，此时，需对组内单支阳极进行接地电阻Rd测量，若R d〈Rdmax， 则此支阳极有效，并进行剩余寿命预测，若Rd> Rdmax，则此支阳极失效，需对该支阳极进行更 换处理以保证阴保系统正常运行； 步骤2.剩余寿命预测： 2. 1)根据公式（3)可以算出阳极允许最小等效直径(1_，
(3P 其中，式中Rd_为单支阳极临界接地电阻值，1为阳极长度，t为管道埋深，P为土壤 电阻率 根据公式（4)计算阳极此时等效直径心，
(4) 式中，1为阳极长度，Rd为单支阳极接地电阻测量值，屯为此时阳极等效值，P为土壤 电阻率，t为管道埋深； 2. 2根据公式（5)可求得阳极允许最小质量mmin:
(5)w { 6 ) -* 式中：1为阳极长度，dmin为阳极允许最小直径，为阳极材料的密度； 根据公式（6)求出此时阳极质量πν如下所示 式中：ι为阳极长度，屯为此时阳极等效值，ps为阳极材料的密度； 根据阴保系统设计中单支阳极允许最小输出电流Idmin，Idmin=Izmin/n，与此时输出电流 测量值1?^，得出阳极失效前平均输出电流Ia= (Idmin+I?^) /2 ; 2.3)对于此阴保系统，将步骤2.2中求出的mmin、m(l、13带入剩余寿命求解公式（7)中 得出阴保系统剩余寿命T:
(7) 其中，式中U为阳极利用系数U，e为阳极消耗率，此时阳极质量叫，阳极允许最小质量 mrnin°
【文档编号】C23F13/04GK104060279SQ201410213117
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】李夏喜, 杜艳霞, 高顺利, 路民旭, 邢琳琳, 高佳伟, 赵欣, 唐德志, 张辉 申请人:北京市燃气集团有限责任公司, 北京科技大学, 安科工程技术研究院（北京）有限公司