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输水管道内防护层与阴极保护联合防护系统失效分析与改进措施

文档作者：刘晓军白荣国费克勋崔智勇文档来源： 1．苏州热工研究院 2．大亚湾核电运营管理有限责任公司		点击数：	更新时间： 2024年06月30日
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输水管道内防护层与阴极保护联合防护系统失效分析与改进措施
输水管道内防护层与
阴极保护联合防护系统失效分析与改进措施
刘晓军 。白荣国 。费克勋 。崔智勇
(1．苏州热工研究院，江苏苏州215004；
2．大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东深圳518124)
[摘要] 某核电站重要厂用水管道采用内壁涂层与阴极保护系统联合防护，一年多运行后，内壁部分区域防
护层失效，对其失效处进行了分析。结果表明：阴极保护系统中多个参比电极故障导致其反馈信号错误，造成
过保护使防护层失效。通过2种方法对现有阴极保护系统进行评估，认为防护层应有计划地予以维护，保证破
损率维持在30％以下，才能保证管道始终处于保护状态。
[关键词] 输水管道保护；防护涂层；阴极保护系统；失效原因
[中图分类号]U177 [文献标识码]B [文章编号]1001—1560(2013)11—0065—02
0 前言
某核电站输送海水管道为钢质管道(TU42B)，内
壁涂覆Interzone 954油漆，同时实施外加电流阴极保
护系统进行联合防护。经调试(约1．5 a)和一个换料
周期(1 a)运行后，发现管道内壁部分区域防护层大
面积鼓泡，与设计寿命4O年破损≤50％相差较大。
以下对这种失效原因进行分析，并对阴极保护系统的
防腐蚀能力加以估评，以确定其维修方案。
1 失效原因分析
1．1 防护涂层
检查发现，防护涂层失效位置主要集中在阴极保
护系统辅助阳极附近，且防护层的鼓泡呈炸裂状，破损
处有白色沉积物堆积，除去堆积物，管道未见腐蚀痕迹。
1．2 阴极保护系统
管道长约280 m，阴极保护系统为悬臂式点状阳
极分布，安装有54只辅助阳极，其最大间距为5．6 m；
12只Ag／AgC1参比电极均匀分布于管道中，将其所
测的电位值加权平均值作为输人信号反馈至恒电位
仪。阴极保护系统按照恒电位模式运行，运行状态：
2010年12月前多处于不稳定状态，电位出现多次正
向波动，引起电流增大，达到40 A；2011年4月开始，
各参比电极电位差突然增大，其中R1．3，R2．3电位
值接近一2 000 mV，远超过阴极保护要求的一1 050
mV，R2．2的电位值上升到一200 mV左右，正于碳钢
在海水中的自腐蚀电位(一600 mV左右)¨J，电流逐
渐增大，约3个月后到达80 A，且持续稳定，远远高于
设计值。发生以上情况的原因是：(1)管道被阳极极
化，(2)参比电极发生故障。
拆卸参比电极用10％稀盐酸清洗后，测得的12只
参比电极与校准参比电极(218型A AgCl参比电极)
的电位差见表1。可见，只有R1．6，R2．1 2只参比电极
接近标准要求(4-5 mV) ，其余的偏离标准一480～
一740 mV。而现场管道电位相对参比电极电位要求为
⋯ 800 1 050 mV，其真实电位应加上校准测得的电
位差，以参比电极电位偏离取平均值一610 mV，管道控
制电位取平均值一925 mV，计为一1 535 mV左右，达到
析氢电位，管道表面阴极过程产生的大量OH一与防护
层发生化学作用导致防护层被破坏【3】。从测量过程中
同样发现参比电极在失效后不同时间段测量到的电位
并不固定，而是在不断变化，因此参比电极已失去其基
准功能，反馈给恒电位仪的是虚假信号。
表1 12只参比电极电位校准结果
参比电极序号 R1．1 R1．2 R1．3 RI 4 R1．5 R1．6
E／mV 一643 —505 —558 —736 —518 —2
叁比审．极序号 R2．1 R2．2 R2．3 R2．4 R2．5 R2．6
[收稿日期] 2013—06—18
[通信作者] 刘晓军(1986一)，工程师，主要从事电化 综合可知，参比电极故障导致阴极保护系统反馈
学防腐蚀与防污研究和应用，E．mail：1一 信号失真，造成输出电流过大引起过保护，进而导致
xjOO55@hotmail．COrn 防护层被损坏。因此，参比电极故障是防护层失效的
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输水管道内防护层与阴极保护联合防护系统失效分析 改进措施
根本原因。
2 阴极保护系统评估
由于对防护层破损或老化的修复窗口较短，需要
多次分段修复，因此急需评估阴极保护系统的保护能
力，以判断防护层的破损程度并进行维修。
常通过计算保护半径、电位分布获得阴极保护系
统保护能力，但不同的计算方法假设的条件不同，计
算结果的裕度存在差异。。
2．1 保护范围计算法
式(1)为点状辅助阳极保护半径(￡)计算式H J，
保护电位按照标准选取一1．05 V【5 J：
= 焉
式中AU——被保护物阴极保护允许最正电位与最
负电位之差，有防护层时为0．25 V(最
正电位一0．8O V，最负电位一1．05
V)，无防护层时取0．40 V(最正电位
一0．80 V，最负电位一1．20 V)
d —— 管道直径，取0．7 m
'， ——有效保护电流密度，等于裸钢保护电
流密度J0=0．15 A／m 与防护层破损率
．厂的乘积
R’— —单位长度管道内海水电阻，R’=4p／(d
1T)，P为海水电阻率，取0．25 Q·m
式(1)可简化为式(2)：
￡=黑 (2)
该管道内不同防护层破损率下点状辅助阳极最
大保护距离见表2。本系统中辅助阳极最大间距为
5．6 m，最大保护距离小于5．6 m时，阴极保护系统不
能达到防腐蚀效果，需要对防护层进行维修。因此本
系统防护层允许的最大破损率为30％。
表2 不同防护层破损率下的最大保护距离
，0(防护层破损)／％ 3 10 20 30 40 50～ 1O0⋯
E ： —
cos
—
h~
— — — _ — = — — — 一
x)(3)
cosh(~／生d．R )+l
式中 — — 管道壁辅助阳极处电位
E —— 管道内壁距离辅助阳极点为 处的管
壁电位
P ——海水电阻率(0．25 Q·m)
d —— 管道直径(0．7 m)
— — 辅助阳极间距
— — 极化电阻
要求按照R=AU’／J (AU’=0．2 V，为管道施加
阴极保护前的电位与施加阴极保护后的电位之差)，
根据上述公式计算间距为5．6 m时被保护管道内电
位分布规律：随破损率增大，管道内壁电位随距离变
化速率迅速增大，当防护层破损率达到70％时，便不
能满足近阳极点(辅助阳极所在位置)和远阳极点
(两只辅助阳极中心位置)同时处于保护范围内
(一0．80一一1．05 V)。因此，当破损率达到70％ 时
应安排窗口对防护层进行修复。
由于该管道所在系统承担该反应堆安全功能，防
护层破损率超过30％ 时应予以修复，以保证管道系
统处在保护状态下运行。
3 结论
(1)过保护会导致防护层破损，保护距离减小，增
大防护层和阴极保护系统失效的风险。运行过程中
需要加大对阴极保护系统的维护力度，保证管道内壁
处于保护状态。
(2)随防护层破损，阴极保护系统对管道的保护
能力将降低，对管道防护层应有计划地修复，由于该
管道所在系统承担核反应堆安全功能，防护层破损率
超过30％时应予以修复，以保证破损率始终保持在
30％ 以下。
[ 参考文 献 ]
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[J]．Corrosion，1984，40(11)：604—605．
[编校：郑鹏华]

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