管线阴保培训教材HPS

HPS-2阴极保护设备培训教材阴极保护设备培训教材前言一、电化学腐蚀原理金属在电解质溶液中由于电化学作用所发生的腐蚀称为电化学腐蚀。它是金属腐蚀中最普遍的一种形式，这种形式发生在金属和电解质溶液接触而互相作用的时候，其最明显的特征是它必然有电流的流动（电子的转移）。阴极保护设备培训教材金属电化学腐蚀原因是金属表面产生原电池作用，或外界电源影响使金属表面产生电解作用所引起的破坏。把两种电极电位不同的金属放入电解液中，即成为简单的原电池，若用导线将两种金属连接起来，则两电极间有电位差存在而产生电流。例如将锌板和铜板当作两极，插入装有稀硫酸溶液的同一器皿中，并用导线连接，如图１—１所示。由于双电层原理Zn、Cu各自在溶液中建立电极电位，但Zn的电极电位较负，所以不断失去电子，变成Zn2+离子溶解到电解质溶液中去。锌板上多余的电子则沿导线由锌板流到铜板，铜板上不断地有来自锌板的电子和溶液中的氢离子中和放电。阴极保护设备培训教材其电极反应：在铜板上酸中的H＋离子接受电子进行还原，生成氢气逸出整个电池反应为：阴极保护设备培训教材在原电池外部电子e由锌板流到铜板（图中虚线方向），则电流方向由铜板到锌板。（图中实线方向）。在原电池内部电流方向是从锌板流入溶液，再由溶液流入铜板。电极电位比较负的锌板称为阳极，电极电位比较正的铜板称为阴极。在电解质溶液中，金属表面上的各部份，其电位是不完全相同的，电位较高的部分形成阴极区，电位较低的部分形成阳极区。这便构成了局部腐蚀电池。腐蚀电池可以理解为金属腐蚀表面上短路的多电极原电池。二、阴极保护原理１、理想极化曲线腐蚀电池在电路接通后就产生电流，电流的流通，使得腐蚀电池阳极和阴极的电极电位都偏离电流未流通之前的电极电位值。在阳极，由于阳极金属溶解即离子化的过程滞后于电子的转移过程，而正电荷过剩，使阳极表面的电位向正的方向偏移，即阳极极化。在阴极表面，由于从阳极转移过来的电子的迁移速度大大于在阴极表面的极化剂（H+和O2分子）吸收电子的速度，使大量电子在阴极表面集聚，从而使阴极表面的电位向负的方向偏移，即阴极极化。阴极保护设备培训教材阴极保护设备培训教材阳极极化和阴极极化的共同结果，造成了腐蚀原电池起始电位差的变小。将腐蚀电池阳极和阴极的电极电位与电流之间的关系用曲线表示出来绘成图，就得到了腐蚀电池的极化曲线图。图１—２是腐蚀电池的极化曲线示意图。阴极保护设备培训教材如图所示，EaS是阳极化曲线，EcS是阴极极化曲线，当腐蚀电池内电阻为零时，它们相交于Ｓ点。Ｓ点所对应的电位称之为该体系的腐蚀电位，也称自然电位，表为Ecorr。它是腐蚀电池的阳极和阴极在极化后共同趋近的电位值。与此电位值相对应的电流Icorr称为该系统理论上最大可能的腐蚀电流。事实上，上述的极化曲线是测不出来的。这是因为人们无法在腐蚀电池系统中确定阳极与阴极的面积。也无法保证在电极表面只发生单一的一种电极反应。甚至不可能测到腐蚀电池中任一微阳极部位，或微阴极部位的电位值。而测到的通常是其微阳极与微阴极极化后，共同趋向的电位Ecorr。上述极化曲线称之为理想的极化曲线，或假想的极化曲线。它所反映的是，腐蚀电池内电流与阳极和阴极电位的关系。阴极保护设备培训教材２、阴极保护原理在介绍腐蚀电池工作原理时，人们曾谈到由于金属本身的电化学不均性，或由于外界环境的不均匀性，都会形成微观的或宏观的腐蚀原电池。例如在碳钢表面，其基体金属铁与碳素体Fe3C如浸在电解质溶液中会形成电位差为200mV的微电池腐蚀。当采用外加电流极化时，原来腐蚀着的微电池会由于外加电流的作用，电极电位发生变化，此时腐蚀着的微电池的腐蚀电流减少，称之为正的差异效应。反之，则称之为负的差异效应阴极保护设备培训教材强制电流阴极保护所引起的差异效应可用图１—５来说明。阴极保护设备培训教材上图a为未加阴极保护之前金属本身的腐蚀的电池模型；b为加阴极保护以后保护电池的电路及原来腐蚀电池的变化，所加的外电流I'的方向是使被保护金属作为阴极。向系统输入外电流，使金属阴极极化，此时整个腐蚀原电池体系的电位将向负的方向偏移。若使金属继续阴极极化到更负的电位Ea即达到微阳极的开路电位，则腐蚀减至为零。金属达到完全保护阴极保护设备培训教材总之，极化消除了被保护金属体表面的电化学不均匀性，抑制了微电池作用，又因为阴极极化构成了新的大地电池即保护电路，使被保护金属体成为新的大地电池的阴极，从而在其表面只发生得电子的还原反应。金属不再发生丢电子的氧化反应，腐蚀不再发生。这就是阴极保护使金属受到保护的原理。阴极保护设备培训教材三、阴极保护方式阴极保护可以通过下面两种方式实现。１、牺牲阳极法将被保护金属和一种可以提供阴极保护电流的金属或合金（即牺牲阳极）相连，使被保护体极化以降低腐蚀速率的方法。阴极保护设备培训教材在被保护金属与牺牲阳极所形成的大地电池中，被保护金属体为阴极，牺牲阳极的电位往往负于被保护金属体的电位值，在保护电池中是阳极，被腐蚀消耗，故此称之为“牺牲”阳极，从而实现了对阴极的被保护金属体的防护。常用牺牲阳极有高钝镁合金、高钝锌及锌合金、铝合金等。钾钙钠镁铝锌铁锡铅(氢)铜汞银铂金KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu\阴极保护设备培训教材２、强制电流保护法将被保护金属与外加电源负极相连，由于外部电源提供保护电流，以降低腐蚀速率的方法。外部电源通过埋地的辅助阳极、将保护电流引入地下，通过土壤提供给被保护金属，被保护金属在大地中仍为阴极，其表面只发生还原反应，不会再发生金属离子化的氧化反应，腐蚀受到抑制。而辅助阳极表面则发生丢电子氧化反应。因此，辅助阳极本身存在消耗。阴极保护的上述两种方法，都是通过一个阴极保护电流源向受到腐蚀或存在腐蚀，需要保护的金属体，提供足够的与原腐蚀电流方向相反的保护电流，使之恰好抵消金属内原本存在的腐蚀电流。两种方法的差别只在于产生保护电流的方式和“源”不同。一种是利用电位更负的金属或合金，另一种则利用直流电源。阴极保护设备培训教材３　两种保护方式的选择强制电流阴极保护驱动电压高，输出电流大，有效保护范围广，适用于被保护面积大的长距离、大口径管道。牺牲阳极阴极保护不需外部电源，维护管理经济，简单，对邻近地下金属构筑物干扰影响小，适用于短距离、小口径、分散的管道。图１—８表明了牺牲阳极和外加电源阳极的大致使用范围，从图中可以看到，镁阳极主要用于低欧姆的土壤内，以及总电流量需要小的管道上。阴极保护设备培训教材四、阴极保护的基本参数１、最小保护电流密度阴极保护时，使腐蚀停止，或达到允许程度时所需的电流密度值称为最小保护电流密度。最小保护电流密度的大小取决于被保护金属的种类，表面状况、腐蚀介质的性质、组成、浓度、温度和金属表面绝缘层质量等。２、最小保护电位为使腐蚀过程停止，金属经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。最小保护电位也与金属的种类、腐蚀介质的组成、温度、浓度等有关。最小保护电位值常常是用来判断阴极保护是否充分的基准。因此此电位值是监控阴极保护的重要参数。实验测定在土壤中的最小保护电位为－0.85V（相对饱和硫酸铜参比电极）。阴极保护设备培训教材３、最大保护电位在阴极保护中，所允许施加的阴极极化的绝对值最大值，在此电位下管道的防腐层不受到破坏。此电位值就是最大保护电位。最大保护电位值的大小通过试验确定。一般取－1.5V（CSE）。在新的PE保护层中可用断点测试法，在断3秒时测试其最大保护电位不大于-1.15V阴极保护设备培训教材概述1产品用途 HPS-2多路恒电位仪主要用于对管道、电缆、贮罐等金属构筑物或设备实施分路外加电流阴极保护。 主要特点： 设备适应于对无相互连接的各金属体实施共阳极式分路阴极保护，各分路均可独立调节。 各路均具有运行模式自动切换的功能，当由于外界的原因使其中一路不能实施恒电位保护时，该路将自动切换到预先设定的电流值实施恒电流保护；当无法实施恒流保护时，将自动切断该路输出。 各路均具有抗干扰及防雷性能，大大提高了设备运行的可靠性。 各路均具备自检功能，便于判别故障原因。 仪器各路均采用按键式操作，多数码表多参数同时显示，操控简便直观。 各路均可适应快速中断。 具备数据远传、远控功能和标准工业信号点对点接口，便于与RTU连接，实现智能化管理。阴极保护设备培训教材1.2　仪器的特点1.2.1　数字显示输出电压、输出电流、控制电位和保护电位值。1.2.3　仪器具有软起动、防雷击余波、抗50Hz工频干扰，以及限流、误差报警等功能。1.2.4　仪器具有运行状态自动切换功能，当无法进行恒电位控制时（如参比电极回路开路），恒电位仪会自动从恒电位工作状态切换到恒电流工作状态，并恒定在预先设定的电流值上。1.2.5  多路输出 ，分阴级   。 1.2.6.数据远传。阴极保护设备培训教材2　主要技术指标2.1　使用环境：温　　度：－15℃～45℃　　　　　　　相对湿度：20%～90%　　　　　　　气　　压：60～106KPa2.2　输出电压：额定输出电压分10V、15V、30V、40V、54V、60V等规格，输出电压在额定输出电压的8%～100％范围内可调。2.3　输出电流：额定输出电流分100MA、1A、2A、10A、20A、30A、40A、50A等规格，输出电流在额定输出电流的8%～100%范围内可调。2.4　恒电位范围：－300mV～－3000mV阴极保护设备培训教材2.5　恒电位精度：优于±5mV2.6　恒电流精度：优于±2%2.7　流经参比电流：≤3μA2.8　误差报警：±30mV～±100mV之间2.9　抗50Hz干扰：≤AC30V2.10　纹波系数：≤5%2.11　电源：单相AC220±10%　50Hz±5%阴极保护设备培训教材3　基本工作原理3.1　原理方框图：阴极保护设备培训教材3.2　恒电位仪基本工作原理当仪器处于“自动”工作状态时，机内给定信号（控制信号）或外控给定信号和经阻抗变换器隔离后的参比信号一起送入比较放大器，经高精度、高稳定性的比较放大器比较放大，输出误差控制信号，将此信号送入移相触发器，移相触发器根据该信号的大小，自动调节脉冲的移相时间，通过脉冲变压器输出触发脉冲调整极化回路中可控硅的导通角，改变输出电压、电流的大小，使保护电位等于设定的给定电位，从而实现恒电位保护。阴极保护设备培训教材3.3　运行状态的转换当仪器工作在恒电位状态而因参比失效或其它故障致使仪器不能实现恒电位控制时，经一定时间延迟后，仪器确认采集到的信号实属恒电位失控的误差信号，就将自动转换为恒电流工作状态。恒电流给定信号和经阻抗变换后输出电流取样信号一起送入比较放大器，比较放大器输出误差控制信号通过移相触发器调整可控硅的导通角的大小使仪器的输出电流恒定在预先设定的电流值上。阴极保护设备培训教材3.5.8　电位测量：由φ表及K5等组成。3.5.9　电压测量：由V表W7、R43等组成。3.5.10　电流测量：由I表、FL1等组成。3.5.11　稳压电源：由IC10、IC11等组成±15电源，IC12－14分别构成三组5V电源提供给三个数字面板表使用。阴极保护设备培训教材运行指南4.1HPS面板与接线板示意图阴极保护设备培训教材阴极保护设备培训教材4.2基本操作方法4.2.1仪器自检打开接线板上的总电源开关,再打开面板上其中一路的工作电源开关，仪器此路立即进入恒电位工作状态，按一下“自检”键，则工作指示灯灭，自检指示灯亮，状态指示灯仍显示绿色，说明仪器此路工作在恒电位自检状态。通过按下和放开电位测量选择键，观察电位值与控制值一致，则说明仪器自检正常。各路检查方法类似4.2.3　工作恒电位 仪器各路自检正常后，按一下其中一路“工作”键，则此路自检指示灯灭，工作指示灯亮，此路恢复工作状态，对此路保护体实施恒电位阴极保护。调节“恒位调节”电位器（顺时针方向增大），使保护电位达到设计要求。电压表显示输出电压，电流表显示输出电流。阴极保护设备培训教材根据现场管道实际情况，旋动“控制调节”旋钮使管道电位达到欲控值。长输管线的设定一般在1200MV~1500MV之间.阴极保护设备培训教材4.2.5　恒电流设定：面板板上恒流设定开关，此时面板状态指示灯显示黄色表明进入恒电流状态，根据现场管道实际电流，调节“恒流调节”电位器，使电流达到欲控值（出厂时设定在仪器额定电流的30%），恒电流设定完毕，将仪器关机再开机。4.3工作状态自动切换 当参比电极失效，或系统受到外界严重干扰而不能恒电位工作时，且持续时间超过20秒，将自动切换为恒电流工作状态，状态指示灯显示黄色。故障自动关机 当仪器其中一路工作中出现故障，状态指示灯显示红色，此路将自动停止输出，并发出报警鸣音，持续1~2分钟后此路将自动关闭。断电测试将其中一路“断电测试”开关置“内控”档时，此路的电流输出呈间歇状态：通12秒、断3秒。阴极保护设备培训教材5　维护与检修5.1　印刷电路组成HPS恒电位仪的印刷线路有“稳压电源板”、“移相触发板”、“比较限流板”、“功能转换板”和“防雷板”，“数据转换板”等几块板组成。阴极保护设备培训教材5.2　故障判断和处理方法一览表序号故障现场原因处理方法1开机无输出，指示灯不亮，数字面板表不显示。⑴　电源开路⑵输入保险管断或稳压电源变压器保险管断。⑴　查输入电源并重新接好。⑵　更换保险管。阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法2输出电流、输出电压突然变小，参比失效或参比井土壤干燥或零位接阴线断。更换参比、重埋参比或接好零位接阴线。故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法3输出电流突然增大，恒电位仪正常。⑴　水或土壤潮气使阳极电阻降低。⑵　与未保护管线接触⑶　绝缘法兰两边管道搭接。⑴　可以暂时不改变装置，夏季电阻会回升。⑵　对未保护管线采取　⑶　对绝缘法兰处不正常搭接进行处理。故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法4无电压、电流输出，“保护电位”比“控制电位”高，声光报警20S后切换到恒电流工作。⑴　参比电极断线。⑵　参比电极损坏。(3)预控值电位比自然电位低或太接近自然电位。⑴更换参比。⑵更换参比。(3)适当抬高预控值电位。故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法5输出电压变大，输出电流变小，恒电位仪正常。⑴　阳极损耗。⑵　阳极床土壤干燥或发生“气阻”。⑴　更换阳极⑵　夏季定期对阳极床注水。故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法6有输出电压，无输出电流，声光报警20S后转入恒电流状态，恒电流也无法工作，一般是现场阳极电缆开路,不排除阴极线被人为破坏。重新接线。故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法7故障现象同上，但仪器“自检”也不正常。机内输出保险管熔断。更换保险管。故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法6仪器无法输出额定电流，到某一电流值仪器报警，“控制”电位比“保护”电位高,20S后转到恒流工作。⑴　限流值太小。⑵　IC6、IC7坏。⑴调节比较板有关参数将限流值放宽⑵更换IC6、IC7故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法7输出电流、输出电压最大，电位显示“１”（满载）报警20S后，转入恒流。比较器IC1坏或阻抗变换器IC9坏。更换比较板上的IC1或IC9故障判断和处理方法阴极保护设备培训教材第二章数据传输阴极保护设备培训教材HPS具有如下特点：a.　带有点对点数据接口，可以将保护电位、输出电流、输出电压信号,，远传给控制室计算机。b.　使用电子模块，可靠性高、操作轻便、无噪声。　c.     有防雷器、可抗雷击余波，使阴极保护系统更可靠运行。阴极保护设备培训教材2　主要技术指标和功能2.1　使用环境　　温　　度：－15℃～＋45℃　　相对湿度：20%～90%　　气　　压：60~106KPa阴极保护设备培训教材3　工作原理3.1　原理方框图（见图二）　附图二　原理方框图阴极保护设备培训教材标准工业信号组系采用标准的信号模块实现模拟量到工业信号的变换或标准工业信号到模拟量的逆变换。电流信号从分流器取样，由放大器N3放大后，送入标准工业信号变换器模块N4，由N4的6、7脚输出标准电流信号；电压信号从阴、阳极取样，通过R35、RP4、R36分压后，送入标准工业信号变换器模块N15，由N15的6、7脚输出标准电压信号。阴极保护设备培训教材电位信号从参比电极取样，由放大器N9阻抗变换后送标准工业变换器模块N10，由N10的6、7脚输出标准电位信号，远控给定输入4～20mA标准工业信号，由工业信号逆变器模块输出0～－3000mV的给定信号。阴极保护设备培训教材4　运行4.1　接线板示意图阴极保护设备培训教材4.2　准备开机前应仔细检查连线，确保连接完全正确，接线柱应拧紧，插头应插到位，机壳接地应良好，交流电源电压应在允许的范围内。同时还应检查阳极床接地电阻是否符合设计要求，检查参比电极是否有效。阴极保护设备培训教材电流取样电阻上的电压值V和实际输出电流的关系式:V(mV)＝取样电阻值（Ω）×［4mA+16mA×］阴极保护设备培训教材　b.　电压取样电阻上的电压值V和实际输出电压的关系式:V(mV)＝取样电阻值（Ω）×［4mA+16mA×］　阴极保护设备培训教材　c.　电位取样电阻上的电压值V和保护电位的关系式:V(mV)＝取样电阻值（Ω）×［4mA+16mA×］阴极保护设备培训教材5.2       简单故障判断和处理方法一览表序号故障现场原因处理方法1开机，无交流电源指示。(1)无交流电源(2)电源开关接触不良(1)　查电源进线(2)换电源开关阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法2保护电位表无指示或超量程指示。(1)控制变压器无电源(2)无工作电源或毫伏计坏(1)查控制变压器保险管。(2)查“电流信号板”的N１、N２、N３是否有损坏。阴极保护设备培训教材序号故障现场原因处理方法3无电位、电流、电压远传数据。(1)供模块的电源故障(2)相对应的某路模块损坏(1)查供电电源＋24V(2)换同规格模块