青岛雅合科技发展有限公司——阴极保护培训资料

青岛雅合科技 阴极保护培训资料 青岛雅合科技发展有限公司 技术服务中心 第 1 页共49 页 阴极保护培训资料 目录 第一部分腐蚀原理简介 第二部分阴极保护简介 第三部分强制电流阴极保护系统构成及故障分析 第四部分IHF数控高频开关恒电位仪及YHS-1控制柜操作第五部分IHF数控高频开关恒电位仪内部结构及工作原理说明第六部分恒电位仪参数调整与维修说明 第七部分恒电位仪常见故障与维修方法 第一部分腐蚀原理简介 一、腐蚀的定义 腐蚀是金属与周围介质发生化学、电化学反应导致金属破坏的过程。 按照腐蚀原理可分为: ●化学腐蚀 定义:指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。 特点:腐蚀过程中无电流的产生。 根据介质的不同它又可分为: (1).气体腐蚀 (2).在非电解质溶液中的腐蚀 ●电化学腐蚀: 定义:指金属表面与电解质因发生电化学反应而引起的破坏。 特点:腐蚀过程中有电流的产生。 二、电极电位 金属上的负电荷吸引着溶液中过剩的阳离子 (如H+),使之尽可能靠近金属表面,在金属 /溶液界面上形成双电层。 金属/溶液界面上双电层的建立,使得金属与溶 液之间产生电位差,这个电位差就叫做该金属 在这种溶液中的电极电位,简称电位。 腐蚀电位(自然电位):将金属放入电解液中, 金属与参比电极之间的电压。 参比电极:电位恒定、重复性好的电极,(例 如:饱和硫酸铜参比电极、饱和甘汞电极、 氯化银参比电极.) 三、发生腐蚀的原因 在电解质中,金属的不同部位,电极电位是不同的,从而形成腐蚀电池。而电极电位的差异是金属自身或环境状况不同所引起的。 1.微电池的形成 (1) 化学反应的不均匀性、金属组织的不均匀性、表面物理状态的不均 匀性等,都可引起电化学腐蚀。 (2) 金属表面有扎屑、有划痕、受应力。 (3) 此时金属表面形成了无数个微阴极和微阳极,构成了微观腐蚀电 池。 2.宏电池 F Fe Cu F F Cu F F F F F e A (1)不同的金属与同一电解质溶液相接触(2)同一种金属接触不同的电解质溶液(3)不同的金属接触不同的电解质溶液 Cu Cu 四、腐蚀发生的过程 金属的腐蚀大多为电化学过程,金属表面与电介质接触,如:在大气的环境下,含盐的水蒸气,当金属浸在淡水、海水或埋在土壤中时,电介质是含盐的水份,形成腐蚀电池。 阴、阳极在金属表面的分布取决于金属各点的内部结构及外部环境。电极电位较低的为阳极、电位较高的为阴极,电子将离开阳极向阴极移动,而位于阳极区的金属原子由于失去电子而呈微带正电的离子、进入电解质。 带正电的金属离子与周围电介质中的负离子发生反应而形成的腐蚀产物,金属发生腐蚀。 在阴极区,由于存在多余的电子,金属不会发生腐蚀,化学反应在电介质中发生,如(OH )--析氢 F Fe F F F F F F F e OH OH 五、发生腐蚀的必要条件 发生腐蚀必须满足以下4个条件:阳极和阴极必须同时存在,(阳极、阴极组成腐蚀电池); 阴、阳极之间必须有电位差;阴、阳极之间必须有电气连接; 阴、阳极之间必须处于同一电介质中。去处四个条件中的任何一个,腐蚀就 会停止。 六、腐蚀发生的不同类型 1.管道防腐层破损引起的腐蚀 漏点 2.金属成分、构造不同引起的腐蚀 3. 氧浓差引起的腐蚀 在通气条件差(氧含量低)的环境下,钢结构对低电位较低。 如埋设在道路下的管道,对地电位较低,为阳极,首先发生腐蚀。 对于大直径管道,由于其顶部相对干燥,通气较好,所以,其底部通气较差,较容易发生腐蚀。 4.硫酸盐还原菌腐蚀 当通气条件差时(如在黏土中、或潮湿环境下),硫酸盐还原菌可能会活跃,发生如下反应: 2 1422822SO H H S H O OH --+=++ 由于氢原子不断被消耗,需要更多的电子来产生氢原子,因此,腐蚀加剧。 腐蚀特点是金属表面光亮并伴有臭鸡蛋味。 PH 值对于土壤的腐蚀性没有太大意义,但当怀疑有酸性污染时,应当对其进行测量。采用一般的试纸就可以满足精度要求。 5.新旧管道腐蚀 如果在旧管道中换掉上一段新管道,新换的管道要比预期寿命短。 低碳钢(锈): -0.2V —-0.5V 低碳钢(光亮): -0.5V —-0.8V 6.环境不同引起的腐蚀 管道经过不同性质土壤时,将形成腐蚀电池,阳极段发生腐蚀。 混凝土的包裹将产生腐蚀电池,混凝土外面的管道为阳极发生腐蚀。 7.杂散电流腐蚀 腐蚀干扰:由于杂散电流的影响而产生的金属结构电位的波动。 杂散电流:沿规定路径之外的路径流动的电流。 杂散电流腐蚀:由于杂散电流流动而引起的腐蚀。 直流电车系统以及阴极保护系统经常成为杂散电流源。当管道防腐层较差时,杂散电流从管道的一个部位进入管道,沿管道流动一段距离后,在涂层缺陷处离开管道。 在电流进入的部位,管道得到保护;在电流离开的部位,管道发生腐蚀。 第二部分 阴极保护简介 一、阴极保护原理 阴极保护定义:通过采取措施,使被保护金属表面在电化学电池中为阴极而减缓其腐蚀的技术。 强制电流从周围电介质中流向被保护结构表面,使金属表面全部处于阴极状态,就可抑制阴极区金属表面电子释放。施加的电流越大,产生的阴极极化越强,直到腐蚀原电池的阴阳电极极达到等电位,消除结构表面的阳极区,腐蚀就会得到抑制。 实现这一目的有两个途径,即:外加电流和牺牲阳极阴极保护。 从理论上讲,如果涂层是完整、无缺陷的,那么,涂层自己就可以完成防腐任务。然而,要做到涂层无缺陷,实际上是很困难和不经济的。因此,涂层和阴极保护的结合,99%的防腐任务有防腐层承担、阴极保护对防腐层缺陷处进行保护,是最经济、有效的防腐措施。 F Fe Cu Zn F F Zn OH Zn Zn Zn Zn Zn Zn OH OH Fe Cu Zn Zn OH Zn Zn Zn Zn Zn Zn OH OH OH OH OH 二、阴极保护的条件 从技术可行性上讲,阴极保护必须具备三个使用条件: 1、管道纵向连续导电,确保阴极保护电流畅通,是阴极保护的必要条件之一。法兰、丝扣部位需要电缆跨接。 2、具有足够电阻的管道覆盖层。覆盖层的主要作用是隔离土壤介质,阻止形成腐蚀电池。覆盖层的电阻愈大,需要的保护电流愈小。 3、管道与其他非保护构筑物之间电绝缘。电绝缘可以防止阴极电流流失,还可减轻电偶腐蚀,减轻杂散电流干扰等。 三、阴极保护准则 1.埋地钢质管道阴极保护准则可采用下列任一项或几项为判据: ●在施加阴极电流的情况下,测的管/地电位为—850mv(相对饱和硫酸铜参 比电极,下同)或更负。 注:正确解释管/地电位测量值,必须考虑测量方法中所含的IR降误差,通常采用下面的几个方法: ①测量或计算IR降; ②检查阴极保护系统以往的性能; ③评价管道及其环境的物理和电性能; ④确定是否存在腐蚀的直接证据。 ●相对饱和硫酸铜参比电极的管/地极化电位为—850mV或更负 ●管道表面与同土壤接触的稳定的参比电极之间阴极极化电位值最小为 100mV。这一准则可以用于极化的建立过程和衰减过程中。 2.特殊条件的考虑 对于裸钢表面或涂敷不良的管道,在预先的电流排放点(阳极区),确定净电流是从电解质流向管道表面。 当土壤和水中含有硫酸盐还原菌,且硫酸根的含量大于0.5%时,通电保护电流应达到—950mV或更负。 3.最大保护电流的限制应根据覆盖层的种类及环境来确定,以不损坏覆盖层的 沾结力为准。 推荐的最大保护电位为: 石油沥青—1.50V 煤焦油瓷漆—3.0V 环氧粉末—2.0V 四、牺牲阳极及外加电流阴极保护比较 五、牺牲阳极阴极保护 牺牲阳极阴极保护,依靠外加阳极不断溶解所产生的阴极电流实现阴极保护。该电位较负的电极成为牺牲阳极,因为随着电流的不断流动,阳极材料将不断的消耗。 牺牲阳极材料所应具备的条件: A.电位足够负,但不宜太负,以免阴极区产生析氢反映; B.阳极的极化率要小,电位极点流要输出稳定; C.阳极材料的电容量要大; D.必须有高的电流效率; E.溶解均匀,容易脱落; F.材料价格低廉,来源充分。 常用的牺牲阳极材料有三种:镁和镁合金、锌和锌合金、铝和铝合金: ●镁阳极电位更负、极化率小、发电量大,但电流效率低,适用于范围大、 电阻率高和淡水中金属的保护; ●锌阳极要求有缴高的纯度(99.9%);铝是自钝化金属,但通过合金化可 以破坏其保护膜,获得满意的性能; ●铝阳极电位较低,单价格低廉。铝是两性金属,在土壤介质中,腐蚀产 物容易水解成铝酸,加速阳极的自腐蚀,所以在土壤介质中一般不能应 用。 1.牺牲阳极种类的选择 通常根据土壤电阻率选取牺牲阳极的种类,基本原则如下: 2.牺牲阳极规格的选择 根据土壤的电阻率和保护寿命的年限来选择阳极的规格型号 3.牺牲阳极保护系统的安装 牺牲阳极可以单独埋设,也可以成组埋设(平行管道排列),成组阳极可以在管道两边埋设,阳极间隔b为2m.。 安装步骤: 安装前的检查:应检查合格证与产品化验文件,阳极表面严禁油污或其他污染,否则应彻底清除干净。检查阳极电缆接头有无破损,否则应重做绝缘密封和热缩。 填报料进场前应检查有产品合格证。每只阳极的成分、重量要符合设计要求,不允许减料和错装。 在牺牲阳极和填报料组装时,应使阳极基本上处于填报料的中央位置,不能用手感到阳极有偏位。牺牲阳极与填报料的组装后,如坑后应充分湿润。 回填土应不含砖、石、沙和其他杂物。浇湿,踏实。 六、外加电流阴极保护原理 外加电流阴极保护,又称为强制电流阴极保护。是利用外部电源提供阴极保护电流的阴极保护技术。 该方式是利用外部电源和辅助阳极,迫使电流通过辅助阳极从周围介质中流向被保护结构,从而消除腐蚀。 该阴极保护系统由整流电源、地床、参比电极、连接电缆组成。(地床:由多支阳极组成的阴极保护该地极成为地床)。 1.阴极保护电源——恒电位仪 恒电位仪的要求: 1.根据设置的不同,它可以恒电 位、恒电压、恒电流输出。 2.可靠性高,寿命长,维修简单。 3.输出电压、电流可调,具有抗 过载、防雷、防干扰、故障保 护等功能。 4.输出、输入端有过流、防冲击保护装置。 5.在恒电位输出的状态下,整流电源自动调节输出电压、电流,使管/地电 位维持在设定值。 2.阴极保护电源技术要求 1)控制电位误差:≤±10mV 2)流经参比电极电流:≤±1μA 3)给定电压范围:0~3V连续可调 4)输出稳定值:0~输出电压额定值连续可调 5)仪器供电电压:AC220V/A V380V±10% 6)效率:≥90% 7)功率因数:≥90% 8)纹波电压:≤1% 9)绝缘电阻:≥20MΩ 10)整机过热保护阀值:(80~95)℃ 11)输入对壳耐压:≥1500V 12)输入对输出耐压:≥1500V 13)输出对机壳耐压:≥1500V 14)工作温度:(-20~50)℃,储存温度(-20~70)℃ 15)相对湿度:10~90%℃, 16)大气压力70~106 Kpa 17)运行方式:手动调节输出电流,恒电位输出 3 雅合IHF数控高频开关恒电位仪的原理图 输出滤波及输出采样 EMI 电网输入 输入滤波 驱动单元 高频隔离变压直流输出 中心控制单元 参比信号隔离放大 参比输入 本机控制及运行状态显示 远控接口 4.雅合IHF数控高频开关恒电位仪与可控硅、磁饱和恒电位仪性 能对比 5.辅助阳极——硅铁阳极 ●硅铁阳极的成分: Si:14.25—15.25% Mn:0.5—0.8% C:0.80—1.05% 镉:4—5% 磷:≤0.25% 硫:≤0.10% ●硅铁阳极的化学性能: 输出电流:5~80A/m2; 消耗率≤0.45kg/A.yr.;工作电流:10A/m2。 引线与阳极之间的接触电阻应小于0.01ohm,接头密封可靠,表面无明显缺陷。 ●硅铁阳极的作用: 硅铁阳极价格便宜,已经使用了几十年,可应用于各种环境,具有良好的使用。 在氢离子较多的环境(如海水),添加4—5%的铬。 使用硅铁阳极时,它与管道间具有2Vd反应电势(管道与硅铁阳极之间的电位差),选择恒电位仪时要给与考虑。 6.辅助阳极——混合金属氧化物阳极 阳极的特点: 该阳极是将混合金属氧化膜烧制在钛金属表面。氧化膜具有极强的导电性。 该阳极具有体积小、重量轻、安装方便等优点。可以制成筒状、棒状、探头状。 工作电流密度: 1.土壤及海水:100 A/m2 2.海水:500 A/m2 3.消耗率:<1.0mg/A.yr. 7.阳极地床的位置 地床一般距离管道50—300m。土壤电阻率是决定地床位置最重要的因素,地床应安装在低土壤电阻率位置,低洼潮湿的区域。除此之外,还要考虑如下因素: 1.地床位置附近是否有其他埋地金属设施;若有的话,其间距大于100m。 2.地床距离管道一般不小于50m。土层厚、无石块、便于施工。 3.该地区未来的规格是否影响到地床的位置。 8.浅埋阳极地床安装 ●依据阴极保护站平面图,确定阳极地床的位置。阳极地床距保护管线垂直距 离按设计进行。辅助阳极地床尽量选择在土壤电阻率低的环境,以有利于电流的输出。 ●高硅铸铁阳极引出线为VV—1KV/1×10mm2。阳极接头密封可靠,阳极表面 应无明显缺陷。阳极进场前,必须按产品性能指标验收。因高硅铸铁性脆、易断,在搬运、安装时应特别小心,以免摔碰而断裂,不能把阳极导线作为起吊工具。严禁用阳极引出线拉运阳极,阳极应轻拿轻放。 ●阳极四周填充焦炭填料,其粒度为小于φ15mm,含碳量大于85%,阳极上 下部的焦炭厚度均为150mm,四周的焦炭厚度不小于150mm,焦炭中不得混入泥土等杂物,必须夯实后才能继续回填。高硅铸铁阳极电缆与阳极汇流电缆,在接线箱内进行连接。 ●阳极与电缆接头,每支阳极电缆与汇合电缆接头即埋地电缆外绝缘层的检查 是浅埋阳极地床安全运行的必要条件。 9.深井阳极地床 ● 深井阳极为埋设大于15m 的阳极地床,通常50~100m 深井地床,直径在 250mm 以上,阳极排列在深井中,当地表土壤电阻率较大,或空间狭小时,或管网密集时,宜采用深井阳极。 ● 深井阳极电流分布较浅埋阳极均匀,对其他结构干扰小,受季节性变化影响 小,但造价较高,且一旦出现故障,则很难修复。 ● 安装深井阳极时,应安装多孔排气管,排除阳极反应产生的氯气、氧气,以 防止气阻。 ● 采用筒状或线形混合氧化物阳极,可以减小工程量(钻孔直径200mm )。 ● 深井阳极接地电阻计算公式: Ra=[2L ρπ??]·ln[2l D ?] 根据填充方式阳极又分: ● 开孔阳极:阳极周围只有水介质,阳极悬挂在阳极井中; ● 闭孔阳极:阳极周围用填料填充,阳极无法提出。 10.储罐底板外侧阴极保护方法比较 SY/T0085—95规定了钢质储罐底板外侧阴极保护一般实施方法,近几年随着阴极保护技术的发展,该项技术有了较大的发展。先把几种方法做一些简单的比较。 ●块状牺牲阳极保护是把牺牲阳极布置在罐的四周,安装简单,不会产生干扰 腐蚀。它适合于极小型罐及土壤电阻率低的环境,对罐外壁、埋地管道,接地网等设施必须同时进行设计计算一起实施保护,是能达到保护效果的。 ●深井阳极系统主要用于已建罐群的保护。由于深井阳极地床的排气系统,电 缆连接点,电缆绝缘层质量检验技术日趋成熟,对中小型罐群的综合保护能收到经济安全长效的保护。 ●镁带保护,柔性阳极,金属氧化物阳极都适合于大型储罐的防腐。它们的共 性是单一罐底的防腐,只适合于对新建罐实施阴极保护。所以在设计时必须与罐体的设计寿命一致。保护电位均匀,对罐外的管道,接地网的干扰很小。 11.储罐底板网状阳极阴极保护 网状阳极的优点: ●电流分布非常均匀,输出可调,保证储罐充分保护。 ●产生的杂散电流很少,不会对其他结构造成腐蚀干扰。 ●不需要回填料,安装简单,由于大量工作已经在工厂内完成,质量容易 保证储罐与管道之间不需要绝缘。 ●不易受今后工程施工的损坏,使用寿命长。 12.储罐底板镁带阳极阴极保护 13.储罐内壁阴极保护 原油储罐内壁特别是罐底常常聚集原油污水,污水的含盐量很高,而且各油田的污水成分 相差很大。特别是这污水往往在50-70℃的 高温环境中所以罐底内侧的腐蚀十分严重的 。济南炼油厂的储罐采用山东临盘油,污水 的腐蚀率在常温下为0.145mm/a,在55℃环 境下腐蚀速率在0.62mm/a,非常严重。阴 极保护实施前7-10年穿孔,实施阴极保护后 ,一个万立罐保护5年多,蒸罐检查,罐底没有腐蚀,有的罐已经保护13年了,没有发现 异常。 14.储罐内壁保护的特点 1.原油污水中采用的铝合金牺牲阳极 是在高温油水浸渍的环境中使用,每 个油罐如果储存不同原油,牺牲阳极 还要适合不同种类的原油污水,所以 它不同于海水中使用的铝阳极。 2.性能最好的阳极在油水交替浸渍时, 阳极活性效率回下降。根据SY/T0047 -1999规定储罐内的阳极应该在水层下 面,不接触原油特别是粘性原油。 3.原油污水中阴极保护的设计寿命不宜 太长,一般为10年-15年为佳。保护效 果,经济性好。 七、阴极保护常用附件 1.电气绝缘装置 电气绝缘装置的应用: 限制阴极保护电流在指定的范围内,与其他金属结构或环境进行(电气绝缘防止阴极保护电流的流失,保持阴极保护系统有效运行。 为了实现以上目标,经常使用绝缘法兰、绝缘接头来进行绝缘处理。 ●绝缘法兰 绝缘法兰与普通的法兰的结构差不多,不同的是绝缘法兰中间采用绝缘垫片,每个螺栓都加绝缘垫圈和绝缘套管,使两片法兰完全绝缘,从而在连接管道的同时,起到一个相互绝缘的效果。 ●整体型绝缘接头 在工厂里组装,可避免现场组装因潮湿、风沙带来的对绝缘值的影响。在工厂里已进行严格的机械、电性能和压力参数测试。 整体型结构不能拆开,寿命长。 绝缘电阻>25MΩ(1000V.D.C) 电绝缘装置的安装部位: ●管道所有权改变的分界处; ●干线管道和支线管道分界处; ●干线管道进出站连接处; ●杂散电流干扰区; ●异种金属、新旧管道连接处; ●裸管和有覆盖层的管道连接 处; ●套管穿越段; ●大型跨越段的两端 ●跨越管段的支架与管道连接处。 ●由于绝缘法兰两侧的电位差,会对管道产生干扰,加速腐蚀,所以绝缘法兰 两侧10米内,管道防护层作特别加强级防护。 2.接地电池 交流电或雷击有可能损坏绝缘装置,为了保护绝缘装置,采用接地电池,将电流由一侧传导到另一侧。 接地电池中所用的锌棒,其成分与锌阳极一样。根据所用的填料的不同,阳极棒之间的电阻在0.2—0.5 Ω之间。 目前对接地电池的使用存在争论,具体使用还需要时间验证。 ●与火花隙相比较,由于非保护侧的一部分电流将通过接地电池流向保护 侧,可以减轻阴极保护对非保护侧的影响。 ●在防腐层绝缘效果很好的管道上应用时,会对阴极保护产生不利的影 响。 3.火花隙(避雷器) ●遭受雷击时,火花隙短路,火花隙高压放电,将电 流释放,保护绝缘接头绝缘材料不被雷击。 ●一般用于地上装置。(如果绝缘接头埋地安装,建议 使用接地电池,从而不使用火花隙,以避免绝缘接 头非保护侧的腐蚀)。 ●火花隙动作电压:40V;电流排放:100KA。 4.测试桩 测试桩的作用是测量管道电位、管道 电流、电气绝缘性能等电气参数, 兼作里程桩。它布置原则: ●电位测试桩每隔1km设一支; ●牺牲阳极保护系统有选择地在阳极 埋设点周围设测试桩; ●牺牲阳极电位发生电流的测试桩; ●外加电流阴保系统每5—8KM设一 支管道电流测试桩; 另外在套管绝缘接头处,大型穿越 处,交流干扰严重处于其他管道交叉平行 段,电气化铁路交叉处平行段都要架设测试桩,以便于管道保护状况的检测。 根据设计测试桩可以是钢桩、不锈钢桩、砼桩。城市内用测试桩要用底下的塑性测试桩,而且必须是水密型的。 测试桩定位一般距管道1.5M露出地面0.8—2.0M尽量放置在路边、田边和绿化带位置。 YHC 第三部分强制电流阴极保护系统构成及故障分析 1、强制电流阴极保护系统组成 强制电流阴极保护系统主要由以下构成: 1)被保护体 如管道、储罐、码头钢桩等。 2)恒电位仪 强制电流阴极保护系统电源。 3)辅助阳极 如浅埋阳极、深井阳极等。 4)参比电极 长效饱和硫酸铜参比电极、高纯锌参比电极等。 5)阴极电缆 6)阳极电缆 7)零位电缆 8)参比电缆 2、强制电流阴极保护系统示意图 第26 页共49 页 第27 页共49 页 3、阴极保护系统故障现象及处理方法 IHF数控高频开关恒电位仪可以提供比较丰富的报警信息,根据这些报警信息,结合强制电流阴极保护系统工作特点,可以对阴极保护系统故障进行分析和判断。具体逻辑框图如图所示: 恒电位仪报警说明 1)原因一:恒电位仪设计容量过小。建议更换大功率的恒电位仪。 原因二:参比电极失效。 用另一只参比电极作为输入,观察恒电位仪在恒电位工作时情况,可以判断参比电极是否失效。 2)原因一:阳极电缆或阴极电缆损坏。 在停机状态下,用万用表欧姆档测量阴极电缆和零位接阴电缆电阻,如果电阻过大,则说明阴极电缆失效。 原因二:辅助阳极失效。 测量辅助阳极接地电阻,对比竣工时的数据,可以判断辅助阳极是否失效。 原因三:参比电极接近失效。 用另一只参比电极作为输入,观察恒电位仪在恒电位工作时情况,可以判断参 比电极是否失效。 原因四:恒电位仪设计容量过小。建议更换大功率的恒电位仪。 3)原因一:阳极电缆和阴极电缆短路。 在停机状态下,用万用表欧姆档测量阴极电缆和阳极电缆电阻,如果电阻过小,则说明存在短路。 原因二:管道漏电流过大。 有可能是管道防腐层失效,建议通过检测管道流过的阴保电流或电火花捡漏方法,判断防腐层失效的区段。 也有可能是增加了保护范围,建议落实保护范围内是否新增了管道、储罐或绝缘装置失效。 原因三:参比电极失效。 用另一只参比电极作为输入,观察恒电位仪在恒电位工作时情况,可以判断参比电极是否失效。 原因四:恒电位仪设计容量过小。建议更换大功率的恒电位仪。 4)参比交流干扰过大。 用万用表交流档,测量零位与参比之间的交流干扰电压,如果过大,应采取相应措施进行排流处理。 5)原因一:管道漏电流过大。 有可能是管道防腐层失效,建议通过检测管道流过的阴保电流或电火花捡漏方法,判断防腐层失效的区段。 也有可能是增加了保护范围,建议落实保护范围内是否新增了管道、储罐或绝缘装置失效。 原因二:恒电位仪设计容量过小。建议更换大功率的恒电位仪。 6)原因一:辅助阳极接近失效。 测量辅助阳极接地电阻,对比竣工时的数据,可以判断辅助阳极是否失效。 原因二:恒电位仪设计容量过小。建议更换大功率的恒电位仪。 7)恒电位仪设计容量过小。建议更换大功率的恒电位仪。 8)原因一:预置电流过大。建议减小预置电流。 原因二:辅助阳极接近失效。 测量辅助阳极接地电阻,对比竣工时的数据,可以判断辅助阳极是否失效。 9)恒电位仪故障,请与厂家联系解决。 10)恒电位仪正常温度超限保护。检查环境温度,建议阴保间通风降温。 以上是强制电流阴极保护系统中恒电位仪、参比电极、阳极地床及有关电缆的故障分析处理,可供使用维护人员参考。 第四部分IHF数控高频开关恒电位仪及YHS-1控制柜 操作规程 本规程主要面向日常操作、管理和维护,简要说明了IHF数控高频开关恒电位仪及YHS-1控制柜常用操作方法和注意事项,可以作为日常使用及管理维护的依据,详细的使用方法请参阅恒电位仪及控制柜的使用说明书。 1.系统构成 线路阴保间内放置的恒电位仪及控制柜,是由一台YHS-1控制柜和2台IHF恒电位仪组成,安装方式为一台控制柜内放置两台恒电位仪。 恒电位仪负责为管道提供所需的阴极保护电源;控制柜负责配电及输入输出线路连接;控制柜内部配有自动切换控制器,负责恒电位仪的自动切换。 2.恒电位仪显示及操作 1)恒电位仪前后面板示意图 说明: ①恒电位仪操作面板 ②百叶窗 ③市电断路器 ④市电输入插座 ⑤铭牌 ⑥参比接线端子 ⑦输出端子- (阴极) ⑧输出端子+ (阳极) ⑨风机罩 ⑩接地螺栓 2)数据及状态显示 恒电位仪的运行数据及状态,通过恒电位仪的中文液晶面板进行显示,同时操作面板上的指示灯和蜂鸣器,也会指示相应的状态。 恒电位仪液晶显示主界面示意图如下: 3)面板按键说明及参数调整基本操作方式 按键说明: 运行:启动恒电位仪工作 停止:停止恒电位仪工作 确定:选择和保存设置 返回:返回上级菜单 方向键:修改数据,移动光标 恒电位:恒电位设置快捷键 恒电流:恒电流设置快捷键 菜单:调出恒电位仪功能菜单 测试:断电测试启动与停 参数调整基本操作方法: 参数的调整,通过左右方向键选择需要修改的数据位,通过上下方向键修改数据或状态。 4)恒电位仪日常操作 ◆恒电位运行操作 恒电位仪上电→“停止”→“恒电位”→通过方向键设置预置电位→“确定” →“运行” ◆恒电流运行操作 恒电位仪上电→“停止”→“恒电流”→通过方向键设置预置电流→“确定” →“运行” 注意:在进行任何参数或状态调整时,应先按下“停止”键,使恒电位仪处于停止状态,而后进行设置和调整。调整完成后,按“运行”键启动恒电位仪运行。 ◆恒电位仪通讯参数设置 恒电位仪上电→“停止”→“菜单”→“通讯设置”→“通讯地址”→通 过方向键设置通讯地址为0001→“确定”→“奇偶校验”→通过方向键 设置为无校验→“确定”→“返回”→“运行” 注意:通讯地址设置不正确,将导致自动切换功能不正常,同时影响恒电位仪的远传远控数据传输。 3.控制柜操作 1)控制柜前后示意图 说明: ①控制柜操作面板 ②1号恒电位仪 ③2号恒电位仪 ④交流配电盘 ⑤自动切换控制器 ⑥综合接线盘 ⑦输出母排 ⑧控制柜接地螺栓 2)控制柜日常操作 ◆使用自动切换控制器的自动切换工作方式 将配电盘的“手动切换开关”置“0”。将“双机自动切换器”的“状态选择开关”打在“自动”档。 合上控制柜“电源开关”,1#恒电位仪开始运行。 说明:如果1#恒电位仪出现故障,将自动切换到2#恒电位仪运行。 ◆使用自动切换控制器的手动切换工作方式 将配电盘的“手动切换开关”置“0”。将“双机自动切换器”的“状态选择开关”打在“手动”档,将设备选择开关拨到“1#机”。 合上控制柜“电源开关”,1#恒电位仪开始运行。 ◆使用应急手动切换开关的手动切换工作方式 切断自动切换控制器电源,将配电盘的“手动切换开关”置“1”。合上控制柜“电源开关”,1#恒电位仪开始运行。 4.数字通讯及远传远控 恒电位仪远传远控是通过RS-485数字通讯接口实现的,通讯采用MODBUS RTU国际工业通讯协议,通讯协议具体内容见附表。 恒电位仪通讯线采用两芯屏蔽双绞线。恒电位仪通讯设置参数为:通讯地址为0001,奇偶校验方式为无校验。 恒电位仪通讯传输及控制流程如下图所示: 对于日常管理及使用,只需要保证图示中各环节的设备、参数设置及通讯线路连接正常,即可保证数字通讯及远传远控功能的正常实现。 说明:IHF数控高频开关恒电位仪数字通讯远传远控的功能很多,不需要全部使用。 具体使用的功能按照设计部门提供的要求进行选择。 5.故障分析与处理 恒电位仪没有输出时,应按照下列顺序检查: 1)检查恒电位仪是否有报警。检查通讯设置是否正确。 2)检查是否停电(配电面板上的红色市电指示灯是否亮)。 3)检查运行指示灯(绿色)是否亮,液晶屏上状态栏是否显示运行。如果不亮,液 晶屏也没有显示,则检查恒电位仪市电断路器是否合闸。 4)检查恒电位仪及控制柜输出端子是否连接可靠。 5)检查控制参比是否连接可靠,且控制参比自身工作正常。 6)检查散热风机是否正常工作。 7)检查环境温度是否超出恒电位仪允许范围。 8)检查双机自动切换控制器相应指示检查灯是否显示正常。如果不正常,则将切断 自动切换控制器电源,改用控制柜后部配电盘上的手动切换开关进行控制。 如果以上都正常,但是恒电位仪仍然没有输出,请速与我们联系。 6.安全注意事项 IHF系列高频开关恒电位仪在设计上符合IEC1010(国际电工委员会颁布的安全标准),在使用前,请先阅读安全注意事项: 1)恒电位仪设计额定输入电压波动范围为额定电压20%(直流供电电压波动范围 为额定电压10%)。如果市电电网电压波动范围大于20%,请在订货时声明。 2)接地螺栓要可靠连接,以确保接地良好。 3)应严格按照接线要求进行线路的连接。 4)恒电位仪和控制柜的输入输出接线时,接线端子一定要注意绝缘,以免碰到机壳, 导致漏电或短路。 5)应保证恒电位仪正常散热,恒电位仪后面板应距墙300mm以上。 6)由于机内有高压,非专业人员不得打开机箱,以免发生危险。 7.维护与保养 日常仪器的使用与维护,应保持仪器表面的清洁。每月用干的毛刷清理百叶窗和风机罩上的灰尘,清理时应断电。 第五部分 IHF 数控高频开关恒电位仪 内部结构及工作原理说明 恒电位仪原理框图如下图所示: 输出滤波及输出采样 EMI 电网输入 输入滤波 驱动单元 高频隔离变压直流输出 中心控制单元 参比信号隔离放大 参比输入 本机控制及运行状态显示 远控接口 恒电位运行模式如下:参比电位信号经过参比信号隔离放大后进入中心控制单元。中心控制单元根据采样反馈的信号,分析比较输入参比电位和预置电位,计算所需发出的PWM 信号的占空比,由PWM 信号驱动IGBT,调整IGBT 输出。IGBT 输出经过高频隔离变压,高频整流,最后经过输出滤波后输出所需的电压。同时中心控制单元将运行状态在液晶屏上用中文显示,根据需要发送到远方控制中心。 恒电流模式类似恒电位运行模式,如下所示:中心控制单元根据输出采样单元反馈的电流信号与预置的电流信号比较,,计算所需发出的PWM 信号的占空比,由PWM 信号驱动IGBT,调整IGBT 输出。IGBT 输出经过高频隔离变压,高频整流,最后经过输出滤波后输出预置的电流。同时中心控制单元将运行状态在液晶屏上用中文显示,根据需要发送到远方控制中心。 恒电位仪工作原理、主要部件及元器件功能说明1.恒电位仪工作流程框图 2.主电路主要部件及元器件 1)EMI滤波器 主要用于对来自电网的干扰进行滤波。 2)电容充电控制电路 当给恒电位仪上电时,由于主电路中存在输入滤波电容,所以在上电瞬间会产生较大的冲击电流,有时会导致断路器跳闸。本控制电路主要用于缓慢给电容充电,待充电完成后,自动切换到正常工作模式。 3)整流桥 主要用于将220V/50Hz工频交流电整流成直流电。该整流桥为全桥整流。 4)输入滤波电容板 主要用于对整流桥输出的直流电进行滤波。 5)IGBT IGBT(绝缘栅双极晶体管)是恒电位仪的核心器件之一,主要用于将直流电逆变成为25kHz高频的交流电。其输出脉冲宽度的大小,可以通过驱动板的控制进行调节。 6)IGBT驱动板 IGBT驱动板是恒电位仪的核心部件之一,采用无源隔离驱动的方式,用于驱动IGBT工作。 7)IGBT保护板 主要用于吸收IGBT开关时产生的尖峰,保护IGBT。同时采集IGBT流过的电流。 8)高频隔离变压器 主要用于对IGBT输出的高频交流电进行电压变换,并实现输入与输出的电气隔离。该变压器的磁心采用高频磁性材料,初级与次级分别绕制,初次级直接除了一般的绝缘措施外,还采用环氧板进行隔离,确保初次级之间的绝缘强度,从而保证输入与输出的电气隔离。 9)快恢复二极管 主要用于将高频隔离变压器输出的25kHz高频交流电整流成为直流电。 10)快恢复二极管保护板 主要用于吸收快恢复二极管整流时产生的尖峰,保护快恢复二极管。 11)输出滤波电路 输出滤波电路主要由输出滤波电容和输出滤波电感组成,主要用于对快恢复二极管输出的直流电进行滤波处理,给负载提供低纹波系数的较为纯净的直流电。 3.控制电路主要部件及元器件 1)液晶面板 液晶面板主要用于完成除PWM以外的其他恒电位仪功能,这些功能主要包括: ●中文液晶显示/ 薄膜键盘 ●恒电位仪工作状态存储 ●恒电位仪工作参数设置 ●数字通讯 ●数据存储 ●断电测试 ●报警控制 ●温度控制 ●风机控制 ●厂家参数设置与存储 2)反馈板 主要完成功能包括: ●参比电位、输出电压、输出电流的隔离采样及A/D转换 ●温漂抑制 ●IGBT驱动前级隔离放大 ●IGBT前级驱动保护 3)CPU板 CPU板是恒电位仪的核心部件,主要用于完成PWM运算及IGBT脉冲信号的生成。该板主要器件为DSP和CPLD,工作频率为100M。 4)电源板 主要为液晶面板、CPU板、反馈板提供所需的电源。 5)控制电路电源变压器 将220V交流电变换为多路低电压交流电,为电源板供电。 恒电位仪前视图 恒电位仪后视图 第39 页共49 页 恒电位仪内部视图1 恒电位仪内部视图 2 恒电位仪内部视图 3 恒电位仪内部视图4 恒电位仪内部视图 5 恒电位仪内部视图 6 操作面板 反馈板 电源板 输入滤波电容板 输出滤波电容板 IGBT 第六部分恒电位仪参数调整与维修说明 1.恒电位仪出厂参数调整 1)进入出厂参数设置时,需要输入密码,具体操作过程如下: 按“停止”――>“菜单”――>选择“厂家设置”――>按“确定”――>依次按下↑、↓、←、→、→、←、↓、↑――>按“确定”,进入出厂 参数设置。 2)出厂参数设置内容及设置方法 (1)电压校准 采样电压:显示为目前实际的恒电位仪输出端电压,即显示数值为恒电位仪输出+、—之间的实际电压。如果恒电位仪此时已经连接了管道和辅助阳极,则恒电位仪输出+、—之间电压不为零,具体数值可用万用表测量。 偏移量:用于调整零点。上下箭头直接调整数值。 斜率:用于调整放大比例。左右箭头直接调整数值。 (2)电流校准 采样电流:显示为目前实际的恒电位仪输出电流。由于此时恒电位仪处于“停止”状态,恒电位仪没有输出,所以,此时正确的显示数值应该为0A。 偏移量:用于调整零点。上下箭头直接调整数值。 斜率:用于调整放大比例。左右箭头直接调整数值。 (3)参1校准 采样参比:显示为目前实际的恒电位仪参比输入端实际电位。如果恒电位仪此时已经连接了零位和参比电极,则恒电位仪零位和参比之间电压不为零,具体数值可用万用表测量。 偏移量:用于调整零点。上下箭头直接调整数值。 斜率:用于调整放大比例。左右箭头直接调整数值。 (4)参2校准 采样参比:参2用于校准参比电位采样的0点。通过偏移量的调整,应该显示为0。 偏移量:用于调整零点。上下箭头直接调整数值。 斜率:用于调整放大比例。左右箭头直接调整数值。 (5)出厂设置 将“电压校准”、“电流校准”、“参1校准”、“参2校准”的偏移 量设置为0,同时将斜率设置为1。以便于重新设置参数。 (6)自动校准 按“确定”,直接更改自动校准设置。出现“√”时,表明自动校 准有效,无“√”时,表明自动设置无效。 注意:恒电位仪在进行出厂参数调整时,应将自动校准设置为无 效;所有恒电位仪在工作状态时,自动校准应设置为有效。 (7)格式化盘 用于将4M存储器内部的采样数据清除。 2.恒电位仪反馈控制参数调整 进入恒电位仪“反馈控制”的操作步骤,与进入“出厂参数”设置相同,操作步骤如下: 按“停止”――>“菜单”――>选择“反馈控制”――>按“确定”――>依次按下↑、↓、←、→、→、←、↓、↑――>按“确定”,进入反馈 控制设置。 “反馈控制”参数调整主要用于在不同负载条件下,在一定范围内调整恒电位仪的反馈速度,以便获得良好的控制精度和响应速度。速度的计算公式为Y=AX2+BX+C。由公式所示,A一般取>1的数值,以保证响应的速度; B一般取<1的数值,保证响应的精度;C一般取0,防止小输出时的波动。 具体数值的选择,应参考出厂时设定的参数,并根据现场情况进行适当的调整。 对于“反馈间隔”及电压、电流、电位反馈参数中的“采样次数”和“平均次数”一般不作调整。 菜单内容如下: 1)反馈间隔: 2)电流反馈 3)电压反馈 4)电位反馈 参数设置的方式为,按“确定”进入相应参数的设置,通过“→、←、↓、↑”调整数值,而后按“确定”,结束该参数的设置。 3.恒电位仪通讯设置参数调整 主要用于恒电位仪RS-485通讯地址及通讯校验方式的设置。 1)通讯地址 2)奇偶校验 第七部分恒电位仪常见故障与维修方法 1.恒电位仪显示与报警不正常 1)液晶屏 (1)现象:面板电源指示灯亮,液晶屏无显示 原因:液晶屏坏。 处理:更换液晶屏。 (2)现象:液晶屏某些数据显示不正常 原因一:面板与CPU板之间的排线连接不良。 处理:将排线重新插或者更换排线。 原因二:液晶屏坏。 处理:更换液晶屏。 2)蜂鸣器 现象:报警时,蜂鸣器不响,报警设置为“开”,恒电位仪工作正常。 原因:蜂鸣器 处理:更换蜂鸣器。 3)指示灯 现象一:应该亮的指示灯不亮,液晶屏有显示,恒电位仪工作正常。 原因:指示灯故障。 处理:更换相应的指示灯。 现象二:电源指示灯不亮,液晶屏也无任何显示,恒电位仪不工作。 原因:控制电路电源故障。 处理;首先,检查电源变压器与电源板之间插头是否连接松动。 第二,检查电源变压器,测试电源变压器输出是否正常; 第三,检查电源板,测试电源板输出是否正常。 第四,检查电源板到面板的电源线是否连接松动。 2.恒电位工作不正常 1)现象:参比电位显示为0V,恒电位工作时,恒电位仪输出最大,且报警。 原因一:恒电位仪或控制柜参比防雷保护用压敏电阻击穿短路。 处理:首先剪断故障的压敏电阻,此时恒电位仪应该可以正常工作,而 后更换新的压敏电阻。 原因二:恒电位仪反馈板故障。 处理:更换恒电位仪反馈板。注意,更换反馈板后,应在“出厂设置” 中,按新的反馈板参数重新设置出厂校准的参数。 2)现象:参比电位波动很大,恒电位仪输出波动也很大,频繁报警。 原因:恒电位仪反馈参数设置不合理,或外部干扰过大,特别是直流干扰。 处理:调整恒电位仪“反馈参数”,调节方法参考恒电位仪参数调整的说明。 3.通讯不正常 原因一:485通讯线的接线错误。 处理:检查接线位置及接线顺序是否正确,主要是检查控制柜内部的接线。12芯航空插头中,485通讯线正确的接线位置为1#和2#,其中1 #对应485-B,2#对应485-A。 原因二:恒电位仪面板通讯设置错误 处理:参考恒电位仪参数调整部分的说明 原因三:恒电位仪面板通讯部分硬件故障 处理:更换面板。注意,更换面板时,应将面板原先的出厂设置及反馈设置记录下来,并重新输入到新更换的面板中。 青岛雅合科技发展有限公司 技术服务中心 2009-5-29 青岛雅合科技发展有限公司技术服务中心 免费服务电话:800-918-2008 服务热线:189******** 0532-******** 第七部分恒电位仪常见故障与维修方法 1.恒电位仪显示与报警不正常 1)液晶屏 (1)现象:面板电源指示灯亮,液晶屏无显示 原因:液晶屏坏。 处理:更换液晶屏。 (2)现象:液晶屏某些数据显示不正常 原因一:面板与CPU板之间的排线连接不良。 处理:将排线重新插或者更换排线。 原因二:液晶屏坏。 处理:更换液晶屏。 2)蜂鸣器 现象:报警时,蜂鸣器不响,报警设置为“开”,恒电位仪工作正常。 原因:蜂鸣器 处理:更换蜂鸣器。 3)指示灯 现象一:应该亮的指示灯不亮,液晶屏有显示,恒电位仪工作正常。 原因:指示灯故障。 处理:更换相应的指示灯。 现象二:电源指示灯不亮,液晶屏也无任何显示,恒电位仪不工作。 原因:控制电路电源故障。 处理;首先,检查电源变压器与电源板之间插头是否连接松动。 第二,检查电源变压器,测试电源变压器输出是否正常; 第三,检查电源板,测试电源板输出是否正常。 第四,检查电源板到面板的电源线是否连接松动。 2.恒电位工作不正常 1)现象:参比电位显示为0V,恒电位工作时,恒电位仪输出最大,且报警。 原因一:恒电位仪或控制柜参比防雷保护用压敏电阻击穿短路。 处理:首先剪断故障的压敏电阻,此时恒电位仪应该可以正常工作,而 后更换新的压敏电阻。 原因二:恒电位仪反馈板故障。 处理:更换恒电位仪反馈板。注意,更换反馈板后,应在“出厂设置” 中,按新的反馈板参数重新设置出厂校准的参数。 2)现象:参比电位波动很大,恒电位仪输出波动也很大,频繁报警。 原因:恒电位仪反馈参数设置不合理,或外部干扰过大,特别是直流干扰。 处理:调整恒电位仪“反馈参数”,调节方法参考恒电位仪参数调整的说明。 3.通讯不正常 原因一:485通讯线的接线错误。 处理:检查接线位置及接线顺序是否正确,主要是检查控制柜内部的接线。12芯航空插头中,485通讯线正确的接线位置为1#和2#,其中1 #对应485-B,2#对应485-A。 原因二:恒电位仪面板通讯设置错误 处理:参考恒电位仪参数调整部分的说明 原因三:恒电位仪面板通讯部分硬件故障 处理:更换面板。注意,更换面板时,应将面板原先的出厂设置及反馈设置记录下来,并重新输入到新更换的面板中。 青岛雅合科技发展有限公司 技术服务中心 2009-5-29 青岛雅合科技发展有限公司技术服务中心 免费服务电话:800-918-2008 服务热线:189******** 0532-********