對于直流電動(dòng)閥門來說，存在直流負(fù)極共享閥門金屬外表面電流通道的問題。從遠(yuǎn)地點(diǎn)來說，負(fù)極與變壓器是相互連接的，而變壓器又是與市電電網(wǎng)相互連接，在電通路上，等同于閥門外表面、直流的負(fù)極、遠(yuǎn)端大地是相互連接的。所以，在這種情況下，陰極保護(hù)電流也會通過閥門流入流出大地。為了避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)該將電機(jī)部分、直流電路部分、閥門殼體采取一定的絕緣措施，避免負(fù)極與閥門殼體的共享導(dǎo)致的陰極保護(hù)電流回路在遠(yuǎn)端大地短路的情況。
使用交流電動(dòng)閥門時(shí)，為了防止人員操作時(shí)帶來的觸電風(fēng)險(xiǎn)，閥門殼體的面表面一般采取接地措施。這種接地方式，等同于將閥門直接接地，造成管道接地的短路。另外，交流電在連接時(shí)，中性線也可能會造成遠(yuǎn)端大地連接的情況。為了有效地避免直接接地的發(fā)生，可以將電動(dòng)頭與閥門進(jìn)行絕緣處理，如圖3所示。在接地線上串聯(lián)電容的方法，可以起到隔離陰極保護(hù)電流的作用，但是遇到大電流或者雷電電擊時(shí)，串聯(lián)的電容很容易燒毀。
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3．2采用接地極方式進(jìn)行接地
根據(jù)GB／T 50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中對防靜電和防雷電的要求，對于露空的閥門、閘井中的閥門應(yīng)該進(jìn)行接地處理。在接地時(shí)，為了有效地降低與土壤的接觸電阻和接地材料的自身腐蝕，往往會使用銅包鋼或者銅網(wǎng)等惰性材料接地方式，如圖4所示。
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在金屬活動(dòng)順序表中，F(xiàn)e要比Cu活潑，在相同的環(huán)境中，F(xiàn)e的電位要比Cu負(fù)。當(dāng)異種金屬相接觸，處于相互連通的電解質(zhì)中時(shí)，由于不同金屬之間存在實(shí)際電位差而使電位較低的金屬腐蝕速度比原來增大，電位較高的金屬的腐蝕速度減小，這種現(xiàn)象稱為電偶腐蝕[4]，見圖5所示。當(dāng)鋼與銅相互接觸時(shí)，鋼的腐蝕速率比其單獨(dú)存在時(shí)加大。在閥門位置，利用銅包鋼或者銅網(wǎng)進(jìn)行接地時(shí)，由于電偶腐蝕的作用，會加速閥門的腐蝕。同時(shí)由于銅的良好導(dǎo)電性和自腐蝕較低的特性，利用銅材質(zhì)進(jìn)行接地時(shí)，接觸電阻要比閥門直接接地更低，在這種情況下，陰極保護(hù)電流集中流入流出的現(xiàn)象會更加嚴(yán)重。
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4 閥門接地問題的解決方法
為了解決閥門接地所帶來的對陰極保護(hù)系統(tǒng)的影響，最終目的是要防止陰極保護(hù)電流從接地位置集中地流入或者流出，同時(shí)還要有效的防止靜電的積累和雷擊的危害，解決方法的基本思路就是隔直通交(阻止直流通過，降低交流阻抗)。
(1)盡量較少惰性材料(如Cu)接地極的使用，而采取活性材料接地的方式，這樣能降低電偶腐蝕對閥門的危害。常用的材料包括：鋅包鋼、鋅帶等。另一方面，金屬鋅可以作為犧牲陽極使用，為閥門提供陰極保護(hù)的同時(shí)，電回路中還降低了閥門在陰極保護(hù)電場的電勢。閥門電勢的降低，減少了閥門與陽極之間的電勢差，使在接地位置的陰極保護(hù)電流不會出現(xiàn)過于集中的現(xiàn)象。
但由于接地極與管道直接連通，不但增加了管道從接地極接受雜散電流的危險(xiǎn)，而且在管道進(jìn)行瞬間斷電測量，評價(jià)陰極保護(hù)有效性時(shí)難以實(shí)施。另外，嵌位式排流方法也能起到隔直通交的作用[5]，但其明顯的不足是耐雷電流或故障電流的強(qiáng)電沖擊性能較差，存在大電流毀壞設(shè)備的可能，管理維護(hù)繁瑣、費(fèi)用高，不推薦使用該方法。
(2)同態(tài)去耦合器加接地極的方式是國外應(yīng)用較普遍的方式，也是NACE SP0177—2007標(biāo)準(zhǔn)和加拿大管道腐蝕研究會的專題研究報(bào)告PR-262-9913《交流接地對陰極保護(hù)的影響報(bào)告》中推薦的方式。由于其低閾值電壓(-2V／+2V)和雷電沖擊漏泄電流量大(100kA)的特點(diǎn)，具有降低感應(yīng)電壓效果好、維護(hù)方便、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能防止雜散電流在管道上匯集后對人體的危害。作為直流隔離和交流耦合裝置，當(dāng)遇到交流故障電流或雷電電流時(shí)同態(tài)去耦合器會切換到短路模式，以提供過壓保護(hù)。當(dāng)過電壓過去之后，又自動(dòng)切換回到直流隔離模式[6]。
如果使用的是經(jīng)過Fail-Safe認(rèn)證的固態(tài)去耦合器，當(dāng)遇到自身故障時(shí)，會自動(dòng)變?yōu)槎搪纺Ｊ剑瑑?yōu)先保證防止靜電和雷擊的危險(xiǎn)。當(dāng)固態(tài)去耦合器出現(xiàn)自身故障時(shí)，巡檢人員能夠通過測試樁的電位變化或者恒電位儀的輸出電流的變化來判斷固態(tài)去耦合器是否正常工作。特別是具有陰極保護(hù)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的企業(yè)，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測固態(tài)去耦合器的工作狀態(tài)。而直接接地法和活性材料接地法這兩種方式在出現(xiàn)問題或者故障時(shí)，往往不能及時(shí)地做出判斷，使管道處于欠保護(hù)、靜電、雷擊等風(fēng)險(xiǎn)之中，雖然安裝成本較低，但是卻為陰極保護(hù)的運(yùn)行和維護(hù)帶來了很大的閑難。
(3)對于電動(dòng)閥門，應(yīng)該對電動(dòng)部分與閥體部分進(jìn)行絕緣隔離，還需要保證直流電動(dòng)閥門的負(fù)極線與閥體之間的絕緣，交流閥門的中性線、零線與閥體之間的絕緣。在絕緣性檢測時(shí)可以使用國外某公司的CE-IT絕緣測試儀，該儀器是一款能夠全自動(dòng)、高靈敏度的檢測絕緣性的電子儀器，通常要比直接測試絕緣電阻更加可靠。在使用CE-IT檢測絕緣性過程中，當(dāng)測量結(jié)果為“short”時(shí)，表示所測兩端的電壓降在10mV或者更小，此時(shí)絕緣不合格，會出現(xiàn)陰極保護(hù)電流在短路點(diǎn)集中的問題；當(dāng)測試結(jié)果為“900d”時(shí)，表示所測兩端的對地電位極性相反或者電壓降在大于10mV，同時(shí)泄露電流小于25％，絕緣合格；如果顯示“Open”可能會需要進(jìn)行更進(jìn)一步的測量。
5 結(jié)論
對于陰極保護(hù)系統(tǒng)特別是采用外加電流的陰極保護(hù)系統(tǒng)，閥門接地的接地問題給陰極保護(hù)帶來的影響是很大的，特別是接地電阻非常小時(shí)，可能會造成閥門周同幾公里的管線得不到有效的陰極保護(hù)；如果接地點(diǎn)的位置距離很近，會出現(xiàn)臨近接地點(diǎn)位置的管段的陰極保護(hù)電位過負(fù)，而遠(yuǎn)端管段欠保護(hù)的情況，所以閥門的接地問題應(yīng)該引起重視。
在閥門使用接地極的接地方式時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用活性材料作為接地極，減少使用惰性材料所引起的電偶腐蝕。利用同態(tài)去耦合器加接地極的方式是能夠非常有效地起到直流隔離和交流耦合的作用。同時(shí)還能夠避免大電流所帶來的對管道和閥門的危害，保護(hù)自身的正常工作。
對于電動(dòng)閥門來說，應(yīng)該使電動(dòng)頭與閥體相互絕緣，還需要保證直流驅(qū)動(dòng)閥門的負(fù)極線，交流驅(qū)動(dòng)閥門的中性線、零線進(jìn)行絕緣保護(hù)。另外，還應(yīng)該對電動(dòng)閥門的絕緣性進(jìn)行測試。在測試時(shí)不能直接簡單地進(jìn)行絕緣電阻值的測試，因?yàn)榻拥亍⒍搪穼﹃帢O保護(hù)產(chǎn)生影響的不是簡單的電阻關(guān)系，還與極性、壓降、電勢、電流等因素相關(guān)，所以在測試過程中應(yīng)該使剛陰極保護(hù)絕緣測試儀。
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