一、普通參比電極和測試方法已不能適應管道陰極保護的需要

　　陰極保護是為防止鋼管道腐蝕而廣泛采用的技術(shù)，極化電位的測量是實(shí)施這種技術(shù)重要的控制參數。采用普通參比電極和常規方法測定地埋管道的極化電位時(shí)會(huì )因不可避免的IR降而引起誤差。為此需采用斷電測量法才能消除，但在工程上斷電測量常會(huì )因很多不便而難以實(shí)施，例如：外加電流陰極保護時(shí)，你不能為逐樁測量而多次頻繁的“斷電”，而犧牲陽(yáng)極法因無(wú)法全部斷開(kāi)陽(yáng)極與管道的連線(xiàn)則根本無(wú)法斷電測量。并且斷電測量的重要前提是無(wú)雜散電流干擾，當有雜散電流干擾或由防腐層缺陷差異導致產(chǎn)生局部宏電池時(shí)[1]，即使采用斷電法也難以測出真實(shí)的管道極化電位[2]。更為嚴重的是近年來(lái)隨著(zhù)防腐層技術(shù)的進(jìn)步，三層PE、熔結環(huán)氧粉末等新材料新工藝已被廣泛應用，使得管道防腐層缺陷大為減少，漏點(diǎn)（亦俗稱(chēng)“露鐵”）難尋！陜氣進(jìn)天津54公里采用三PE和絕緣法蘭（隔電效果遠遜于絕緣接頭）的管道運行十年，陰極保護電流密度僅為17μA/㎡，其漏點(diǎn)之少可見(jiàn)一斑[3]。而現有的測試方法不管是地表參比法還是近參比法或是斷電法，都是基于管道防腐層有“露鐵”才能測出管道極化電位的。試想，面對一條被塑料包裹得嚴嚴實(shí)實(shí)的管道你還能用普通參比電極、常規測試方法測出管道的極化電位嗎？西部某采用環(huán)氧粉末防腐層的輸氣管線(xiàn)，其埋有長(cháng)效參比的測試樁上電位竟常年高達-1.85～-2.0V，而且距保護站越近電位越高，達-3.0V以上，遠超過(guò)環(huán)氧粉末抗陰極剝離的大允許電位。但實(shí)際上并未有任何防腐層損壞，顯然這些數據是“虛高”是疊加了大量的IR降成份。盡管用增加通電模擬試片的方法可在一定程度上解決斷電測量問(wèn)題。但因缺乏相應的技術(shù)規范及施工隊伍水平的參差不齊造成的施工質(zhì)量差異和由管道地質(zhì)沉降引起的試片與參比間位置的變化、前述雜散電流的影響（參比電極與模擬試片間距大于10㎝即有可能疊加雜散電流引起的IR降），都使這種方法的效果大打折扣，從而影響數據的真實(shí)、準確。為此我公司自1994年以來(lái)經(jīng)過(guò)不懈的研發(fā)，在國內率先批量生產(chǎn)了專(zhuān)利技術(shù)產(chǎn)品KR2型極化電位測試探頭。該裝置能使測量通道上的IR降減至極?。üこ躺峡梢院雎圆挥嫞┣彝耆皇茈s散干擾電流的影響并可方便地實(shí)施斷電測量。使得在雜散干擾區域和缺少漏點(diǎn)的管道上用常規方法無(wú)法進(jìn)行的極化電位測量變得非常簡(jiǎn)單、容易、真實(shí)、可靠。

　　二、KR2型極化探頭的結構

　　圖一為KR2的結構示意，由圖可見(jiàn)KR2是由兩只同心的塑料套筒和附著(zhù)在塑料筒底部的有同心孔的鋼盤(pán)所組成。其中內塑料筒1內置由高純銅或鋅制成的電極2和飽和硫酸銅溶液或鋅鹽溶液3并且在內筒1的底部開(kāi)孔并通過(guò)半透膜4和外塑料筒5相連通。外筒5內充滿(mǎn)惰性飽和電解質(zhì)溶液并在筒的底部設有一突出的與鋼盤(pán)9同心的塑料短管6。短管6內鑲有半透膜和微孔陶瓷。這樣外筒5就成為內筒1所構成參比電極的緩沖鹽橋并將鹽橋的開(kāi)孔通過(guò)絕緣的塑料短管6和半透膜微孔陶瓷7置于鋼盤(pán)9的中央空心內，即鋼盤(pán)9是環(huán)繞在鹽橋孔的四周。

　　三、KR2型極化探頭的測量原理與主要特點(diǎn)

　　圖二為KR2的接線(xiàn)示意,由圖可見(jiàn)KR2極化探頭的主要原理和特點(diǎn)是：

　　1、當極化測試探頭被置于與地埋管道相同的土壤介質(zhì)后閉合開(kāi)關(guān)K，探頭底部的鋼盤(pán)就通過(guò)導線(xiàn)并經(jīng)測試樁與地埋管道相連接并引入極化，從而使鋼盤(pán)9與地埋管道具有相同的極化電位（圖中所示為犧牲陽(yáng)極法陰極極化，也可以是外加電流法）。即這時(shí)鋼盤(pán)9相當于模擬試片，解決了管道無(wú)露鐵沒(méi)法測量的問(wèn)題。

　　2、 通過(guò)鹽橋孔6由筒1內置的銅/硫酸銅或鋅參比電極就可以很容易地用高阻電壓表測出鋼盤(pán)（也是地埋管道）的極化電位。由于鹽橋孔6的管壁很薄，半透膜微孔陶瓷與鋼盤(pán)距離很近則由此引起的IR降極小，在工程上完全可以忽略不計，即所測出的電極電位就是管道上真實(shí)的極化電位。在電化學(xué)實(shí)驗室為了準確測量電極電位，通常要使用一支帶有魯金毛細管的鹽橋，以期使參比電極盡量靠近研究電極，從而消除IR降使電位測量盡可能真實(shí)。同樣KR2極化探頭其鹽橋孔6與鋼盤(pán)9之間的距離（塑料管壁）也很小，僅為數毫米。實(shí)際就是工程上的“魯金毛細管”，從而使KR2極化探頭能有效地抑制IR降。

　　3、由于鹽橋孔很小且被鋼盤(pán)環(huán)繞包圍，因此當鋼盤(pán)面積與鹽橋孔之比足夠大時(shí)，雜散干擾電流將完全被鋼盤(pán)所屏蔽而不會(huì )影響電位測量。這種結構使KR2極化探頭在干擾嚴重地區實(shí)測時(shí)，數值非常穩定、平滑、準確，完全不受干擾影響。

　　4、 斷開(kāi)鋼盤(pán)與管道的連接開(kāi)關(guān)K，即切斷了極化電流的輸入，此時(shí)在本裝置上就能非常方便地實(shí)施“斷電測量”。由于KR2能有效地消除IR降，因此是否斷電對測量結果影響并不大。KR2的這個(gè)功能主要是用于研究。

　　5、與國外同類(lèi)產(chǎn)品比較，KR2具有結構新穎、穩定性好、堅固可靠、使用壽命長(cháng)、便于攜帶和在工程現場(chǎng)應用等優(yōu)點(diǎn)并以我國土壤陰極保護工程上常用的CSE（銅/硫酸銅參比電極）來(lái)測量和標注參比電位（進(jìn)口極化探頭常用SCE），因而是更適合我國國情的新一代參比電極。需要指出，國外有報道認為當極化探頭內參比采用硫酸銅電極時(shí)，由于銅離子的化學(xué)吸附可能污染鋼盤(pán)導致其電位漂移[4]。但經(jīng)我們十多年來(lái)對KR2結構的不斷改進(jìn)和各部尺寸的反復推敲，并經(jīng)國內許多用戶(hù)、高校及科研院所實(shí)際使用，這個(gè)問(wèn)題對埋地使用的KR2型極化探頭影響不大，而作便攜式探頭使用則完全無(wú)影響。當然內參比也可選擇鋅電極和甘汞電極，為適應不同需求KR2也有甘汞參比型和鋅參比型極化測試探頭，客戶(hù)可根據設計要求和需要選配。

　　四、KR2型極化探頭的主要參數和典型應用實(shí)例分析

　　1、以硫酸銅型為例，KR2型極化探頭的主要性能參數如下：

　　電極工作電流密度：＜5μA/㎝2；

　　電位漂移：＜±10mV；

　　電極內阻：＜100Ω；

　　電極溫度系數：1.0mV/℃；

　　電極材料：高純電解銅；

　　設計壽命：20年

　?。ㄒ延?5年的實(shí)際應用歷史，可確保探頭不會(huì )干涸、失效）。

　　圖三 KR2型極化電位測試探頭

　　3、典型應用實(shí)例[5]及分析：

　　中油某采用外加電流陰極保護的管道在運行中發(fā)現有腐蝕，經(jīng)便攜式硫酸銅參比電極現場(chǎng)實(shí)測（無(wú)模擬試片），發(fā)現無(wú)論是斷電還是通電，其保護電位都大大超過(guò)-0.85V，其中帶電電位-1.62V，斷電電位-0.94V，現場(chǎng)判斷有雜散電流干擾，數據中疊加了IR降。后換用KR2極化探頭再測，結果無(wú)論是否斷電，極化電位僅有-0.76～-0.78V，未達小保護電位。有關(guān)現場(chǎng)照片見(jiàn)圖四，數據匯總見(jiàn)表1。

　　表1. 數據匯總

　　測試項目

　　電極類(lèi)型

　　1.通電電位

　?。╒）

　　2.斷電電位

　?。╒）

　　3.ΔE

　?。╒）

　　4.極化探頭的K斷開(kāi)時(shí)內參比與便攜式參比的電位差：

　　0.0V

　　5.極化探頭的K閉合后內參比與便攜式參比的電位差：

　　0.2V

　　便攜式參比電極

　　-1.62

　　-0.94

　　0.68

　　KR2型極化探頭

　　-0.78

　　-0.76

　　0.02

　　由表1可知：

　　1、當極化探頭的K斷開(kāi)（即鋼盤(pán)斷電）時(shí)，內參比與便攜式參比的電位差為0，這表明兩支參比都工作正常且有很好的一致性。以后由此引出的測試數據都將是可靠的，有可比性。

　　2、便攜式參比帶電測量的結果顯然是疊加了很大的IR降而不正確。

　　3、用極化探頭測得的結果無(wú)論管道是否斷電，數據幾無(wú)變化。這充分顯示了KR2極化探頭有很強的抗雜散干擾和消除IR降的能力，其測量結果是真實(shí)可靠的。這個(gè)結果也揭示了這條管線(xiàn)的陰極保護沒(méi)達標，沒(méi)達到-0.85V，這可能是管道有腐蝕的主要原因。

　　4、 用便攜式參比斷電測量為-0.94V，表明斷電電位中仍含有約0.2(0.18)V的IR降成分。這與測量項目5的結果基本吻合，即測量5顯示的數據就是便攜式參比電極斷電電位中疊加的IR降。至于引起斷電電位IR降的原因尚需進(jìn)一步研究。這個(gè)實(shí)例再次生動(dòng)說(shuō)明在某些情況下，使用普通參比電極即使斷電測量仍可能得不出正確結果。貌似達標，實(shí)則假象。若采信這些數據必將對陰極保護的正常運行造成誤導。

　　五、結論——極化探頭將取代參比電極用于管道陰極保護

　　為適應快速發(fā)展的管道覆蓋層技術(shù)進(jìn)步，解決漏點(diǎn)難尋問(wèn)題，同時(shí)為有效抑制雜散電流干擾，大限度的消除IR降，我們認為用極化探頭取代傳統的參比電極將成為管道陰極保護電位測量的必然趨勢。