一、普通參比電極和測(cè)試方法已不能適應(yīng)管道陰極保護(hù)的需要

　　陰極保護(hù)是為防止鋼管道腐蝕而廣泛采用的技術(shù)，極化電位的測(cè)量是實(shí)施這種技術(shù)重要的控制參數(shù)。采用普通參比電極和常規(guī)方法測(cè)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(cè)量法才能消除，但在工程上斷電測(cè)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(hù)時(shí)，你不能為逐樁測(cè)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)極與管道的連線則根本無(wú)法斷電測(cè)量。并且斷電測(cè)量的重要前提是無(wú)雜散電流干擾，當(dāng)有雜散電流干擾或由防腐層缺陷差異導(dǎo)致產(chǎn)生局部宏電池時(shí)[1]，即使采用斷電法也難以測(cè)出真實(shí)的管道極化電位[2]。更為嚴(yán)重的是近年來(lái)隨著防腐層技術(shù)的進(jìn)步，三層PE、熔結(jié)環(huán)氧粉末等新材料新工藝已被廣泛應(yīng)用，使得管道防腐層缺陷大為減少，漏點(diǎn)（亦俗稱“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(yuǎn)遜于絕緣接頭）的管道運(yùn)行十年，陰極保護(hù)電流密度僅為17μA/㎡，其漏點(diǎn)之少可見(jiàn)一斑[3]。而現(xiàn)有的測(cè)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(cè)出管道極化電位的。試想，面對(duì)一條被塑料包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的管道你還能用普通參比電極、常規(guī)測(cè)試方法測(cè)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，其埋有長(zhǎng)效參比的測(cè)試樁上電位竟常年高達(dá)-1.85～-2.0V，而且距保護(hù)站越近電位越高，達(dá)-3.0V以上，遠(yuǎn)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(shù)據(jù)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(cè)量問(wèn)題。但因缺乏相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范及施工隊(duì)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(shù)據(jù)的真實(shí)、準(zhǔn)確。為此我公司自1994年以來(lái)經(jīng)過(guò)不懈的研發(fā)，在國(guó)內(nèi)率先批量生產(chǎn)了專利技術(shù)產(chǎn)品KR2型極化電位測(cè)試探頭。該裝置能使測(cè)量通道上的IR降減至極小（工程上可以忽略不計(jì)）且完全不受雜散干擾電流的影響并可方便地實(shí)施斷電測(cè)量。使得在雜散干擾區(qū)域和缺少漏點(diǎn)的管道上用常規(guī)方法無(wú)法進(jìn)行的極化電位測(cè)量變得非常簡(jiǎn)單、容易、真實(shí)、可靠。

　　二、KR2型極化探頭的結(jié)構(gòu)

　　圖一為KR2的結(jié)構(gòu)示意，由圖可見(jiàn)KR2是由兩只同心的塑料套筒和附著在塑料筒底部的有同心孔的鋼盤(pán)所組成。其中內(nèi)塑料筒1內(nèi)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(nèi)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(nèi)充滿惰性飽和電解質(zhì)溶液并在筒的底部設(shè)有一突出的與鋼盤(pán)9同心的塑料短管6。短管6內(nèi)鑲有半透膜和微孔陶瓷。這樣外筒5就成為內(nèi)筒1所構(gòu)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(nèi)，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(cè)量原理與主要特點(diǎn)

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

　　1、當(dāng)極化測(cè)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(dǎo)線并經(jīng)測(cè)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(dāng)于模擬試片，解決了管道無(wú)露鐵沒(méi)法測(cè)量的問(wèn)題。

　　2、 通過(guò)鹽橋孔6由筒1內(nèi)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(cè)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(jì)，即所測(cè)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(yàn)室為了準(zhǔn)確測(cè)量電極電位，通常要使用一支帶有魯金毛細(xì)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(cè)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(shù)毫米。實(shí)際就是工程上的“魯金毛細(xì)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(dāng)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(cè)量。這種結(jié)構(gòu)使KR2極化探頭在干擾嚴(yán)重地區(qū)實(shí)測(cè)時(shí)，數(shù)值非常穩(wěn)定、平滑、準(zhǔn)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(cè)量”。由于KR2能有效地消除IR降，因此是否斷電對(duì)測(cè)量結(jié)果影響并不大。KR2的這個(gè)功能主要是用于研究。

　　5、與國(guó)外同類產(chǎn)品比較，KR2具有結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定性好、堅(jiān)固可靠、使用壽命長(zhǎng)、便于攜帶和在工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)并以我國(guó)土壤陰極保護(hù)工程上常用的CSE（銅/硫酸銅參比電極）來(lái)測(cè)量和標(biāo)注參比電位（進(jìn)口極化探頭常用SCE），因而是更適合我國(guó)國(guó)情的新一代參比電極。需要指出，國(guó)外有報(bào)道認(rèn)為當(dāng)極化探頭內(nèi)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(dǎo)致其電位漂移[4]。但經(jīng)我們十多年來(lái)對(duì)KR2結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和各部尺寸的反復(fù)推敲，并經(jīng)國(guó)內(nèi)許多用戶、高校及科研院所實(shí)際使用，這個(gè)問(wèn)題對(duì)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(dāng)然內(nèi)參比也可選擇鋅電極和甘汞電極，為適應(yīng)不同需求KR2也有甘汞參比型和鋅參比型極化測(cè)試探頭，客戶可根據(jù)設(shè)計(jì)要求和需要選配。

　　四、KR2型極化探頭的主要參數(shù)和典型應(yīng)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(shù)如下：

　　電極工作電流密度：＜5μA/㎝2；

　　電位漂移：＜±10mV；

　　電極內(nèi)阻：＜100Ω；

　　電極溫度系數(shù)：1.0mV/℃；

　　電極材料：高純電解銅；

　　設(shè)計(jì)壽命：20年

　　（已有15年的實(shí)際應(yīng)用歷史，可確保探頭不會(huì)干涸、失效）。

　　圖三 KR2型極化電位測(cè)試探頭

　　3、典型應(yīng)用實(shí)例[5]及分析：

　　中油某采用外加電流陰極保護(hù)的管道在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)有腐蝕，經(jīng)便攜式硫酸銅參比電極現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)（無(wú)模擬試片），發(fā)現(xiàn)無(wú)論是斷電還是通電，其保護(hù)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(xiàn)場(chǎng)判斷有雜散電流干擾，數(shù)據(jù)中疊加了IR降。后換用KR2極化探頭再測(cè)，結(jié)果無(wú)論是否斷電，極化電位僅有-0.76～-0.78V，未達(dá)小保護(hù)電位。有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖四，數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表1。

　　表1. 數(shù)據(jù)匯總

　　測(cè)試項(xiàng)目

　　電極類型

　　1.通電電位

　　（V）

　　2.斷電電位

　　（V）

　　3.ΔE

　　（V）

　　4.極化探頭的K斷開(kāi)時(shí)內(nèi)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(nèi)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(dāng)極化探頭的K斷開(kāi)（即鋼盤(pán)斷電）時(shí)，內(nèi)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(cè)試數(shù)據(jù)都將是可靠的，有可比性。

　　2、便攜式參比帶電測(cè)量的結(jié)果顯然是疊加了很大的IR降而不正確。

　　3、用極化探頭測(cè)得的結(jié)果無(wú)論管道是否斷電，數(shù)據(jù)幾無(wú)變化。這充分顯示了KR2極化探頭有很強(qiáng)的抗雜散干擾和消除IR降的能力，其測(cè)量結(jié)果是真實(shí)可靠的。這個(gè)結(jié)果也揭示了這條管線的陰極保護(hù)沒(méi)達(dá)標(biāo)，沒(méi)達(dá)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(cè)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(cè)量項(xiàng)目5的結(jié)果基本吻合，即測(cè)量5顯示的數(shù)據(jù)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(cè)量仍可能得不出正確結(jié)果。貌似達(dá)標(biāo)，實(shí)則假象。若采信這些數(shù)據(jù)必將對(duì)陰極保護(hù)的正常運(yùn)行造成誤導(dǎo)。

　　五、結(jié)論——極化探頭將取代參比電極用于管道陰極保護(hù)

　　為適應(yīng)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(rèn)為用極化探頭取代傳統(tǒng)的參比電極將成為管道陰極保護(hù)電位測(cè)量的必然趨勢(shì)。