一、普通參比電極和測試方法已不能適應(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)方法測定地埋管道的極化電位時(shí)會因不可避免的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)，你不能為逐樁測量而多次頻繁的“斷電”，而犧牲陽極法因無法全部斷開陽極與管道的連線則根本無法斷電測量。并且斷電測量的重要前提是無雜散電流干擾，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出真實(shí)的管道極化電位[2]。更為嚴(yán)重的是近年來隨著防腐層技術(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)之少可見一斑[3]。而現(xiàn)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(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的管道你還能用普通參比電極、常規(guī)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，其埋有長效參比的測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量問題。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年以來經(jīng)過不懈的研發(fā)，在國內(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?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)方法無法進(jìn)行的極化電位測量變得非常簡單、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的底部開孔并通過半透膜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孔通過絕緣的塑料短管6和半透膜微孔陶瓷7置于鋼盤9的中央空心內(nèi)，即鋼盤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的接線示意,由圖可見KR2極化探頭的主要原理和特點(diǎn)是：
1、當(dāng)極化測試探頭被置于與地埋管道相同的土壤介質(zhì)后閉合開關(guān)K，探頭底部的鋼盤就通過導(dǎo)線并經(jīng)測試樁與地埋管道相連接并引入極化，從而使鋼盤9與地埋管道具有相同的極化電位（圖中所示為犧牲陽極法陰極極化，也可以是外加電流法）。即這時(shí)鋼盤9相當(dāng)于模擬試片，解決了管道無露鐵沒法測量的問題。
2、 通過鹽橋孔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出鋼盤（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降使電位測量盡可能真實(shí)。同樣KR2極化探頭其鹽橋孔6與鋼盤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環(huán)繞包圍，因此當(dāng)鋼盤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所屏蔽而不會影響電位測量。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、 斷開鋼盤與管道的連接開關(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(jié)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、便于攜帶和在工程現(xiàn)場應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)并以我國土壤陰極保護(hù)工程上常用的CSE（銅/硫酸銅參比電極）來測量和標(biāo)注參比電位（進(jìn)口極化探頭常用SCE），因而是更適合我國國情的新一代參比電極。需要指出，國外有報(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)吸附可能污染鋼盤導(dǎo)致其電位漂移[4]。但經(jīng)我們十多年來對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)國內(nèi)許多用戶、高校及科研院所實(shí)際使用，這個(gè)問題對埋地使用的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，可確保探頭不會干涸、失效）。
圖三 KR2型極化電位測試探頭
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)場實(shí)測（無模擬試片），發(fā)現(xiàn)無論是斷電還是通電，其保護(hù)電位都大大超過-0.85V，其中帶電電位-1.62V，斷電電位-0.94V，現(xiàn)場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，結(jié)果無論是否斷電，極化電位僅有-0.76～-0.78V，未達(dá)小保護(hù)電位。有關(guān)現(xiàn)場照片見圖四，數(shù)據(jù)匯總見表1。
表1. 數(shù)據(jù)匯總
測試項(xiàng)目
電極類型
1.通電電位
?。╒）
2.斷電電位
?。╒）
3.ΔE
（V）
4.極化探頭的K斷開時(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（即鋼盤斷電）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。以后由此引出的測試數(shù)據(jù)都將是可靠的，有可比性。
2、便攜式參比帶電測量的結(jié)果顯然是疊加了很大的IR降而不正確。
3、用極化探頭測得的結(jié)果無論管道是否斷電，數(shù)據(jù)幾無變化。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)沒達(dá)標(biāo)，沒達(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(xiàng)目5的結(jié)果基本吻合，即測量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)例再次生動說明在某些情況下，使用普通參比電極即使斷電測量仍可能得不出正確結(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)電位測量的必然趨勢。
