一、普通参比电极和测试方法已不能适应管道阴极保护的需要

　　阴极保护是为防止钢管道腐蚀而广泛采用的技术，极化电位的测量是实施这种技术重要的控制参数。采用普通参比电极和常规方法测定地埋管道的极化电位时会因不可避免的IR降而引起误差。为此需采用断电测量法才能消除，但在工程上断电测量常会因很多不便而难以实施，例如：外加电流阴极保护时，你不能为逐桩测量而多次频繁的“断电”，而牺牲阳极法因无法全部断开阳极与管道的连线则根本无法断电测量。并且断电测量的重要前提是无杂散电流干扰，当有杂散电流干扰或由防腐层缺陷差异导致产生局部宏电池时[1]，即使采用断电法也难以测出真实的管道极化电位[2]。更为严重的是近年来随着防腐层技术的进步，三层PE、熔结环氧粉末等新材料新工艺已被广泛应用，使得管道防腐层缺陷大为减少，漏点（亦俗称“露铁”）难寻！陕气进天津54公里采用三PE和绝缘法兰（隔电效果远逊于绝缘接头）的管道运行十年，阴极保护电流密度仅为17μA/㎡，其漏点之少可见一斑[3]。而现有的测试方法不管是地表参比法还是近参比法或是断电法，都是基于管道防腐层有“露铁”才能测出管道极化电位的。试想，面对一条被塑料包裹得严严实实的管道你还能用普通参比电极、常规测试方法测出管道的极化电位吗？西部某采用环氧粉末防腐层的输气管线，其埋有长效参比的测试桩上电位竟常年高达-1.85～-2.0V，而且距保护站越近电位越高，达-3.0V以上，远超过环氧粉末抗阴极剥离的大允许电位。但实际上并未有任何防腐层损坏，显然这些数据是“虚高”是叠加了大量的IR降成份。尽管用增加通电模拟试片的方法可在一定程度上解决断电测量问题。但因缺乏相应的技术规范及施工队伍水平的参差不齐造成的施工质量差异和由管道地质沉降引起的试片与参比间位置的变化、前述杂散电流的影响（参比电极与模拟试片间距大于10㎝即有可能叠加杂散电流引起的IR降），都使这种方法的效果大打折扣，从而影响数据的真实、准确。为此我公司自1994年以来经过不懈的研发，在国内率先批量生产了专利技术产品KR2型极化电位测试探头。该装置能使测量通道上的IR降减至极小（工程上可以忽略不计）且完全不受杂散干扰电流的影响并可方便地实施断电测量。使得在杂散干扰区域和缺少漏点的管道上用常规方法无法进行的极化电位测量变得非常简单、容易、真实、可靠。

　　二、KR2型极化探头的结构

　　图一为KR2的结构示意，由图可见KR2是由两只同心的塑料套筒和附着在塑料筒底部的有同心孔的钢盘所组成。其中内塑料筒1内置由高纯铜或锌制成的电极2和饱和硫酸铜溶液或锌盐溶液3并且在内筒1的底部开孔并通过半透膜4和外塑料筒5相连通。外筒5内充满惰性饱和电解质溶液并在筒的底部设有一突出的与钢盘9同心的塑料短管6。短管6内镶有半透膜和微孔陶瓷。这样外筒5就成为内筒1所构成参比电极的缓冲盐桥并将盐桥的开孔通过绝缘的塑料短管6和半透膜微孔陶瓷7置于钢盘9的中央空心内，即钢盘9是环绕在盐桥孔的四周。

　　三、KR2型极化探头的测量原理与主要特点

　　图二为KR2的接线示意,由图可见KR2极化探头的主要原理和特点是：

　　1、当极化测试探头被置于与地埋管道相同的土壤介质后闭合开关K，探头底部的钢盘就通过导线并经测试桩与地埋管道相连接并引入极化，从而使钢盘9与地埋管道具有相同的极化电位（图中所示为牺牲阳极法阴极极化，也可以是外加电流法）。即这时钢盘9相当于模拟试片，解决了管道无露铁没法测量的问题。

　　2、 通过盐桥孔6由筒1内置的铜/硫酸铜或锌参比电极就可以很容易地用高阻电压表测出钢盘（也是地埋管道）的极化电位。由于盐桥孔6的管壁很薄，半透膜微孔陶瓷与钢盘距离很近则由此引起的IR降极小，在工程上完全可以忽略不计，即所测出的电极电位就是管道上真实的极化电位。在电化学实验室为了准确测量电极电位，通常要使用一支带有鲁金毛细管的盐桥，以期使参比电极尽量靠近研究电极，从而消除IR降使电位测量尽可能真实。同样KR2极化探头其盐桥孔6与钢盘9之间的距离（塑料管壁）也很小，仅为数毫米。实际就是工程上的“鲁金毛细管”，从而使KR2极化探头能有效地抑制IR降。

　　3、由于盐桥孔很小且被钢盘环绕包围，因此当钢盘面积与盐桥孔之比足够大时，杂散干扰电流将完全被钢盘所屏蔽而不会影响电位测量。这种结构使KR2极化探头在干扰严重地区实测时，数值非常稳定、平滑、准确，完全不受干扰影响。

　　4、 断开钢盘与管道的连接开关K，即切断了极化电流的输入，此时在本装置上就能非常方便地实施“断电测量”。由于KR2能有效地消除IR降，因此是否断电对测量结果影响并不大。KR2的这个功能主要是用于研究。

　　5、与国外同类产品比较，KR2具有结构新颖、稳定性好、坚固可靠、使用寿命长、便于携带和在工程现场应用等优点并以我国土壤阴极保护工程上常用的CSE（铜/硫酸铜参比电极）来测量和标注参比电位（进口极化探头常用SCE），因而是更适合我国国情的新一代参比电极。需要指出，国外有报道认为当极化探头内参比采用硫酸铜电极时，由于铜离子的化学吸附可能污染钢盘导致其电位漂移[4]。但经我们十多年来对KR2结构的不断改进和各部尺寸的反复推敲，并经国内许多用户、高校及科研院所实际使用，这个问题对埋地使用的KR2型极化探头影响不大，而作便携式探头使用则完全无影响。当然内参比也可选择锌电极和甘汞电极，为适应不同需求KR2也有甘汞参比型和锌参比型极化测试探头，客户可根据设计要求和需要选配。

　　四、KR2型极化探头的主要参数和典型应用实例分析

　　1、以硫酸铜型为例，KR2型极化探头的主要性能参数如下：

　　电极工作电流密度：＜5μA/㎝2；

　　电位漂移：＜±10mV；

　　电极内阻：＜100Ω；

　　电极温度系数：1.0mV/℃；

　　电极材料：高纯电解铜；

　　设计寿命：20年

　　（已有15年的实际应用历史，可确保探头不会干涸、失效）。

　　图三 KR2型极化电位测试探头

　　3、典型应用实例[5]及分析：

　　中油某采用外加电流阴极保护的管道在运行中发现有腐蚀，经便携式硫酸铜参比电极现场实测（无模拟试片），发现无论是断电还是通电，其保护电位都大大超过-0.85V，其中带电电位-1.62V，断电电位-0.94V，现场判断有杂散电流干扰，数据中叠加了IR降。后换用KR2极化探头再测，结果无论是否断电，极化电位仅有-0.76～-0.78V，未达小保护电位。有关现场照片见图四，数据汇总见表1。

　　表1. 数据汇总

　　测试项目

　　电极类型

　　1.通电电位

　　（V）

　　2.断电电位

　　（V）

　　3.ΔE

　　（V）

　　4.极化探头的K断开时内参比与便携式参比的电位差：

　　0.0V

　　5.极化探头的K闭合后内参比与便携式参比的电位差：

　　0.2V

　　便携式参比电极

　　-1.62

　　-0.94

　　0.68

　　KR2型极化探头

　　-0.78

　　-0.76

　　0.02

　　由表1可知：

　　1、当极化探头的K断开（即钢盘断电）时，内参比与便携式参比的电位差为0，这表明两支参比都工作正常且有很好的一致性。以后由此引出的测试数据都将是可靠的，有可比性。

　　2、便携式参比带电测量的结果显然是叠加了很大的IR降而不正确。

　　3、用极化探头测得的结果无论管道是否断电，数据几无变化。这充分显示了KR2极化探头有很强的抗杂散干扰和消除IR降的能力，其测量结果是真实可靠的。这个结果也揭示了这条管线的阴极保护没达标，没达到-0.85V，这可能是管道有腐蚀的主要原因。

　　4、 用便携式参比断电测量为-0.94V，表明断电电位中仍含有约0.2(0.18)V的IR降成分。这与测量项目5的结果基本吻合，即测量5显示的数据就是便携式参比电极断电电位中叠加的IR降。至于引起断电电位IR降的原因尚需进一步研究。这个实例再次生动说明在某些情况下，使用普通参比电极即使断电测量仍可能得不出正确结果。貌似达标，实则假象。若采信这些数据必将对阴极保护的正常运行造成误导。

　　五、结论——极化探头将取代参比电极用于管道阴极保护

　　为适应快速发展的管道覆盖层技术进步，解决漏点难寻问题，同时为有效抑制杂散电流干扰，大限度的消除IR降，我们认为用极化探头取代传统的参比电极将成为管道阴极保护电位测量的必然趋势。