石油天然氣管道運(yùn)行中的陰極保護(hù)探討

康 勇，何 凡

中國石油管道濟(jì)南輸油分公司，山東 濟(jì)南 250000

0 引言

隨著天然氣氣田的不斷開發(fā)，世界各國和地區(qū)的天然氣管道建設(shè)得到了迅速發(fā)展。石油天然氣在人民生活和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著越來越重要的作用。然而，隨著石油天然氣管道投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間逐漸增長，埋在土壤中的金屬管道由于各種原因管道表面將出現(xiàn)陽極區(qū)和陰極區(qū)，并在陽極區(qū)發(fā)生局部腐蝕，嚴(yán)重降低了管道的使用壽命。陰極保護(hù)就是利用外加手段迫使電解質(zhì)中被保護(hù)金屬表面都成為陰極，以達(dá)到抑制腐蝕的目的，對提高管道使用壽命，促進(jìn)管道安全運(yùn)行具有重要的意義。

1 陰極保護(hù)原理

陰極保護(hù)在國外輸水管道和國內(nèi)石油天然氣管道都已應(yīng)用，管道外防腐絕緣層與陰極保護(hù)的聯(lián)合使用是最經(jīng)濟(jì)、最合理的防蝕措施。陰極保護(hù)對腐蝕反應(yīng)進(jìn)行積極的干預(yù)，它采陰極極化的電化學(xué)手段，保證了被保護(hù)金屬體的電化學(xué)均勻

性，抑制了腐蝕電池的產(chǎn)生。其基本原理是將被保護(hù)金屬（如天然氣管道）進(jìn)行陰極極化，使電位負(fù)移到金屬表面陽極的平衡電位，消除其化學(xué)不均勻性所引起的腐蝕電池，使金屬免遭環(huán)境介質(zhì)（如土壤）的腐蝕。即用輔助陽極或犧牲陽極材料的腐蝕來代替被保護(hù)管道、設(shè)備的腐蝕。從而達(dá)到延長被保護(hù)管道的使用壽命，提高其安全性和經(jīng)濟(jì)性的目的。

2 石油天然氣管道運(yùn)行中的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 陰極保護(hù)類型的確定

從而陰極保護(hù)原理中可以看出管道陰極保護(hù)過程必須在電解質(zhì)中進(jìn)行，因此埋在土壤中的鋼質(zhì)全性和經(jīng)濟(jì)性方面達(dá)到完美組合，則是目前石油天然氣管道非常適宜采取陰極保護(hù)。若陰極保護(hù)與管道本身的防腐層互相補(bǔ)充，從而在安公認(rèn)的最佳防腐方案。埋地鋼質(zhì)管道的陰極保護(hù)一般分為強(qiáng)制電流陰極保護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)兩種。根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，石油天然氣管道宜采用犧牲陽極法來減緩?fù)寥缹艿赖碾娀瘜W(xué)腐蝕。

2.2 犧牲陽極保護(hù)材料的選擇

犧牲陽極通過陽極自身的消耗給被保護(hù)金屬體提供保護(hù)電流，因此對犧牲陽極材料要求有足夠的負(fù)電位、陽極極化小、使用過程中電位穩(wěn)定、溶解均勻、表面不產(chǎn)生高電阻的硬殼且無污染，常用的有：鎂與鎂合金、鋅、鋁合金3大類。鎂陽極一般適用于各種土壤環(huán)境；鋅陽極適用于土壤電阻率低的潮濕環(huán)境；鋁陽極則用于低電阻、潮濕和氯化物的環(huán)境，而不能用于土壤中。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境選擇河流的犧牲陽極保護(hù)材料。

2.3 陰極保護(hù)電流密度的確定

確定最小陰極保護(hù)電流密度是天然氣管道陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于防腐狀況良好的新管道，最小陰極保護(hù)電流密度一般為3050μA/m2～50μA/m2。對于舊管道，一般是通過試驗(yàn)測量防腐層漏電阻，然后根據(jù)電阻估計(jì)最小陰極保護(hù)電流密度。然而舊管道的涂層狀況及現(xiàn)場情況隨管道不同變化很大，得出的結(jié)論往往極不準(zhǔn)確。因此，可采用饋電試驗(yàn)結(jié)果，并通過公式推導(dǎo)，準(zhǔn)確地確定舊管道的最小陰極保護(hù)電流密度。

2.4 犧牲陽極保護(hù)的施工

2.4.1 接地電池的設(shè)置

電絕緣可以將保護(hù)電流限定在一定的范圍內(nèi)，避免相互間的干擾。為了防止絕緣設(shè)備遭受雷擊及靜電火花引起的破壞，在所有安裝絕緣設(shè)備處各安裝一副接地電池。接地電池安裝前必須進(jìn)行檢查，在地下水豐富的地方，接地電池容易出現(xiàn)失效、短接的現(xiàn)象。

2.4.2 管道的埋設(shè)

陽極的埋設(shè)時(shí)應(yīng)提前按比例配制、調(diào)勻好填料，裝入φ300 mm×1000 mm的棉或麻布袋中，將經(jīng)過用鐵砂紙打光及表面清潔處理的陽極及時(shí)插人填料中心位置并壓實(shí)，用細(xì)原土摻鹽分層澆水濕潤后回填土。所有的電纜與陽極、銅鼻子、管道、加強(qiáng)板的連接采用錫焊(分線盒內(nèi)的連接除外)，焊接前都要?jiǎng)內(nèi)シ栏^緣層，清潔、打磨光焊接處;在焊接處及電纜的外裸部位必須做好絕緣防腐處理。電纜加PVC保護(hù)套管松緩自然埋設(shè)，埋深與管道埋深相同。

2.4.3 管道電氣絕緣措施

陰極保護(hù)需要被保護(hù)輸氣管道的電氣連續(xù)性，以及與外界的絕緣，這一點(diǎn)非常重要，為此采取以下措施：一是管段進(jìn)、出口法蘭端安裝10個(gè)型號(hào)為JY40-200絕緣接頭；二是所有其他與管道直接相連的金屬件不允許直接接地；三是天然氣管道埋地部分不能與全廠接地網(wǎng)相連，且要保證管道與全廠接地網(wǎng)的最小距離為3 m。

2.4.4 防腐密封

電纜與管道聯(lián)接完畢后的防腐密封一直是工程施工中的難點(diǎn)。在犧牲陽極保護(hù)的施工中可根據(jù)實(shí)踐采用牛油膠布密封外包PE帶的方法。牛油膠布它是一種浸滿礦脂的帶狀無紡氈，具有很好的塑性，能緊密粘附在任意復(fù)雜的表面，礦脂可填充在細(xì)小的縫隙中。同時(shí)，可防止回填土污染和土壤應(yīng)力破壞，使礦脂歷經(jīng)數(shù)年也不會(huì)干涸，從而保持長期有效的密封。

3 石油天然氣管道運(yùn)行中的陰極保護(hù)系統(tǒng)檢驗(yàn)

陰極保護(hù)系統(tǒng)能否安全正常運(yùn)行，主要取決于對系統(tǒng)的檢測與管理。為了避免以前在管理中存在的問題，我們必須制定了管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測技術(shù)規(guī)程。

3.1 測試樁的設(shè)置

測試樁是一種專門用于管道陰極保護(hù)配以電位測試探頭對保護(hù)管道進(jìn)行測試的附屬設(shè)備，是管道管理維護(hù)中必不可少的裝置。一般要求每個(gè)保護(hù)管道每公里設(shè)置一個(gè)電位測試樁。且宜安裝在管道沿線中土壤腐蝕性強(qiáng)、濕度大、地下水位高或管道絕緣防腐層薄弱的地點(diǎn)。

3.2 制定檢測方案

管道檢驗(yàn)前，在資料審查基礎(chǔ)上，根據(jù)管道使用年限、運(yùn)行狀況、危險(xiǎn)程度等因素，編制天然氣高壓埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢驗(yàn)方案。犧牲陽極保護(hù)的管段通過設(shè)置匯流點(diǎn)測試樁、中間點(diǎn)測試樁等。中間點(diǎn)位于兩組陽極之間，獲得保護(hù)電流小，保護(hù)電位最正，如果該處電位達(dá)到保護(hù)要求，那么才能得到管線全部受到保護(hù)的結(jié)論。管線電位檢測方法有地表參比法、近參比法、遠(yuǎn)參比法、斷電法、輔助電極法。針對一般管線鋼管采用三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐，加強(qiáng)級(jí)防腐，防腐質(zhì)量好，可采用地表參比法能滿足檢測要求。測試時(shí)將參比電極CSE放在管道頂部上方1m范圍的地表潮濕土壤上，應(yīng)保證參比電極與土壤電接觸，將電壓表調(diào)至適宜的量程上，讀取數(shù)據(jù)，作好記錄，判斷電位是否達(dá)到保護(hù)要求。

[1]李永威，周凌.埋地管道外防腐與陰極保護(hù)的探討[J].煤氣與熱力，2002(1).

[2]俞河軍.淺述石油輸送管道陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].裝備制造，2009(8).