針對外加電源陰極保護在天然氣長輸管道中的故障分析

溫世成（中石油渭南煤層氣管輸有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000）

針對外加電源陰極保護在天然氣長輸管道中的故障分析

溫世成（中石油渭南煤層氣管輸有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000）

天然氣長輸管道，是我國運輸天然氣資源、滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的重要能源通道。但是，天然氣長輸管道中外加電源陰極保護故障現(xiàn)象問題影響了管道的正常使用，因此本文將對此進行分析。

外加電源陰極保護；天然氣長輸管道；故障處理

外加電源陰極保護法是保護天然氣長輸管道正常運行的重要措施，因此做好外加電源陰極保護故障研究，有助于確保天然氣長輸管道的正常運行。

1 天然氣長輸管道采用的外加電源陰極保護原理

外加電源陰極保護措施屬于電化學(xué)典型防腐措施，在天然氣管道中運用的原理是通過使用管道設(shè)備和周圍環(huán)境的電位差，確保管道自身電子不會流失，進而避免電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

外加電源陰極保護法使用了在外界搭配輔助陽極并安裝直流電源的方式，確保了電流是從土壤向金屬管道流動的趨勢，避免了管道金屬向外擴散的現(xiàn)象，從而就使得管道金屬時刻維持在低電位環(huán)境水平當(dāng)中。

電源陰極保護的原理主要是，天然氣長輸管道暴露在潮濕的空氣中，管道材質(zhì)自身的鐵（Fe）由于雜質(zhì)的關(guān)系，與氧氣和水分子構(gòu)成原電池形態(tài)。其中，鐵在吸氧作用下形成了負極（Fe-2e=Fe2+），而正極則有材質(zhì)本身含有的碳元素以及土壤中的其他成分提供（2H2O+O2+4e-=4OH-）。當(dāng)天然氣管道金屬才是失去了很多電子后，金屬上就會出現(xiàn)氫氧化鐵，然后就會和水分子反應(yīng)變成鐵銹（氧化鐵）。由此可見，引發(fā)管道腐蝕的根本原因就是鐵元素的電子減少，然后和空氣中的氧氣、水發(fā)生了反應(yīng)。[1]

2 天然氣長輸管道陰極保護故障案例

某天然氣長輸管道全長560km，管道材料是L360，輸氣管道使用了煤焦油瓷漆防腐層與外加電源陰極保護，在長時間運行中表現(xiàn)正常。但是在2016年5月，陰極保護站恒電位儀突然像是保護電位變低、輸出電流變大等故障現(xiàn)象，因此決定對故障實施處理。

3 導(dǎo)致陰極保護喪失作用的原因

檢測人員第一時間到達現(xiàn)場，對長輸天然氣管道的防腐層、四周金屬構(gòu)筑物分布規(guī)律、電源情況、土壤電阻率等進行檢測，經(jīng)分析得出以下四點原因：①輸氣管道敷設(shè)于河灘、地勢低洼區(qū)域，該區(qū)域土壤電阻率為6.9～73.6Ω·m，土壤平均電阻率為26.4Ω·m，檢測發(fā)現(xiàn)9成以上土壤為中等腐蝕性土壤。很多管線和電氣化鐵路距離較短，在回填施工期間，碎石等砸壞了管道外防腐層，進而引發(fā)管道腐蝕。②絕緣法蘭性能不達標(biāo)，讓保護距離變大。③長效參比電極損壞，電極液滲漏。④輔助陽極的連接點路橋腐蝕嚴重，發(fā)生斷裂，陽極地床所剩無幾，使得接地電阻變高。[2]

檢測人員馬上將管道和陽極地床挖開，發(fā)現(xiàn)管道部分外防腐層被嚴重腐蝕，陽極地床也已經(jīng)損壞。然后分別對保護電位與陽極體接地電阻、管道防腐絕緣性實施測量，結(jié)合數(shù)據(jù)與經(jīng)驗得出以下結(jié)論：陽極地床接地電阻太高是導(dǎo)致恒電位儀保護電位突然降低、輸出電壓及電流忽然升高的原因。

4 外加電源陰極保護在天然氣長輸管道的故障處理

4.1 科學(xué)選擇陽極地床材料

首先，通過對使用頻率比較高的石墨、鍍鉑、混合金屬、廢鋼鐵、高硅鑄鐵、聚合物等埋地外加電源陽極體的研究，結(jié)合天然氣長輸管道陽極故障實際現(xiàn)象，應(yīng)該選擇抗腐蝕性強、腐蝕速率慢、穩(wěn)定性高的高硅鑄鐵材料作為陽極體。

其次，陽極體周圍應(yīng)該填充焦炭材料，這樣可以使導(dǎo)電的面積、空隙變大，降低了氣阻。同時，也使陽極體接地電阻變小、導(dǎo)電性表大，實現(xiàn)了陽極體的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕速度。因此，可以選擇直徑為6～15毫米的連續(xù)性接觸表面的焦炭顆粒作為材料。

最后，要使用高硅鑄鐵管替換水平接地連接裝置，然后通過防腐處理，提高陽極體水平連接裝置的防腐性。

4.2 優(yōu)化陽極地床結(jié)構(gòu)

為延長陽極地床使用時間，要使用聯(lián)合式地床結(jié)構(gòu)形式。并在存在地下水的方位地面2m以下敷設(shè)陽極地床，陽極地床陽極體由12根2m長高硅鑄鐵管構(gòu)成。同時要完善陽極體阻隔，且阻隔長度為3m,敷設(shè)時讓陽極體垂直于被保護管線且連成一排，這樣可以提高陽極體抗電流干擾能力。

陽極體外部填充料的直徑為1000mm，填充料周圍填充細砂。高硅鑄鐵管陽極體規(guī)格為φ133×5，高度為2000mm，水平接地連接裝置(高硅鑄鐵管)規(guī)格為φ89×5。[3]

4.3 具體措施

首先，要保證水平接地連接裝置與陽極體焊接部位的牢固性，焊接縫要使用高強度防腐絕緣材料包裝處理。并使用焊接方式連接匯流點，將鍍鋅鋼管套在電纜上，然后在鋼管和電纜見澆灌瀝青，等到風(fēng)干后通過高壓電火花儀器實施檢查，若電壓值在規(guī)定范圍內(nèi)，則一切正常。

其次，要采用高密度焦炭回填的方式，降低陽極體外部填充料的電阻，且填充料不應(yīng)存在任何雜質(zhì)，填充料填充完畢后，要適當(dāng)澆水潤濕。

5 故障維修后的運檢

對陽極地床實現(xiàn)改造后，應(yīng)進行檢測。首先，陽極體接地電阻應(yīng)在2Ω之內(nèi)。其次，恒電位儀輸出電壓應(yīng)為2～30V，電流應(yīng)為1～15A；天然氣長輸管道頭尾保護電位應(yīng)在(0.85～1.20)V之內(nèi)等。若檢測后發(fā)現(xiàn)相關(guān)檢測結(jié)果與上述要求相符，則代表故障被徹底清除，陰極保護設(shè)計成功，可以維持管道的正常運行。

6 結(jié)語

天然氣長輸管道在長時間的使用中，受到內(nèi)外因素影響，難免會發(fā)生外加電源陰極保護故障。但是，只要合理應(yīng)對、科學(xué)處理，必然可以快速處理故障，確保管道線路的正常使用。

[1]天然氣長輸管道的安全隱患及對策探討[J].楊豐繁.化工管理.2016(21)：257.

[2]天然氣長輸管道優(yōu)化策略探討[J].桂巍.石化技術(shù).2016 (08)：32,34.

[3]天然氣長輸管道疲勞可靠壽命預(yù)測分析[J].沈佳園.新技術(shù)新工藝.2015(06)：145-147.