陰極保護(hù)工藝在天然氣管道防腐中的應(yīng)用

田凱

（山東實(shí)華天然氣有限公司 山東青島）

摘 要：陰極保護(hù)技術(shù)根據(jù)保護(hù)電流的供給方式，可分為犧牲陽(yáng)極法和強(qiáng)制電流法兩種保護(hù)方法。采用犧牲陽(yáng)極法的主要優(yōu)點(diǎn)有：無(wú)需外部電源、對(duì)外界干擾少、安裝維護(hù)費(fèi)用低、無(wú)需征地或占用其它建構(gòu)筑物、保護(hù)電流利用率高等。采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)、最合理的防腐蝕措施。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)距離；埋地管道；腐蝕原因；防腐絕緣層；陰極保護(hù)；聯(lián)合使用

目前石油、燃?xì)赓Y源的輸送主要依靠長(zhǎng)距離埋地管道來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些管道埋設(shè)于地下，長(zhǎng)期受到外部土壤和內(nèi)部介質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕而經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏事故，常常導(dǎo)致管道設(shè)備非計(jì)劃性檢修、更換和停產(chǎn)，造成了巨大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。埋地管線的腐蝕原因主要有：土壤腐蝕、大氣腐蝕和生物腐蝕3種。

埋設(shè)方式和地形土壤等因素均會(huì)對(duì)輸送石油天然氣的資源的管道造成不同程度的腐蝕。防腐技術(shù)的應(yīng)用將能直接降低因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失。本文首先是介紹了陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及管道安裝的注意事項(xiàng)，并結(jié)合實(shí)際工程給出了一套合理的成品油管線陰極保護(hù)的施工方案，經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用效果較佳。

1陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1陰極保護(hù)方法

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(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，并在陽(yáng)極區(qū)發(fā)生局部腐蝕。陰極保護(hù)是指將被保護(hù)金屬（如煤氣管道）進(jìn)行陰極極化，使電位負(fù)移到金屬表面陽(yáng)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(yáng)極或犧牲陽(yáng)極材料的腐蝕來(lái)代替被保護(hù)管道、設(shè)備的腐蝕，從而達(dá)到延長(zhǎng)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。

陰極保護(hù)技術(shù)根據(jù)保護(hù)電流的供給方式，可分為犧牲陽(yáng)極法和強(qiáng)制電流法兩種保護(hù)方法。采用犧牲陽(yáng)極法的主要優(yōu)點(diǎn)有：無(wú)需外部電源、對(duì)外界干擾少、安裝維護(hù)費(fèi)用低、無(wú)需征地或占用其它建構(gòu)筑物、保護(hù)電流利用率高等，因此，特別適合于區(qū)域范圍較小的埋地鋼管的防腐蝕。強(qiáng)制電流法則有保護(hù)范圍大、適合范圍廣、激勵(lì)電勢(shì)及輸出電流高、綜合費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，故適合用于長(zhǎng)輸管線的防腐。如應(yīng)用于廠區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，則由于其會(huì)產(chǎn)生干擾電流而影響其它管線及建筑物，且還需要征地或占用建筑物，在實(shí)施時(shí)會(huì)帶來(lái)較大的困難。

1.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.2.1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。

1.2.2雜散電流的預(yù)防措施

雜散電流能使地下管道產(chǎn)生強(qiáng)烈的電化學(xué)腐蝕。的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，管道附近土壤中電位梯度大于0.5mV/m時(shí)認(rèn)為有干擾的可能，當(dāng)電位梯度大于2.5mV/m時(shí)應(yīng)考慮采取防護(hù)措施。當(dāng)管道在雜散電流處有1cm2的防腐層破損，且此處有1mA的雜散電流流出時(shí)，該處的腐蝕速度將達(dá)到12mm/a。在雜散電流干擾嚴(yán)重的地區(qū)，可以通過(guò)設(shè)置排流鋅陽(yáng)極組來(lái)減少雜散電流對(duì)管道的腐蝕和干擾。

1.2.3穿跨越處的特殊保護(hù)

公路和鐵路穿越工程，由于承重，需要加設(shè)保護(hù)套管。理想的套管穿越，是主管道和套管之間兩端用軟性材料密封和中間安裝絕緣支架，管道應(yīng)與套管保持較好的電絕緣。但在實(shí)際工程中，很難做到這一點(diǎn)，出現(xiàn)沒(méi)有陰極保護(hù)電流穿過(guò)套管壁流向套管內(nèi)主管道表面，使得位于套管內(nèi)的主管道處于自由腐蝕狀態(tài)，而套管則得到很好保護(hù)。因此，在套管內(nèi)設(shè)計(jì)安裝帶狀鋅陽(yáng)極保護(hù)，在管道上開鑿一個(gè)合適的焊點(diǎn)，采用鋁熱焊方式把它焊接到管道上，焊點(diǎn)之間用捆扎膠帶固定，每個(gè)焊點(diǎn)都要做好防腐處理。帶狀陽(yáng)極、輸氣管道和套管及支撐間，嚴(yán)禁有任何的電接觸。

1.3陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方案

A（城市）至B（城市）成品油管道工程管道全長(zhǎng)為96.8km，管道規(guī)格和材質(zhì)為φ323.9×6.4，L360。管道主要是環(huán)氧粉末外防腐層，在穿越段采用三層PE。 管道沿線土壤電阻率變化大，最低25.1 Ω？m，最高392.8 Ω？m，一般地段在40～60Ω·m。沿線幾處高壓輸電線路接地與管道距離較近，經(jīng)過(guò)雙參比電極法測(cè)試，雜散電流的電位梯度為2.8～5.4mV/m。雜散電流干擾嚴(yán)重，管道沿線必須采取鋅排流陽(yáng)極并做犧牲陽(yáng)極使用。

1.3.1理論計(jì)算

根據(jù)外加電流的陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī)范，需要根據(jù)被保護(hù)管道的基本數(shù)據(jù)和選取的陰極保護(hù)參數(shù)計(jì)，算出保護(hù)長(zhǎng)度、保護(hù)電流及所需的保護(hù)站數(shù)量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)?；緮?shù)據(jù)：直徑D=323.9mm，壁厚δ=6.4mm，管線全長(zhǎng)96.8km。陰極保護(hù)參數(shù)取值：管道自然電位-0.55V（飽和硫酸銅），管道最低點(diǎn)電位-0.85V（飽和硫酸銅），通電點(diǎn)電位-1.25V（飽和硫酸銅），鋼管電阻率ρT=0.166Ω·mm2/m計(jì)算結(jié)果：將設(shè)計(jì)參數(shù)代入公式計(jì)算，得單側(cè)保護(hù)長(zhǎng)度L=65.93km。根據(jù)工程的實(shí)際情況，A（城市）至B（城市）全線共設(shè)置陰極保護(hù)站兩個(gè)，分別是首站A（城市）和末站B（城市）。管道在穿越段設(shè)置帶狀鋅陽(yáng)極保護(hù)，沿線采用犧牲陽(yáng)極既起到輔助保護(hù)，又可以排除管道上雜散電流和靜電。

1.3.2犧牲陽(yáng)極布點(diǎn)的技術(shù)和施工要求

犧牲陽(yáng)極在埋設(shè)時(shí)，與保護(hù)的管道的距離不宜小于0.3m，也不宜大于5m，埋深應(yīng)與管道埋深相同，并要在冰凍線以下，埋設(shè)深度不宜小于1m，且直埋設(shè)在潮濕的土壤中，埋設(shè)形式可采用立式或臥式，在陽(yáng)極與保護(hù)管道之間，嚴(yán)禁設(shè)置其它金屬構(gòu)筑物。犧牲陽(yáng)極可以通過(guò)測(cè)試樁與管道連接，目的是為了監(jiān)測(cè)犧牲陽(yáng)極自身的電化學(xué)參數(shù)，并且便于檢測(cè)和掌握陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后管道被保護(hù)狀態(tài)。陽(yáng)極的埋設(shè)時(shí)應(yīng)提前按比例配制、調(diào)勻好填料，裝入φ300mm×1000mm的棉或麻布袋中，將經(jīng)過(guò)用鐵砂紙打光及表面清潔處理的陽(yáng)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(rùn)后回填土。所有的電纜與陽(yáng)極、銅鼻子的連接采用錫焊，焊接前都要?jiǎng)內(nèi)シ栏^緣層，清潔、打光焊接處；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。陽(yáng)極連接管道的電纜顏色應(yīng)與其它電纜顏色區(qū)分開，以便辯認(rèn)檢測(cè)。陽(yáng)極的埋設(shè)點(diǎn)必須做永久性標(biāo)志，永久性標(biāo)志可以包括周圍建筑物。

1.3.3陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行效果

經(jīng)過(guò)對(duì)A（城市）至B（城市）長(zhǎng)輸管線陰極保護(hù)系統(tǒng)工程中的97個(gè)測(cè)試樁的管道保護(hù)電位進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為-0.95～-1.20V（相對(duì)硫酸銅參比電極）。由以上數(shù)據(jù)可知，A（城市）至B（城市）長(zhǎng)輸管道對(duì)地電位均低于-0.85V（相對(duì)硫酸銅參比電極），符合設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

2陰極保護(hù)系統(tǒng)的日常管理

（1）每月測(cè)量一次全線管道保護(hù)電位，每季度測(cè)量一次陽(yáng)極床接地電阻；（2）每天記錄一次陰保間恒電位儀的保護(hù)電位、輸出電壓及輸出電流，每月可交換A/B機(jī)工作，延長(zhǎng)儀器工作壽命；（3）管道電流、電位測(cè)試樁注意保護(hù)，防止人為破壞，并且每年保養(yǎng)一次；（4）所有測(cè)量數(shù)據(jù)需填寫記錄表，存檔，以便查閱。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文發(fā)現(xiàn)，在陰極保護(hù)方法的應(yīng)用過(guò)程中，雜散電流腐蝕一直是陰極保護(hù)技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn)，本研究時(shí)通過(guò)在雜散電流強(qiáng)度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的地點(diǎn)都增設(shè)陽(yáng)極來(lái)解決這一難題。并結(jié)合A（城市）至B（城市）長(zhǎng)輸管線工程實(shí)際案例，經(jīng)電化學(xué)參數(shù)測(cè)量，驗(yàn)證了陰極保護(hù)法的良好防腐效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高鵬. 淺談犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù)在埋地長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版， 2015（20）.