天然氣輸送管道陰極保護系統研究

趙萌(山東省天然氣管道有限責任公司, 山東 濟南 250000)

0 引言

隨著天然氣走進千家萬戶，國內外天然氣管道的建設得到了大力的發展[1]。天然氣輸送管道運行過程中防腐保護十分重要，它關系著能源運輸安全以及國民經濟的發展，對天然氣管道防腐技術的研究一直以來都是十分關鍵的，受到了石油天然氣行業廣泛的關注和重視。天然氣埋地輸送管道運行時間越長，意味著管道表面發生腐蝕的幾率越大，埋地天然氣管道由于埋地土壤、水環境以及接觸介質等問題會出現陽極區腐蝕現象[2-3]。近年來，對天然氣管道陰極保護技術方面的研究十分成熟，引進陰極保護系統可以迫使被保護金屬管道表面陰極極化，抑制被保護管段電子遷移，從而避免發生管道腐蝕現象，對于提高管道運行壽命，以及維護天然氣管道輸送安全起到極其重要的作用。

1 陰極保護工作原理

在國外天然氣輸送管道方面，陰極保護技術已經應用的很成熟，主要是指在電解質環境中(埋地土壤)，將被保護的金屬管道進行陰極極化，消除金屬體化學不均勻性，抑制發生金屬腐蝕的電子發生遷移，或者避免金屬腐蝕出現，也就是犧牲金屬管道陽極，抑制被保護發生腐蝕導致電子轉移，為被保護金屬提高陰極保護。在天然氣輸送過程中，主要是將犧牲陽極材料來代替被保護金屬管道的腐蝕，起到延長天然氣輸送管道使用壽命，確保管線輸送運行的可靠性和安全性。

2 天然氣輸送管道陰極保護系統設計

2.1 管道犧牲陽極保護材料

通過犧牲陽極部分來取代被保護的金屬管道的腐蝕，犧牲陽極保護材料應該具備以下幾點特性[4-5]。

(1)對中短距離、復雜管線有一定的適用性。

(2)陽極極化小，陽極輸出電流小。

(3)在工作過程中具有足夠的負電位，并且電位穩定、金屬表面不產生高電阻。

(4)無需外部電源，運行期間，安裝、維護費用低且簡單。

一般情況下，土壤電阻率大于100Ω·m，是不適宜使用犧牲陽極方法，根據天然氣管線埋地土壤電阻率大小來決定選取犧牲陽極材料，選取規格如下表1所示。

表1 天然氣埋地管線犧牲陽極材料選取規格

2.2 施工設置工程

對犧牲陽極保護作業施工，主要包括四個方面作業，分別是接地電池的安裝、陽極的埋設標準、陽極管道電氣絕緣設置以及防腐密封。

(1)接地電池主要是為防止絕緣設備遭受雷擊靜電造成破壞時，及時提供電源，安裝前一定要檢查埋地土壤地下環境。

(2)在Ф300mm×1000mm棉麻布袋中，裝入提前配置、調均好的填料，填包料的厚度應大于50mm，填包料按照SYJ-19～86標準配置，將打光、清潔的陽極插入填料中心，壓實后澆水潤濕填土。

(3)天然氣輸送管道陰極保護，即被保護管段保證電氣連續，與外界環境絕緣。

(4)對各段管線的防腐密封工作是一項難點，主要是采用牛油膠布，該材料含有浸滿礦脂的帶狀無紡氈，具有良好的塑性和粘附性，能夠有效密封很長時間。

2.3 管道陰極保護電流密度確定方法

最小陰極保護電流密度的確定非常關鍵，直接影響著天然氣輸送管道陰極保護效果[6-7]。

(1)一般新管道的最小陰極保護電流密度在3050μA/m2～50μA/m2之間；

(2)對于舊管道，要在測量舊管道防腐層漏電阻后，才能確定最小陰極保護電流密度，往往對舊管道最小陰極保護電流密度測定不是很準確，需要利用饋電試驗數據，通過相應的計算公式才能較為準確的確定電流密度大小。計算陰極保護電流密度公式如下:

式中:I為x點處電流密度；α為管道涂層狀況指數；I0為通電點電流密度；D為管道直徑。

3 對天然氣輸送管道陰極保護系統檢驗

3.1 測試樁設置

測試樁配置有電位測試探頭是一種陰極保護附屬裝置，主要用來對保護管道進行測試，是管道管理維護中必不可少的裝置[5-7]。按照設備標準，應該在每千米或者5組犧牲陽極處設置1個測試樁，并且測試樁應該設置在犧牲陽極輸氣管線中間，安裝部位一般土壤腐蝕性強、水位較高，而且該段管線腐蝕絕緣層薄弱，對后續輸氣管線陰極保護程度進行評價，可以根據各個測試樁測得的電位分布來確定陰極保護的效果。

3.2 檢測方案制定

埋地天然氣輸送管線檢測方案的制定，要結合輸氣管道運行狀態以及使用年限來編制。在輸氣管道犧牲陽極保護的管段，設置等間隔的測試樁。對輸氣管線電位的檢測方法有很多，例如斷電法、遠參比法、近參比法、地表參比法以及輔助電極法。輸氣管線管材一般選取三層結構聚乙烯防腐，埋地管線電位檢測方法可以采用地表參比法，該方法能精確的得到檢測結果。測試第一步:參比電極CSE 置于管道頂部上方潮濕土壤上，確保與潮濕土壤充分接觸；第二步:電壓表量程校正、調整，符合測量精度；第三步:讀取測量結果，并作好數據備份，根據電位數據來判斷陰極保護達到預期效果。

4 結語

天然氣長輸管道防腐措施的可靠性，關系著能源安全、國民經濟的發展。針對天然氣管道腐蝕穿孔問題，選取合宜的表面防腐絕緣材料以及襯里涂層材料是關鍵，建立天然氣長輸管線陰極保護系統，加強系統完善維護措施，定期進行天然氣輸送管道陰極保護效果檢驗，可以為下游用戶提供天然氣穩定供給，減小管線腐蝕、穿孔、泄漏帶來的經濟損失。通過實際天然氣管線應用結果表明:陰極保護系統對管道防腐效果良好，陰極保護管段電位一直穩定在-0.85V以上，這說明，陰極保護和犧牲陽極保護系統在管道防腐方面是可靠的，延長了管道的使用壽命。

[1]胡士信.陰極保護工程手冊[M].北京:化學工業出版社,1999.

[2]李海坤,謝濤,王穎，等.區域陰極保護實踐與分析[J].天然氣與石油,2013,31(2):73-75.

[3]王朝暉,李旭光.管道陰極保護的探討[J].管道技術與裝備,2004,18(1):35-38.

[4]QSYGD 0013.3—2009區域性陰極保護技術規范第3部分運行管理[S].

[5]劉玲莉,陳洪源,劉明輝，等.輸油氣站場區域性陰極保護技術[J].油氣儲運,2005，24(7):28-32.

[6]陳勝利,蘭志剛,宋積文，等.長輸天然氣管線的腐蝕與防護[J].全面腐蝕控制,2011,19(1).38-41.

[7]徐承偉,薛致遠,滕延平，等.GPS同步通斷法在陰極保護有效性評價中的應用[J].管道技術與設備,2012,26(1):50-51.