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、滿足社會經濟發展的重要能源通道。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備和周圍環境的電位差，確保管道自身電子不會流失，進而避免電化學腐蝕現象的發生。

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象，從而就使得管道金屬時刻維持在低電位環境水平當中。

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，管道材質自身的鐵（Fe）由于雜質的關系，與氧氣和水分子構成原電池形態。其中，鐵在吸氧作用下形成了負極（Fe-2e=Fe2+），而正極則有材質本身含有的碳元素以及土壤中的其他成分提供（2H2O+O2+4e-=4OH-）。當天然氣管道金屬才是失去了很多電子后，金屬上就會出現氫氧化鐵，然后就會和水分子反應變成鐵銹（氧化鐵）。由此可見，引發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、水發生了反應。[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象，因此決定對故障實施處理。

3 導致陰極保護喪失作用的原因

檢測人員第一時間到達現場，對長輸天然氣管道的防腐層、四周金屬構筑物分布規律、電源情況、土壤電阻率等進行檢測，經分析得出以下四點原因：①輸氣管道敷設于河灘、地勢低洼區域，該區域土壤電阻率為6.9～73.6Ω·m，土壤平均電阻率為26.4Ω·m，檢測發現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，進而引發管道腐蝕。②絕緣法蘭性能不達標，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，發現管道部分外防腐層被嚴重腐蝕，陽極地床也已經損壞。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，結合數據與經驗得出以下結論：陽極地床接地電阻太高是導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，結合天然氣長輸管道陽極故障實際現象，應該選擇抗腐蝕性強、腐蝕速率慢、穩定性高的高硅鑄鐵材料作為陽極體。

其次，陽極體周圍應該填充焦炭材料，這樣可以使導電的面積、空隙變大，降低了氣阻。同時，也使陽極體接地電阻變小、導電性表大，實現了陽極體的標準腐蝕速度。因此，可以選擇直徑為6～15毫米的連續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 優化陽極地床結構

為延長陽極地床使用時間，要使用聯合式地床結構形式。并在存在地下水的方位地面2m以下敷設陽極地床，陽極地床陽極體由12根2m長高硅鑄鐵管構成。同時要完善陽極體阻隔，且阻隔長度為3m,敷設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格為φ133×5，高度為2000mm，水平接地連接裝置(高硅鑄鐵管)規格為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，等到風干后通過高壓電火花儀器實施檢查，若電壓值在規定范圍內，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，且填充料不應存在任何雜質，填充料填充完畢后，要適當澆水潤濕。

5 故障維修后的運檢

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

6 結語

天然氣長輸管道在長時間的使用中，受到內外因素影響，難免會發生外加電源陰極保護故障。但是，只要合理應對、科學處理，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]天然氣長輸管道優化策略探討[J].桂巍.石化技術.2016 (08)：32,34.

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