陰極保護工藝在天然氣管道防腐中的應用

田凱

（山東實華天然氣有限公司 山東青島）

摘 要：陰極保護技術根據保護電流的供給方式，可分為犧牲陽極法和強制電流法兩種保護方法。采用犧牲陽極法的主要優點有：無需外部電源、對外界干擾少、安裝維護費用低、無需征地或占用其它建構筑物、保護電流利用率高等。采用管道外防腐絕緣層與陰極保護的聯合使用是最經濟、最合理的防腐蝕措施。

關鍵詞：長距離；埋地管道；腐蝕原因；防腐絕緣層；陰極保護；聯合使用

目前石油、燃氣資源的輸送主要依靠長距離埋地管道來實現，這些管道埋設于地下，長期受到外部土壤和內部介質的強烈腐蝕而經常發生腐蝕泄漏事故，常常導致管道設備非計劃性檢修、更換和停產，造成了巨大的直接和間接的經濟損失。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。

埋設方式和地形土壤等因素均會對輸送石油天然氣的資源的管道造成不同程度的腐蝕。防腐技術的應用將能直接降低因腐蝕造成的經濟損失。本文首先是介紹了陰極保護系統的設計及管道安裝的注意事項，并結合實際工程給出了一套合理的成品油管線陰極保護的施工方案，經計算驗證，發現應用效果較佳。

1陰極保護系統設計

1.1陰極保護方法

埋在土壤中的金屬管道由于各種原因管道表面將出現陽極區和陰極區，并在陽極區發生局部腐蝕。陰極保護是指將被保護金屬（如煤氣管道）進行陰極極化，使電位負移到金屬表面陽極的平衡電位，消除其化學不均勻性所引起的腐蝕電池，使金屬免遭環境介質（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管道、設備的腐蝕，從而達到延長被保護管道的使用壽命，提高其安全性和經濟性的目的。

陰極保護技術根據保護電流的供給方式，可分為犧牲陽極法和強制電流法兩種保護方法。采用犧牲陽極法的主要優點有：無需外部電源、對外界干擾少、安裝維護費用低、無需征地或占用其它建構筑物、保護電流利用率高等，因此，特別適合于區域范圍較小的埋地鋼管的防腐蝕。強制電流法則有保護范圍大、適合范圍廣、激勵電勢及輸出電流高、綜合費用低等優點，故適合用于長輸管線的防腐。如應用于廠區范圍內時，則由于其會產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，在實施時會帶來較大的困難。

1.2設計要點

1.2.1接地電池的設置

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

1.2.2雜散電流的預防措施

雜散電流能使地下管道產生強烈的電化學腐蝕。的行業標準規定，管道附近土壤中電位梯度大于0.5mV/m時認為有干擾的可能，當電位梯度大于2.5mV/m時應考慮采取防護措施。當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，該處的腐蝕速度將達到12mm/a。在雜散電流干擾嚴重的地區，可以通過設置排流鋅陽極組來減少雜散電流對管道的腐蝕和干擾。

1.2.3穿跨越處的特殊保護

公路和鐵路穿越工程，由于承重，需要加設保護套管。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，管道應與套管保持較好的電絕緣。但在實際工程中，很難做到這一點，出現沒有陰極保護電流穿過套管壁流向套管內主管道表面，使得位于套管內的主管道處于自由腐蝕狀態，而套管則得到很好保護。因此，在套管內設計安裝帶狀鋅陽極保護，在管道上開鑿一個合適的焊點，采用鋁熱焊方式把它焊接到管道上，焊點之間用捆扎膠帶固定，每個焊點都要做好防腐處理。帶狀陽極、輸氣管道和套管及支撐間，嚴禁有任何的電接觸。

1.3陰極保護設計方案

A（城市）至B（城市）成品油管道工程管道全長為96.8km，管道規格和材質為φ323.9×6.4，L360。管道主要是環氧粉末外防腐層，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，經過雙參比電極法測試，雜散電流的電位梯度為2.8～5.4mV/m。雜散電流干擾嚴重，管道沿線必須采取鋅排流陽極并做犧牲陽極使用。

1.3.1理論計算

根據外加電流的陰極保護的設計規范，需要根據被保護管道的基本數據和選取的陰極保護參數計，算出保護長度、保護電流及所需的保護站數量，在此基礎上進行系統設計。基本數據：直徑D=323.9mm，壁厚δ=6.4mm，管線全長96.8km。陰極保護參數取值：管道自然電位-0.55V（飽和硫酸銅），管道最低點電位-0.85V（飽和硫酸銅），通電點電位-1.25V（飽和硫酸銅），鋼管電阻率ρT=0.166Ω·mm2/m計算結果：將設計參數代入公式計算，得單側保護長度L=65.93km。根據工程的實際情況，A（城市）至B（城市）全線共設置陰極保護站兩個，分別是首站A（城市）和末站B（城市）。管道在穿越段設置帶狀鋅陽極保護，沿線采用犧牲陽極既起到輔助保護，又可以排除管道上雜散電流和靜電。

1.3.2犧牲陽極布點的技術和施工要求

犧牲陽極在埋設時，與保護的管道的距離不宜小于0.3m，也不宜大于5m，埋深應與管道埋深相同，并要在冰凍線以下，埋設深度不宜小于1m，且直埋設在潮濕的土壤中，埋設形式可采用立式或臥式，在陽極與保護管道之間，嚴禁設置其它金屬構筑物。犧牲陽極可以通過測試樁與管道連接，目的是為了監測犧牲陽極自身的電化學參數，并且便于檢測和掌握陰極保護系統運行后管道被保護狀態。陽極的埋設時應提前按比例配制、調勻好填料，裝入φ300mm×1000mm的棉或麻布袋中，將經過用鐵砂紙打光及表面清潔處理的陽極及時插人填料中心位置并壓實，用細原土摻鹽分層澆水濕潤后回填土。所有的電纜與陽極、銅鼻子的連接采用錫焊，焊接前都要剝去防腐絕緣層，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保護套管松緩自然埋設，埋深與管道埋深相同。陽極連接管道的電纜顏色應與其它電纜顏色區分開，以便辯認檢測。陽極的埋設點必須做永久性標志，永久性標志可以包括周圍建筑物。

1.3.3陰極保護系統的運行效果

經過對A（城市）至B（城市）長輸管線陰極保護系統工程中的97個測試樁的管道保護電位進行測量，測量結果為-0.95～-1.20V（相對硫酸銅參比電極）。由以上數據可知，A（城市）至B（城市）長輸管道對地電位均低于-0.85V（相對硫酸銅參比電極），符合設計和規范的要求。

2陰極保護系統的日常管理

（1）每月測量一次全線管道保護電位，每季度測量一次陽極床接地電阻；（2）每天記錄一次陰保間恒電位儀的保護電位、輸出電壓及輸出電流，每月可交換A/B機工作，延長儀器工作壽命；（3）管道電流、電位測試樁注意保護，防止人為破壞，并且每年保養一次；（4）所有測量數據需填寫記錄表，存檔，以便查閱。

3 結束語

本文發現，在陰極保護方法的應用過程中，雜散電流腐蝕一直是陰極保護技術的一個難點，本研究時通過在雜散電流強度超過標準規定的地點都增設陽極來解決這一難題。并結合A（城市）至B（城市）長輸管線工程實際案例，經電化學參數測量，驗證了陰極保護法的良好防腐效果。

參考文獻：

[1] 高鵬. 淺談犧牲陽極陰極保護技術在埋地長輸管道中的應用[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2015（20）.