陰極保護技術在天然氣埋地管道中的應用探析

鄧觀保

摘 要：隨著我國現代化進程的推進，地埋作為現代管道運輸最為主要的一種敷設方式，其在天然氣輸送工程中有著廣泛的應用。由于地埋土壤環境復雜，特別是在鹽類聚集區，加之輸送介質（天然氣）的強腐蝕作用，進而會對長距離運輸管道（一般為鋼材）造成嚴重的內、外壁腐蝕現象，腐蝕一旦對管壁形成穿孔，則會引發一系列的安全事件。基于此，本文以天然氣地埋管道陰極保護技術為論述對象，以提高運輸質量與服務水平為論述目的，以實現社會安全生產為論述意義，就陰極保護技術在天然氣埋地管道中的具體應用進行簡要探析，具有一定的應用價值，以供讀者參考引用。

關鍵詞：天然氣輸送；埋地管道；陰極保護

1 土壤腐蝕性分析

土壤是為一種具有三相（氣、液、固）的毛細管多孔性膠質體，其內空隙被水與空氣所填充，且水中含有的鹽分使土壤表現出一定的離子導電性，當土壤含鹽量與PH值相比其他地區明顯過高時，則其腐蝕性就會變強。除此之外，土壤腐蝕性的強弱還可通過氧化還原電位、自然電位以及電阻率實施判斷。

由于管道所埋土壤在各段擁有不同的物化性質，且管道在金相結構（如內部應力、雜質、表面粗糙程度及晶格缺陷等）上各部分表現也不盡相同，對于易電離的部分金屬，當土壤中進入帶正電的金屬離子時，會使該段電位因電子過剩而變負，相同的對于不易電離的部分金屬則會使得電位變正，進而在兩段間會因電子流動而造成氧化還原反應發生。此時，管道失去電子部位會呈陽極特性，得到電子部位會呈陰極特性，并經土壤作用后便會形成回路，進而形成具有腐蝕性的電化學電流，使土壤表現出腐蝕性。如若土壤透氣性在管道各段存在差異，則會使土壤氧氣濃度表現不同，進而促使腐蝕電池發育，且其兩極間可達數公里距離。

2 陰極保護技術的原理與分類

2.1 技術原理

管道陰極保護一般以一定間距測算的陰極保護數據為檢測方法的判斷依據。陰極保護技術原理的應用，要想在土壤中做好全鋼結構管道的防腐工作，則應遵循以下原則：①為形成閉合回路，金屬表面應被導電介質所覆蓋，如海水、電解質溶液以及潮濕土壤等；②為提高保護效率，導電介質應充分埋沒金屬結構；③盡可能采用結構簡單的金屬，如若凹凸現象嚴重，則會因“屏蔽作用”而失去保護目的。

2.2 技術分類

陰極保護技術分為外加強制電流與犧牲陽極兩種保護形式，二者在保護方式上呈相輔相成關系。外加強制電流保護技術是在回路中串入直流電源，并在被保護金屬中輸入直流電制劑，使其呈現陰極特性，進而達到保護效果。其應用優勢在于：①由于使用的高驅動電壓具有較強的靈活性，因此對于較大場合比較適用；②適用于惡劣腐蝕或高電阻率環境中；③保護過程通過不溶性或微溶性輔助陽極的利用，可實現保護時間的延長；④保護范圍一般可達10公里之遠；⑤不僅適用于具有防腐層的管道，還能對裸露管道實施保護。犧牲陽極保護技術是在金屬管道上焊接或連接比被保護金屬電位更負的合金或金屬（如鋁、鋅、鎂等）作為陽極，使其與被保護管道在電解質溶液中形成大電池，腐蝕消耗掉所連接的金屬（作為陽極），金屬管道則以陰極極化被予以保護。該技術應用優勢在于：①操作簡單，無需外加電源；②產生腐蝕干擾較小，對于電流小于1A或土壤電阻率小于100Ω·m的中小型金屬結構（如小型儲罐與城市官網等）；③首次費用投資較低，運行過程中無需追加維護費用；④電流利用率保護恰當；⑤在達到保護目的的同時實現了接地效果。

3 陰極保護技術在天然氣埋地管道中的應用

3.1恒電位儀

安置恒電位儀與控制臺于陰極保護系統中（控制臺兩邊需各放置一臺電位儀），其過程參考產品說明書實施。

3.2參比電極與匯流點

在管線出站絕緣的接頭外側設置匯流點，長效埋地型參比電極、防爆接線箱各一個設置在匯流點處，將參比導線、零位接陰電纜、陰極電纜全部由防爆接線箱與設備連接。涂抹加入固化劑（環氧樹脂）到匯流點處，達到防腐的效果。

3.3電纜

利用鋁熱焊焊接將管道與電纜連接在一起，連接處要做好絕緣和防護措施，同時涂抹加入固化劑（環氧樹脂）以達到防腐絕緣的效果。最后將熱收縮帶纏繞在焊點處，控制其寬度為25cm，長度不得小于10cm，且必須在凍層土之下埋設電纜。

3.4陽極地床

設置一組陽極地床于站外，其一般由高硅鑄鐵陽極構成，與管線的直接距離應超過350m，選用填包料對陽極實施包覆，并控制厚度為10cm。焦炭粉作為填包料的主要成分，其最大顆粒不應超過15mm，含炭量要高于85%。陽極地床的放置位置應根據現場實況確定，一般應盡量放于潮濕或低洼地區。

3.5 鋅接地電池

將鋅接地電池（2根鋅棒構成，絕緣件將2根鋅棒連接在一起，經防爆接線箱連至管線上） 設置在絕緣接頭處，以此保障設備安全運行。

3.6防爆接線箱與測試樁

管道沿線每隔1km安放電位測試樁1支，每隔10km安放電流測試樁1支，絕緣接頭處、匯流點處、陽極地床處需安放防爆接線箱。接線箱、測試樁都應埋在管道流向左方距管道邊緣1.5m的位置處，其不僅要埋設牢固，同時還需加強防腐處理。

4 結語

綜上所述，天然氣埋地管道防腐工作中陰極保護的技術的研究與應用是為一項精細而復雜的任務，新時代的發展背景下，如何科學、合理的應用陰極保護技術，實現天然氣埋地管道安全運行，是為一個值得我們深思的問題。