燃氣輸配管網陰極保護系統失效問題的有效應對措施及分析探討

尚本玉

摘 要：城鎮的燃氣輸配管網的陰極保護系統常常會因為城市的開發建設、人為破壞或自然腐蝕造成損傷，從而造成陽極組失效，使管道保護電位下降，帶來安全隱患。本文對現實中的情況進行了統計分析，找出了一些可能造成陰極保護系統失效的原因，并提出了如何減緩腐蝕、解決陰極保護系統失效等問題的方案，希望能夠遏制保護電位下降的現象，使陰極保護系統能夠充分發揮作用。

關鍵詞：燃氣輸配管網;陰極保護;失效問題;應對措施

0 引言

燃氣，是城市中不可缺少的能源供應。在我國城鎮化建設的當下，城市已經建成了復雜龐大的管道網絡。因此，對管網的安全可靠性都提出了嚴格的要求。城市里的管道大多配有陰極保護系統，目前造成輸配管網陰極保護系統失效最主要的原因就是管道腐蝕。腐蝕指的是在周圍介質化學、電化學的作用下，金屬產生的一種破壞現象。而輸配管網長期埋藏于地下，很容易就會在長期使用的情況下受到腐蝕，進而引起穿孔、斷裂等情況，造成漏氣，甚至引發爆炸和火災等惡行事故。這樣不僅破壞了正常的供氣，也會給人民的生命財產安全帶來巨大隱患。而要想提高防腐質量，就需要加強陰極保護系統。

1 陰極保護系統存在缺陷的發現及原因

陰極保護效果的檢測方法有自然腐蝕電位和管道極化電位法。前者是先將已經施加陰極保護的管道進行完全的24h斷電，然后把硫酸銅參比電極放在管道上方的土壤上，將管道和硫酸銅參比電極連接到電壓表上并讀數;后者是按照管道犧牲陽極保護法的測試要求，根據管道通斷電位的測試結果和自然電位測試數據來計算管道的極化電位。城鎮燃氣輸配管的陰極保護系統能夠有效防止因為腐蝕而導致的破壞，從而避免燃氣泄漏事故的發生，使管道的使用壽命增長，保證輸氣系統的安全。而為了保證燃氣管道整體的穩定運行，管理人員會定期對陰極保護系統進行保護電位的跟蹤測量，并發現大多數位置的電位是正常的，不過也有少部分電位下降的幅度較大。經過分析發現，引起反常現象發生的主要原因是個別地段由于城市建設的開發和地形地貌的變化，尤其是在管道附近進行的施工、挖掘和其他管道的建設，造成了相應陽極組的失效，最終導致了陰極保護電位的大幅下降。下面對原因做出具體解釋。

1.1 管道在設計的不合理

管道通過的區域是管道強度設計的基礎，如果不清楚管道沿線勘察的結果，不明確管道路線的地區劃分，就會造成強度設計的系數不合理，計算出的管道壁厚就會偏低，不能滿足實際需要。例如，如果管道穿過河道時沒有考慮到河床受水流沖刷而埋深變小的情況，就會造成管道懸空情況的出現。而如果是管道的應力分析、強度、剛度和穩定性校核出現失誤，就會導致管道變形、彎曲甚至斷裂。

1.2 施工階段存在的漏洞

施工質量的好壞不僅會影響到管道使用年限的長短，還關系到管道自身的安全情況和可靠度。如果不能及時發現并消除管道施工過程中出現的質量問題，比方說出現了鋼管暴露、接口滲水、與土壤接觸（直接或間接）等這些極易腐蝕管道的情況，就會極大縮短管道的使用壽命。管道施工中的漏洞主要有以下幾點：①焊接缺陷。目前管道的敷設還是要靠焊接技術完成，因此，焊接的質量直接影響到了工程的質量，焊接也就成了管道施工工作中最重要的一節。如果焊接存在問題，那么管道運行的安全穩定就無法得到保證;②防腐層補口和補傷的問題。上文中提到過，在進行施工時，很容易因為各種原因例如是管道和土壤直接進行接觸而導致鋼管防腐層的損壞。而使得管道腐蝕情況發生最主要的原因就是外防腐層的損壞。如果在施工、檢驗和驗收等環節忽視對防腐層的質量控制，就會直接影響到管道質量，埋下安全隱患;③管溝開挖和回填的質量不良。如果進行回填壓實前對管道開挖的深度沒有達到要求，沒有夯實基礎，尤其是采用機械壓實時，就會容易使管道發生彎曲、變形;回填土要求達不到標準時，石塊就會劃壞防腐層;回填的高度、夯實的質量不達標，管道埋得就會不夠深，管溝基礎也就不夠扎實，這會使得管道受力情況不均勻，局部應力集中，為應力腐蝕制造條件。

1.3 外力造成的破壞

外力分無意的和有意的。無意的傷害指施工過程，農田、河床挖沙、違章建筑占壓管道時造成的破壞;有意傷害指不法分子非法進行盜油盜氣時，進行的諸如在管道上打孔、偷盜閥門、儀表、陰保樁等蓄意破壞管道設施、直接或間接破壞防腐層或管道時造成的損壞。

2 陰極保護系統失效的應對措施

2.1 補增陰極保護設施

通過加裝可換性鎂帶陽極組的方式改變陽極和陰極的面積比，從而對管道進行陰極保護，這樣做可以為管道提供長距離的保護和穩定的電流，不但能夠調節全線的陰極保護電位，鎂帶陽極組也能夠分批在不同時間投入，這就同時避免了傳統錠狀鎂陽極犧牲陽極保護法時“過保護”和“欠保護”的問題。通過對相關管道所需鎂的面積、保護電流的強弱和增補陽極樁的數量，就能夠算出陽極鎂的使用壽命。如，管道所需保護面積=π×管道外徑×管道長度;保護電流大小=保護電流密度×保護面積×10^（-6）;鎂陽極的使用壽命=（鎂帶陽極長度×鎂帶陽極利用系數×鎂帶陽極電容量+錠狀鎂陽極重量×鎂塊陽極利用系數×鎂塊陽極電容量）/（保護電流×8760）。

經過對實施結果的調查統計發現，原保護電位下降的趨勢被遏制住，并且明顯恢復到有效保護范圍內。所以，采用增設陰極保護設施的方法，是一種在由于外來因素而導致管網陰極保護不充分情況發生時的行之有效的策略。

2.2 新埋設管道

在進行新埋地低中壓管網建設時，盡量選擇耐腐蝕性好、壽命長的PE材質的管材;如果建設地段的車輛載荷較大，高壓和次高壓管網還需要增設鋼管，并使用防腐性能更好的3PE材料的防腐管道進行陰極保護。在進行防腐層的施工作業時，要加強對已經建設好的防腐層的維修和保護，下管后還需要進行完整性檢測，確保防腐層的安全完善。

2.3 在役埋地鋼管

雖然之前已經有過將埋地鋼管全部更換為PE管，并且取得了非常好的使用效果，能做到長期安全穩定工作，但由于更換費用過高、開挖困難等原因，難以做到大規模推廣。對檢測出來的明顯腐蝕點進行修復是一種較為被動的解決方法。而埋地鋼質管道不追加陰極保護，不僅違反了國家規定，也無法保障運行安全，而且由于需要定期頻繁維護維修，不僅造成了大量人力物力的浪費，安全風險也很大，也帶來了較大的負面影響。國家在《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》中明確規定，必須對已建的、帶有防腐層的管道進行補加陰極的保護措施。

3 結論

管道的防腐層在長期的使用過程中不可能保證不受損壞，也不可能將管道與環境、介質隔離開;并且由于防腐層所使用的材質大多都具有不同程度的吸水和透氣效果，因此埋地后，必然會逐步老化。這時，具有遏制腐蝕情況的陰極保護系統的作用就不言而喻了。在對陰極保護系統進行管理時，需要遵守相關標準規定，尤其是加強對燃氣管道附近的施工和特殊地段的監測，定期進行保護電位的測量和記錄。發現異常數據需要及時分析原因并找出解決辦法，使保護電位回升到正常情況，保證管網的安全穩定運行。

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