埋地管道陰極保護的施工與管理

陳 沖

（大慶油田工程建設有限公司安裝公司第一工程部，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

埋地管道所在的環(huán)境比較復雜，很容易被腐蝕，而在埋地管道涂敷防腐絕緣涂層后，應及時展開電化學陰極保護，實現(xiàn)對管道的雙重保護，從而延長埋地管道的使用期限，并提高其運行效率。電化學陰極保護主要包括強制電流法和犧牲陽極法，這兩種方法對于安裝、施工和管理方面都有著完全不一樣的要求，而且各有各的優(yōu)點和缺點。因此，必須加強二者的施工和管理工作。

1 強制電流法的施工

1.1 儀器設備的選擇

恒電位儀屬于陰級保護的專用設備，主要是為了將220V或380V的交流電源通過降壓整流電路轉化為低壓直流，然后通過穩(wěn)壓和調節(jié)之后供給管道。當前常見的有PS系列和KKG系列等，結合管道的實際需要將輸出電壓控制在20～50V，將輸出電流控制在10～100mA，將保護電位控制在0～-2V。

1.2 恒電位儀的安裝

首先把管道上的陰極匯流點，也就是通電點連接到恒電位儀的陰極端子，同時把埋設在管道旁邊的陽極組連接到陽極端子，把匯流點附近的參比電極連接到參比端子，這時候恒電位儀的外部接線就算成功了（如圖1所示）。恒電位儀的運行始終在微型計算機的監(jiān)測中，所以應把儀器輸入的模擬量通過A/D轉換器轉變?yōu)槲C可以識別的數(shù)字量之后再進行操作，最后再展開監(jiān)測。根據(jù)設計的具體要求，按時打印輸出電流、電壓和保護電位值，與此同時詳細觀察恒電位儀的運行情況，包括故障發(fā)生的時間和停止輸送電流的時間，并做好記錄，最后打印出恒電位儀的運行趨勢圖，確保恒電位儀保持自動控制狀態(tài)。

圖1 強制電流法陰極保護連接原理示意圖

1.3 陽極組的安裝

使用高硅鑄鐵制成陽極，高硅鑄鐵的化學成有ω（Si）=14%～15%，ω（Mn）=0.5%～0.8%，ω（C）=0.8%～1.05%，剩下的含量是鐵。高硅鑄鐵的陽極形狀呈圓棒形，通常選擇φ100mm×1500 mm，其技術特點包括允許電流密度（5～80A/m2）和消耗率[＜0.5 kg/(A·a)]。陽極組的安裝示意圖如圖2所示。首先將高硅鑄鐵陽極以垂直的方式進行埋設，需要埋入到地下1.5m的深處，陽極間的距離保持3.0m，選擇VV型電纜進行連接，并連接到接線箱；其次通過架空電線連接到恒電位儀的輸入端子。最后將陽極埋設在低洼潮濕的土壤中，并使其遠離管道50m以上。

圖2 強制電流法陰極保護陽極組安裝示意圖

1.4 陰極匯流點—通電點的安裝

陰極匯流點，也就是通電點需要用到氣焊。如圖3所示，首先通過氣焊把加強極焊接到管道上；其次把φ16mm銅管搪錫，把電纜銅線插進后焊接牢固，同時把銅管焊在加強板上。最后通過管道的防腐涂層對銅管進行封閉處理，電纜線通過埋地或者架空的方式連接到恒電位儀的輸入端。

圖3 陰極匯流點—通電點的焊接示意圖

2 強制電流法陰極保護的運行管理

要想使整個系統(tǒng)能夠正常運行，日常維護工作和管理必不可少，應成立專門的管道防腐和陰極保護小組，實現(xiàn)“管線有人護、出漏有人補、儀器有人保”[1]。具體來說，在微型計算機的監(jiān)測下，明確恒電位儀的核心參數(shù)，每8h就要收集一次恒電位儀的輸出電壓、輸出電流和匯流點保護電位等三大主要參數(shù)，一旦發(fā)生電源故障、線路短路或中斷等情況，必須準確記錄故障的發(fā)生時間和結束時間。上述數(shù)據(jù)應保存在RAM芯片中，每個月月底的時候制作整月報表并打印出來，同時統(tǒng)計出整個月停電和設備故障的累積時間，從而使陰極保護系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自動化管理，只需要在每個月底的時候打印報表即可。由于管道中每1km需要安裝一具測試樁，因此有必要根據(jù)規(guī)定要求每個月測量一次保護電壓值。由于陽極組是埋設在地下的，它的接地電阻會受到季節(jié)變化的影響，所以需要每個月測量一次接地電阻，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，必須采取合理的應急措施，從而確保整個系統(tǒng)能夠正常運行。

3 犧牲陽極法的施工

3.1 陽極的處理

在施工過程中，必須嚴格控制施工材料的質量和制造商的資質，嚴禁不達標的材料進入施工現(xiàn)場[2]。在制造商檢查并認證了陽極的質量之后，需要等待一段時間才能運送到施工現(xiàn)場，在運送過程中陽極的外表面已經(jīng)被污染，因此，在安裝陽極之前，必須先拋光其外表面的氧化皮和灰塵等污染物，然后使用乙醇擦拭干凈，最后保存到袋裝填料中。除此之外，在埋設陽極過程中一定要避免摔、碰，使陽極以舒展的狀態(tài)埋設到地下。

3.2 陽極的安裝

根據(jù)《埋地鋼質管道犧牲陽極陰極保護設計規(guī)范》SY/T 0019-97的具體要求，建議管道陰極保護電位為-850mV～-1200mV（CSE）[3]。陽極需要埋設在管道的一側并要與管道保持2m的距離（詳見圖4），每組陽極之間的距離也要保持在2m，通過VV型銅芯電纜進行連接。電纜的規(guī)格應為耐壓500V、線徑1×10mm2。每組有5支陽極，并聯(lián)后把中間陽極通過焊接的方式和管道陰極匯流點連接到一起（如圖4所示）。

圖4 犧牲陽極法陰極保護安裝示意圖

3.3 測試樁的安裝

為了監(jiān)測陽極的運行情況，每500m應安裝一個測試樁，并使用電纜將保護電位和運行電流等參數(shù)連接到地面的測試箱，同時將參比電極和檢查片安裝在測試樁下面。

4 犧牲陽極法陰極保護的管理

一方面，應按時檢查陽極的開路電位、管路的保護電位、陽極組的輸出電流等參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)無法滿足標準要求，必須采取合理的解決措施，該項檢查應保證每個月進行一次；另一方面，應每年進行一次全面檢查，主要測試單個陽極的開路電勢、閉合電路電勢、輸出電流和接地電阻，通過對每個陽極的判定，及時更換不達標的陽極。定期檢查和全面檢查的數(shù)據(jù)都應做好詳細記錄并進行整理歸檔，同時保存到本單位管道保護數(shù)據(jù)庫，從而保證埋地管道陰極保護管理的科學性。

5 結語

綜上所述，為了保證埋地管道的正常運行，陰極保護工作至關重要，通過加強對強制電流法、犧牲陽極法的施工和管理，能夠有效提高陰極保護效果，從而保證了埋地管道的運行效率和使用期限。