趙之華 張燁

摘 要：輔助陽極地床作為強制電流陰極保護的主要組成部分，其設計和施工決定了地床的接地電阻并最終影響了保護效果。本文以江山支線天然氣管道陽極地床的設計和施工為課題，對陽極地床設計和施工中須注意的事項進行深入的探討。

關鍵詞：陽極地床 設計 施工 注意事項

中圖分類號：TU996.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0116-01

目前強制電流陰極保護法作為防止和緩解金屬腐蝕的有效方法，已在天然氣等長輸埋地鋼制管道中廣泛應用。但由于人們對陰極保護中的陽極地床重視不足，施工措施不規(guī)范導致輔助陽極接地偏高，影響了埋地管道的陰極保護效果。因此對陽極地床設計和施工中的注意事項進行重點歸納，可以有效規(guī)范陽極地床的設計和施工。

1 外加電流陰極保護法原理[1]

外加電流陰極保護系統(tǒng)主要由電源設備、輔助陽極、被保護管道、附屬設施四部分組成。輔助陽極作為保護系統(tǒng)中的重要組成部分，當電源設備正極輸出的保護電流經(jīng)土壤流入被保護管道，再由管道流入保護設備負極形成一個電解池回路。輔助陽極在正極進行氧化反應，不斷失去電子遭受腐蝕，而受保護的金屬管道在負極進行還原環(huán)反應，不斷得到電子，使管道金屬表面陰極極化，防止了腐蝕發(fā)生。

2 江山支線工程概況

江山支線天然氣管道全長約52公里，管徑φ355.6，材質(zhì)為L360高頻直縫電阻焊鋼管。管道起點為衢州分輸站，終點為江山末站。根據(jù)設計要求管道采用加強級三層PE防腐層，

全線采用外加電流陰極保護法，輔助陽極地床及保護系統(tǒng)設置在衢州站一側(cè)。

3 陽極地床設計

3.1 地質(zhì)勘察及地床定位

輔助陽極與管道距離愈遠電流分布愈均勻，但過遠會增加引線上的電壓降和投資，因此輔助陽極的距離和埋設方式應根據(jù)現(xiàn)場情況選定。地床位置確定原則[1]：（1）地下水位較高或潮濕低洼處。（2）土壤電阻率50 Ω·m以下的地點。（3）土層厚，無石塊，便于施工處。（4）陽極與管線之間不得有其它管線或金屬設施。

現(xiàn)場地質(zhì)勘探取樣后，衢州站周圍的地質(zhì)條件是地表以下依次土層、強風化和中分化巖石層，且土壤電阻率為13.8～116.9 Ω·m。根據(jù)地床位置確定原則，本工程陽極地床確定位于距場站工藝區(qū)及進出站管線50 m處的相對土層較厚，且土壤電阻率相對較低的空地。

3.2 地床類型選擇

陽極地床一般可分深井式和淺埋式[2]。

深井式：地表土壤電阻率高或地下管網(wǎng)等構筑物較集中區(qū)域，分淺深井（20～40 m）、中深井（50～100 m）、深井（>100 m）。優(yōu)點：接地電阻小、占地少、壽命長，缺點：施工復雜、造價高。

淺埋式：地表土壤電阻率較低或地下鋼鐵構筑物不密集區(qū)域，埋入距地表1～5 m土層，分為立式和水平式。優(yōu)點：接地電阻變化??；施工費低、維護方便。缺點：占地大、開挖、回填量大。

根據(jù)衢州站周圍管網(wǎng)密集程度及土質(zhì)狀況的具體特點，為避免對周圍管道產(chǎn)生直流干擾及降低陽極地床接地電阻，地床方式設計為一口深度50 m的深井陽極。

3.3 地床材質(zhì)要求

本工程采用工廠預制式深井陽極體，陽極組合體用外徑為219 mm，長6 m的鋼套管做成。每組陽極體內(nèi)串接有3支直徑25 mm×1000 mm，表面覆蓋貴金屬氧化膜（氧化銥和氧化鉭（IrO/TaO））組成的鈦鍍貴金屬氧化物陽極。陽極體在工廠預先封裝，貴金屬氧化物陽極周圍應填充高純度、低阻抗碳素填料。電纜在陽極筒內(nèi)連接，接觸電阻<0.05 Ω。

4 陽極地床施工及注意事項

4.1 地床布置形式調(diào)整

根據(jù)設計方案，施工隊在鉆至11 m井深時，出現(xiàn)鉆頭卡井、鉆桿變形情況。在排除非人為誤操作后，經(jīng)現(xiàn)場分析確定受地質(zhì)堅硬、電阻率高的中風化巖層阻礙，無法下鉆至設計深度50 m?？紤]中風化巖石層的電阻率較高，會引起陽極地床的接地電阻偏高，可能導致保護電位和保護電流達不到設計要求，從而降低對管道的保護效果。經(jīng)設計同意后，施工時將一口50 m深井調(diào)整為5口11 m垂直布置的淺埋式陽極井，每口井內(nèi)安裝一組預制式陽極體，預制的陽極體的具體要求不變，采用并聯(lián)連接。

4.2 陽極地床施工

4.2.1 進場驗收[3]

陽極體到場后先進行外觀檢查，確定外觀完好、陽極體兩端封堵較嚴密、焦炭粒填裝密實。鋼套管分段預制陽極體應有和井深相適應的電纜，電纜型號必須與設計值一致，并且有排氣管伸出陽極體等， 在完成進場驗收并確認合格后方可下井安裝。

4.2.2 陽極制作及安裝

分段預制的結構和組合組裝工藝的陽極，必須控制單段的裝配尺寸精度、填料的密實度、排氣管及貴金屬氧化物陽極的固定定位及保護陽極表面氧化物燒結層等關鍵工藝，以保證陽極體質(zhì)量。施工現(xiàn)場的陽極下井就位安裝主要是注意按順序吊裝、套管間螺栓緊固和上部排氣管與陽極引出線的安裝工作。

4.2.3 填料及回填要求

為降低陽極地床電阻，填料必須采用導電性能良好的高純度低阻抗碳素（直徑小于5 mm）。其主要性能指標：含碳量>90%、電阻率<0.01 Ω·cm。當陽極體吊裝至預定深度后，用低阻抗碳素填料應將貴金屬氧化物陽極與井壁之間緊密填充。

4.2.4 氣阻問題

氣阻也是導致陽極報廢的主要原因，在工廠分段預制的陽極體應安裝專門的排氣管，并保證各組間及與上部排氣管定位準、現(xiàn)場連接方便可靠。封裝時應將排氣管引出，排氣通暢，防止氣阻的發(fā)生。

5 陽極地床接地電阻測試及保護效果

陽極施工完成后，用接地電阻測試儀對5個淺埋式陽極體的并聯(lián)接地電阻進行測試，測試電阻小于3 Ω。后期調(diào)試中采用型號HDY恒電位儀（輸出電壓40 V，輸出電流20 A）進行調(diào)試，實測參數(shù)：管道匯流點電位-1.19 V，管道最小保護電位-0.95 V。設計值：管道匯流點電位-1.15 V，管道最小保護電位-1.15V～-0.85 V，結果證明實測參數(shù)達到設計要求。

6 結語

綜上所述，在熟悉設計規(guī)范要求的基礎上，根據(jù)實際地質(zhì)情況合理設計陽極地床位置和類型，正確選擇陽極體和填料的材質(zhì)，并對施工中的進場驗收、安裝施工、填料回填等環(huán)節(jié)嚴格把關和處理，可以有效的防止陽極地床接地電阻偏高，使后期陰保系統(tǒng)運行參數(shù)達到理想效果。

參考文獻

[1]國家石油和化學工業(yè)局.埋地鋼質(zhì)管道強制電流陰極保護設計規(guī)范[Z].2000（3）：15.

[2]田戈.田玉林.深井陽極地床的設計與施工[J].防腐保溫，2003，11（1）：20-21.

[3]楊萬國，徐公銀，鄭克江.深井陽極施工注意事項[J].石油工程建設，2009，35（6）：39-40.