趙萌(山東省天然氣管道有限責(zé)任公司, 山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

隨著天然氣走進(jìn)千家萬(wàn)戶，國(guó)內(nèi)外天然氣管道的建設(shè)得到了大力的發(fā)展[1]。天然氣輸送管道運(yùn)行過(guò)程中防腐保護(hù)十分重要，它關(guān)系著能源運(yùn)輸安全以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)天然氣管道防腐技術(shù)的研究一直以來(lái)都是十分關(guān)鍵的，受到了石油天然氣行業(yè)廣泛的關(guān)注和重視。天然氣埋地輸送管道運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，意味著管道表面發(fā)生腐蝕的幾率越大，埋地天然氣管道由于埋地土壤、水環(huán)境以及接觸介質(zhì)等問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)極區(qū)腐蝕現(xiàn)象[2-3]。近年來(lái)，對(duì)天然氣管道陰極保護(hù)技術(shù)方面的研究十分成熟，引進(jìn)陰極保護(hù)系統(tǒng)可以迫使被保護(hù)金屬管道表面陰極極化，抑制被保護(hù)管段電子遷移，從而避免發(fā)生管道腐蝕現(xiàn)象，對(duì)于提高管道運(yùn)行壽命，以及維護(hù)天然氣管道輸送安全起到極其重要的作用。

1 陰極保護(hù)工作原理

在國(guó)外天然氣輸送管道方面，陰極保護(hù)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用的很成熟，主要是指在電解質(zhì)環(huán)境中(埋地土壤)，將被保護(hù)的金屬管道進(jìn)行陰極極化，消除金屬體化學(xué)不均勻性，抑制發(fā)生金屬腐蝕的電子發(fā)生遷移，或者避免金屬腐蝕出現(xiàn)，也就是犧牲金屬管道陽(yáng)極，抑制被保護(hù)發(fā)生腐蝕導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移，為被保護(hù)金屬提高陰極保護(hù)。在天然氣輸送過(guò)程中，主要是將犧牲陽(yáng)極材料來(lái)代替被保護(hù)金屬管道的腐蝕，起到延長(zhǎng)天然氣輸送管道使用壽命，確保管線輸送運(yùn)行的可靠性和安全性。

2 天然氣輸送管道陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 管道犧牲陽(yáng)極保護(hù)材料

通過(guò)犧牲陽(yáng)極部分來(lái)取代被保護(hù)的金屬管道的腐蝕，犧牲陽(yáng)極保護(hù)材料應(yīng)該具備以下幾點(diǎn)特性[4-5]。

(1)對(duì)中短距離、復(fù)雜管線有一定的適用性。

(2)陽(yáng)極極化小，陽(yáng)極輸出電流小。

(3)在工作過(guò)程中具有足夠的負(fù)電位，并且電位穩(wěn)定、金屬表面不產(chǎn)生高電阻。

(4)無(wú)需外部電源，運(yùn)行期間，安裝、維護(hù)費(fèi)用低且簡(jiǎn)單。

一般情況下，土壤電阻率大于100Ω·m，是不適宜使用犧牲陽(yáng)極方法，根據(jù)天然氣管線埋地土壤電阻率大小來(lái)決定選取犧牲陽(yáng)極材料，選取規(guī)格如下表1所示。

表1 天然氣埋地管線犧牲陽(yáng)極材料選取規(guī)格

2.2 施工設(shè)置工程

對(duì)犧牲陽(yáng)極保護(hù)作業(yè)施工，主要包括四個(gè)方面作業(yè)，分別是接地電池的安裝、陽(yáng)極的埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、陽(yáng)極管道電氣絕緣設(shè)置以及防腐密封。

(1)接地電池主要是為防止絕緣設(shè)備遭受雷擊靜電造成破壞時(shí)，及時(shí)提供電源，安裝前一定要檢查埋地土壤地下環(huán)境。

(2)在Ф300mm×1000mm棉麻布袋中，裝入提前配置、調(diào)均好的填料，填包料的厚度應(yīng)大于50mm，填包料按照SYJ-19～86標(biāo)準(zhǔn)配置，將打光、清潔的陽(yáng)極插入填料中心，壓實(shí)后澆水潤(rùn)濕填土。

(3)天然氣輸送管道陰極保護(hù)，即被保護(hù)管段保證電氣連續(xù)，與外界環(huán)境絕緣。

(4)對(duì)各段管線的防腐密封工作是一項(xiàng)難點(diǎn)，主要是采用牛油膠布，該材料含有浸滿礦脂的帶狀無(wú)紡氈，具有良好的塑性和粘附性，能夠有效密封很長(zhǎng)時(shí)間。

2.3 管道陰極保護(hù)電流密度確定方法

最小陰極保護(hù)電流密度的確定非常關(guān)鍵，直接影響著天然氣輸送管道陰極保護(hù)效果[6-7]。

(1)一般新管道的最小陰極保護(hù)電流密度在3050μA/m2～50μA/m2之間；

(2)對(duì)于舊管道，要在測(cè)量舊管道防腐層漏電阻后，才能確定最小陰極保護(hù)電流密度，往往對(duì)舊管道最小陰極保護(hù)電流密度測(cè)定不是很準(zhǔn)確，需要利用饋電試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算公式才能較為準(zhǔn)確的確定電流密度大小。計(jì)算陰極保護(hù)電流密度公式如下:

式中:I為x點(diǎn)處電流密度；α為管道涂層狀況指數(shù)；I0為通電點(diǎn)電流密度；D為管道直徑。

3 對(duì)天然氣輸送管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢驗(yàn)

3.1 測(cè)試樁設(shè)置

測(cè)試樁配置有電位測(cè)試探頭是一種陰極保護(hù)附屬裝置，主要用來(lái)對(duì)保護(hù)管道進(jìn)行測(cè)試，是管道管理維護(hù)中必不可少的裝置[5-7]。按照設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該在每千米或者5組犧牲陽(yáng)極處設(shè)置1個(gè)測(cè)試樁，并且測(cè)試樁應(yīng)該設(shè)置在犧牲陽(yáng)極輸氣管線中間，安裝部位一般土壤腐蝕性強(qiáng)、水位較高，而且該段管線腐蝕絕緣層薄弱，對(duì)后續(xù)輸氣管線陰極保護(hù)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以根據(jù)各個(gè)測(cè)試樁測(cè)得的電位分布來(lái)確定陰極保護(hù)的效果。

3.2 檢測(cè)方案制定

埋地天然氣輸送管線檢測(cè)方案的制定，要結(jié)合輸氣管道運(yùn)行狀態(tài)以及使用年限來(lái)編制。在輸氣管道犧牲陽(yáng)極保護(hù)的管段，設(shè)置等間隔的測(cè)試樁。對(duì)輸氣管線電位的檢測(cè)方法有很多，例如斷電法、遠(yuǎn)參比法、近參比法、地表參比法以及輔助電極法。輸氣管線管材一般選取三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐，埋地管線電位檢測(cè)方法可以采用地表參比法，該方法能精確的得到檢測(cè)結(jié)果。測(cè)試第一步:參比電極CSE 置于管道頂部上方潮濕土壤上，確保與潮濕土壤充分接觸；第二步:電壓表量程校正、調(diào)整，符合測(cè)量精度；第三步:讀取測(cè)量結(jié)果，并作好數(shù)據(jù)備份，根據(jù)電位數(shù)據(jù)來(lái)判斷陰極保護(hù)達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)語(yǔ)

天然氣長(zhǎng)輸管道防腐措施的可靠性，關(guān)系著能源安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。針對(duì)天然氣管道腐蝕穿孔問(wèn)題，選取合宜的表面防腐絕緣材料以及襯里涂層材料是關(guān)鍵，建立天然氣長(zhǎng)輸管線陰極保護(hù)系統(tǒng)，加強(qiáng)系統(tǒng)完善維護(hù)措施，定期進(jìn)行天然氣輸送管道陰極保護(hù)效果檢驗(yàn)，可以為下游用戶提供天然氣穩(wěn)定供給，減小管線腐蝕、穿孔、泄漏帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)實(shí)際天然氣管線應(yīng)用結(jié)果表明:陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)管道防腐效果良好，陰極保護(hù)管段電位一直穩(wěn)定在-0.85V以上，這說(shuō)明，陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極保護(hù)系統(tǒng)在管道防腐方面是可靠的，延長(zhǎng)了管道的使用壽命。

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