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)千家萬戶，國內(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，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)等問題會(huì)出現(xiàn)陽極區(qū)腐蝕現(xiàn)象[2-3]。近年來，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)。在天然氣輸送過程中，主要是將犧牲陽極材料來代替被保護(hù)金屬管道的腐蝕，起到延長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 管道犧牲陽極保護(hù)材料

通過犧牲陽極部分來取代被保護(hù)的金屬管道的腐蝕，犧牲陽極保護(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)陽極極化小，陽極輸出電流小。

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

(4)無需外部電源，運(yùn)行期間，安裝、維護(hù)費(fèi)用低且簡單。

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

表1 天然氣埋地管線犧牲陽極材料選取規(guī)格

2.2 施工設(shè)置工程

對(duì)犧牲陽極保護(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、陽極的埋設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、陽極管道電氣絕緣設(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、清潔的陽極插入填料中心，壓實(shí)后澆水潤濕填土。

(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紡氈，具有良好的塑性和粘附性，能夠有效密封很長時(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)電流密度測定不是很準(zhǔn)確，需要利用饋電試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過相應(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 測試樁設(shè)置

測試樁配置有電位測試探頭是一種陰極保護(hù)附屬裝置，主要用來對(duì)保護(hù)管道進(jìn)行測試，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組犧牲陽極處設(shè)置1個(gè)測試樁，并且測試樁應(yīng)該設(shè)置在犧牲陽極輸氣管線中間，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)測試樁測得的電位分布來確定陰極保護(hù)的效果。

3.2 檢測方案制定

埋地天然氣輸送管線檢測方案的制定，要結(jié)合輸氣管道運(yùn)行狀態(tài)以及使用年限來編制。在輸氣管道犧牲陽極保護(hù)的管段，設(shè)置等間隔的測試樁。對(duì)輸氣管線電位的檢測方法有很多，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，埋地管線電位檢測方法可以采用地表參比法，該方法能精確的得到檢測結(jié)果。測試第一步: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，符合測量精度；第三步:讀取測量結(jié)果，并作好數(shù)據(jù)備份，根據(jù)電位數(shù)據(jù)來判斷陰極保護(hù)達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)語

天然氣長輸管道防腐措施的可靠性，關(guān)系著能源安全、國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。針對(duì)天然氣管道腐蝕穿孔問題，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、泄漏帶來的經(jīng)濟(jì)損失。通過實(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，這說明，陰極保護(hù)和犧牲陽極保護(hù)系統(tǒng)在管道防腐方面是可靠的，延長了管道的使用壽命。

[1]胡士信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999.

[2]李海坤,謝濤,王穎，等.區(qū)域陰極保護(hù)實(shí)踐與分析[J].天然氣與石油,2013,31(2):73-75.

[3]王朝暉,李旭光.管道陰極保護(hù)的探討[J].管道技術(shù)與裝備,2004,18(1):35-38.

[4]QSYGD 0013.3—2009區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范第3部分運(yùn)行管理[S].

[5]劉玲莉,陳洪源,劉明輝，等.輸油氣站場區(qū)域性陰極保護(hù)技術(shù)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2005，24(7):28-32.

[6]陳勝利,蘭志剛,宋積文，等.長輸天然氣管線的腐蝕與防護(hù)[J].全面腐蝕控制,2011,19(1).38-41.

[7]徐承偉,薛致遠(yuǎn),滕延平，等.GPS同步通斷法在陰極保護(hù)有效性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2012,26(1):50-51.