熊建森 古道金(西南石油大學(xué)，四川 成都 610036)

基于天然氣管道實踐下的陰極保護思路構(gòu)建

熊建森 古道金(西南石油大學(xué)，四川 成都 610036)

近年來，石油天然氣在持續(xù)開發(fā)過程中遇到很多問題亟待解決，其中石油天然氣管道在長時間運行中經(jīng)常會出現(xiàn)腐蝕情況，導(dǎo)致在石油天然氣的運輸過程中出現(xiàn)泄露等情況，影響石油天然氣的正常運行，進(jìn)而對石油天然氣企業(yè)的經(jīng)濟收益也造成影響。因此，加強對石油天然氣管道運輸過程中的腐蝕現(xiàn)象的研究，同時結(jié)合陰極保護系統(tǒng)的相關(guān)原理，以期能夠避免石油天然氣管道運輸中出現(xiàn)的腐蝕情況，對促進(jìn)石油天然氣的運行安全有十分重要的現(xiàn)實意義。

石油天然氣；管道運行；陰極保護；對策研究

石油天然氣管道在不斷開發(fā)的過程中不斷發(fā)展，不僅是因為石油天然氣在人們的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，還因為石油天然氣自身對生態(tài)環(huán)境的影響相對較小。但是，隨著時間的推移處于土壤之下的管道表面逐漸出現(xiàn)陰極區(qū)和陽極區(qū)，并且根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)在陽極區(qū)的管道表面出現(xiàn)一系列的腐蝕現(xiàn)象，對于管道的正常使用有很大的不利影響。與此同時，陰極區(qū)的管道并沒有出現(xiàn)腐蝕情況。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)陰極區(qū)中存在陰極保護現(xiàn)象。陰極保護就是通過一些方式使電解質(zhì)中的保護金屬的表面呈現(xiàn)出陰極，從而實現(xiàn)防止腐蝕的效果。

1 陰極保護的原理的基本概述

在石油天然氣管道運輸過程中由于自然環(huán)境因素或人為原因，可能會出現(xiàn)管道腐蝕的情況。陰極保護就是對腐蝕進(jìn)行干預(yù)，通過化學(xué)手段，實現(xiàn)被保護金屬體的電化學(xué)均勻性。陰極保護連同管道外部的防腐絕緣體共同作用下能夠?qū)崿F(xiàn)最合理的管道保護措施。這一過程中，通過對陰極極化的方式，把電位負(fù)移至金屬表面的陽極平衡電位，除去引起腐蝕的化學(xué)不均勻性，控制腐蝕電池的產(chǎn)生。其工作原理就是通過對被保護金屬的陰極極化，消除腐蝕電池，避免金屬的腐蝕。這個過程需要使用相關(guān)的陽極或者犧牲相應(yīng)的陽極材料實現(xiàn)對管道的保護，提高管道的使用壽命，提高安全效果[1]。

2 石油天然氣管道運行中的陰極保護設(shè)計

2.1 陰極保護系統(tǒng)類型

進(jìn)行陰極保護系統(tǒng)確定時需要在電解質(zhì)中進(jìn)行，就我國目前石油天然氣管道運輸?shù)那闆r而言，非常適合使用陰極保護的方式防腐蝕。而同構(gòu)應(yīng)用陰極保護的方式與管道自身進(jìn)行防腐蝕措施的共同作用下，可以形成最恰當(dāng)?shù)姆栏g保護[2]。通常情況下，地下的管道陰極保護是由強制電流陰極保護以及犧牲陽極陰極保護的方式，而石油天然氣管道運行中適合的保護類型是犧牲陽極減少土壤對管道產(chǎn)生的相應(yīng)的化學(xué)侵蝕作用。

2.2 犧牲陰極保護系統(tǒng)材料的選擇

應(yīng)用陰極保護系統(tǒng)保護管道時，需要有相關(guān)的材料做輔助，分別是鎂和鎂合金、鋁合金、鋅等材料，再加上足夠的負(fù)電位，保證應(yīng)用中的電位穩(wěn)定，表面沒有高電阻硬殼等環(huán)境下進(jìn)行。不同的土壤環(huán)境都可以通過鎂合金的使用，而相對較潮濕的環(huán)境通常選擇鋅陽極，當(dāng)環(huán)境處于潮濕和氯化物的情況下，可以通過使用鋁陽極的方式進(jìn)行。因此，對于陰極保護系統(tǒng)材料的選擇要根據(jù)不同的土壤狀況進(jìn)行，切實做好保護管道，增加壽命的目的。

2.3 陰極保護系統(tǒng)的電流密度

在確定陰極保護系統(tǒng)的電流密度時首先要注意的確定最小陰極保護電流密度，對于全新的管道，采用相應(yīng)的最小陰極保護電流密度；使用舊管道過程中，根據(jù)不斷的實驗結(jié)果進(jìn)行選擇，最終確認(rèn)相應(yīng)的防腐層電阻及電流密度。除此之外，還要注意舊的管道的表面可能進(jìn)行的圖層效果不同，現(xiàn)場情況出現(xiàn)不同的狀況，因此，在確定電流密度是要通過運用相關(guān)的公式進(jìn)行準(zhǔn)確的推算，得出相應(yīng)的最小印記保護電流密度。

2.4 犧牲陽極保護的措施

（1）設(shè)置接地電池

在進(jìn)行犧牲陽極保護措施時要注意接地電池的選擇，通過相應(yīng)的絕緣體，使保護電流控制在一定范圍，盡可能的防止出現(xiàn)相互干擾的情況。另外，在發(fā)生自然災(zāi)害如雷擊及靜電火花時，要注意避免絕緣體設(shè)備遭受破壞。因此，需要在絕緣體的附近安裝接地電池。同時，還需要不斷的對接地電池進(jìn)行檢查，在地下水相對較多的地方，接地電池容易受潮出現(xiàn)時效，短接等情況，要注意當(dāng)出現(xiàn)此類問題時，及時的進(jìn)行處理[3]。

（2）埋設(shè)管道

在進(jìn)行埋設(shè)管道時，需要提前做好相關(guān)事宜，按照既定的比例進(jìn)行配制，調(diào)勻，之后裝入到準(zhǔn)備好的麻布袋中。再把陽極插入到填料中心去，并做好壓實工作，澆水濕潤，最終進(jìn)行填土。需要注意的是，在進(jìn)行焊接之前，要進(jìn)行處理，去除仿佛絕緣層，對焊接處進(jìn)行清潔和打磨。并對焊接處進(jìn)行絕緣防腐的處理，電纜添加保護措施，開始埋設(shè)，埋設(shè)的深度要和管道埋設(shè)的深度保持相同[4]。

（3）設(shè)置管道電氣絕緣

只有保證輸氣管道的電氣連續(xù)性，才能做到陰極保護，并實現(xiàn)與外界的絕緣。有三種解決措施，首先是管段進(jìn)，在出口法蘭處安裝相應(yīng)幸好的絕緣接頭，設(shè)置管道電氣的絕緣。另外是和管道進(jìn)行直接連接的所有金屬件都不直接接地，保證管道電氣的絕緣效果。最后是石油天然氣管道進(jìn)行埋藏時，要做到避免與全廠接地網(wǎng)之間的直接連接，這個過程中還要注意管道和全廠接地網(wǎng)的最小距離保證為3米。

（4）進(jìn)行防腐密封

防腐密封工作是全部施工中的其中一項重點和難點部分，電纜和管道連接之后，可以根據(jù)實際情況，通過使用牛油膠布密封外包的方式實現(xiàn)防腐密封。這里需要提高對牛油膠布的認(rèn)識，它是一種具有相對較好塑性的浸滿礦脂的無紡氈。牛油膠布的使用可以使其附在任何復(fù)雜不同的表面，礦脂可以在縫隙中進(jìn)行填充，實現(xiàn)密封的效果。同時，使用牛油膠布可以避免回填土污染，礦脂在經(jīng)過很長時間之后也不會出現(xiàn)干涸的情況，對于進(jìn)行防腐密封的開展非常有利[5]。

3 石油天然氣管道陰極保護系統(tǒng)的檢驗分析

對陰極保護系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測能夠更好的保證陰極保護系統(tǒng)安全正常運行，進(jìn)而確保石油天然氣管道的腐蝕情況能夠得到解決。因此，需要制定完善科學(xué)的石油天然氣管道陰極保護系統(tǒng)的檢測技術(shù)規(guī)章制度和流程方案。

3.1 設(shè)置合理的測試樁

陰極保護系統(tǒng)中的測試樁其實是一種專門利用電位測試探頭對管道陰極保護進(jìn)行測試的附屬設(shè)備，同時也是石油天然氣管道管理和維護過程中不可或缺的設(shè)備之一。一般情況下，測試樁的設(shè)置方式是在每個石油天然氣管道一每公里為單位進(jìn)行設(shè)置的。在安裝測試樁時，還要注意管道所處位置的地質(zhì)條件，通常安裝在土壤腐蝕性較強、濕度也比較大，地下水位較高的地點，如果地質(zhì)條件不符合最好安裝在管道的絕緣層比較薄弱的地點[6]。

3.2 制定合理的檢測方案

在對管道陰極保護系統(tǒng)進(jìn)行檢測時，要對石油天然氣管道的資料進(jìn)行全面審查和掌握，在此基礎(chǔ)上充分考慮管道的使用年限和實際運行狀況等因素，然后編制與石油天然氣管道實際需求相符合的檢測方案。在對管道進(jìn)行檢測時經(jīng)常使用的管線電位檢測方法包括：地表參比法、近參比法、遠(yuǎn)參比法、斷電法以及輔助電極法。這就需要工作人員根據(jù)實際情況選擇最佳檢測方法，一般對采用三層鋼管結(jié)構(gòu)的聚乙烯防腐級以及加強防腐級的管道可以使用地表參比法進(jìn)行檢測。測試過程中要注意將需要參比的電極CSE放在管道頂部上方lm左右的地表潮濕土壤中，還要保證參比電極和土壤電之間的有效接觸，然后將電壓表調(diào)到適宜的量程上，記錄檢測的數(shù)據(jù)，最后根據(jù)數(shù)據(jù)對比的結(jié)果判斷電位是否達(dá)到保護要求。

4 結(jié)語

在石油天然氣管道運輸過程中的腐蝕現(xiàn)象對石油天然氣的正常運輸產(chǎn)生極大的不利影響，而通過對石油天然氣管道的陰極保護原理進(jìn)行研究分析，并對陰極保護系統(tǒng)進(jìn)行檢驗，可以發(fā)現(xiàn)利用陰極保護原理可以有效避免石油天然氣管道在運行過程中的腐蝕情況，因此，陰極保護原理可以在石油天然氣管道中進(jìn)行推廣應(yīng)用。同時，也要求相關(guān)的工作人員在實際應(yīng)用過程中對出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入探究，根據(jù)相應(yīng)的原理對其進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，才能更好地保證石油天然氣管道的正常運行，從而提高石油天然氣公司的經(jīng)濟效益，降低對環(huán)境的破壞程度，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護相統(tǒng)一的目標(biāo)。

[1]康勇,何凡.石油天然氣管道運行中的陰極保護探討[J].科技傳播,2011(3):81+88.

[2]劉欣.石油天然氣長輸管道陰極保護系統(tǒng)常見問題分析和處理[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2014(36).

[3]王大治.天然氣管道運行中的陰極保護探析[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2012(23).

[4]羅明星.關(guān)于城市燃?xì)夤艿拦こ讨嘘帢O保護技術(shù)設(shè)計的探析[J].工程技術(shù):引文版,2016(1):00030-00030.

[5]張軍見.陰極保護在埋地天然氣管道中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2016(15).

[6]吉軍明,孫超,趙成.石油天然氣管道運行中的陰極保護探討[J].工業(yè),2015(21):112-112.