田凱

（山東實(shí)華天然氣有限公司 山東青島）

摘 要：陰極保護(hù)技術(shù)根據(jù)保護(hù)電流的供給方式，可分為犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法兩種保護(hù)方法。采用犧牲陽極法的主要優(yōu)點(diǎn)有：無需外部電源、對外界干擾少、安裝維護(hù)費(fèi)用低、無需征地或占用其它建構(gòu)筑物、保護(hù)電流利用率高等。采用管道外防腐絕緣層與陰極保護(hù)的聯(lián)合使用是最經(jīng)濟(jì)、最合理的防腐蝕措施。

關(guān)鍵詞：長距離；埋地管道；腐蝕原因；防腐絕緣層；陰極保護(hù)；聯(lián)合使用

目前石油、燃?xì)赓Y源的輸送主要依靠長距離埋地管道來實(shí)現(xiàn)，這些管道埋設(shè)于地下，長期受到外部土壤和內(nèi)部介質(zhì)的強(qiáng)烈腐蝕而經(jīng)常發(fā)生腐蝕泄漏事故，常常導(dǎo)致管道設(shè)備非計劃性檢修、更換和停產(chǎn)，造成了巨大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。埋地管線的腐蝕原因主要有：土壤腐蝕、大氣腐蝕和生物腐蝕3種。

埋設(shè)方式和地形土壤等因素均會對輸送石油天然氣的資源的管道造成不同程度的腐蝕。防腐技術(shù)的應(yīng)用將能直接降低因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失。本文首先是介紹了陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計及管道安裝的注意事項(xiàng)，并結(jié)合實(shí)際工程給出了一套合理的成品油管線陰極保護(hù)的施工方案，經(jīng)計算驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用效果較佳。

1陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

1.1陰極保護(hù)方法

埋在土壤中的金屬管道由于各種原因管道表面將出現(xiàn)陽極區(qū)和陰極區(qū)，并在陽極區(qū)發(fā)生局部腐蝕。陰極保護(hù)是指將被保護(hù)金屬（如煤氣管道）進(jìn)行陰極極化，使電位負(fù)移到金屬表面陽極的平衡電位，消除其化學(xué)不均勻性所引起的腐蝕電池，使金屬免遭環(huán)境介質(zhì)（如土壤）的腐蝕，即用輔助陽極或犧牲陽極材料的腐蝕來代替被保護(hù)管道、設(shè)備的腐蝕，從而達(dá)到延長被保護(hù)管道的使用壽命，提高其安全性和經(jīng)濟(jì)性的目的。

陰極保護(hù)技術(shù)根據(jù)保護(hù)電流的供給方式，可分為犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法兩種保護(hù)方法。采用犧牲陽極法的主要優(yōu)點(diǎn)有：無需外部電源、對外界干擾少、安裝維護(hù)費(fèi)用低、無需征地或占用其它建構(gòu)筑物、保護(hù)電流利用率高等，因此，特別適合于區(qū)域范圍較小的埋地鋼管的防腐蝕。強(qiáng)制電流法則有保護(hù)范圍大、適合范圍廣、激勵電勢及輸出電流高、綜合費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，故適合用于長輸管線的防腐。如應(yīng)用于廠區(qū)范圍內(nèi)時，則由于其會產(chǎn)生干擾電流而影響其它管線及建筑物，且還需要征地或占用建筑物，在實(shí)施時會帶來較大的困難。

1.2設(shè)計要點(diǎn)

1.2.1接地電池的設(shè)置

電絕緣可以將保護(hù)電流限定在一定的范圍內(nèi)，避免相互間的干擾。為了防止絕緣設(shè)備遭受雷擊及靜電火花引起的破壞，在所有安裝絕緣設(shè)備處各安裝一副接地電池。接地電池安裝前必須進(jìn)行檢查，在地下水豐富的地方，接地電池容易出現(xiàn)失效、短接的現(xiàn)象。

1.2.2雜散電流的預(yù)防措施

雜散電流能使地下管道產(chǎn)生強(qiáng)烈的電化學(xué)腐蝕。的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，管道附近土壤中電位梯度大于0.5mV/m時認(rèn)為有干擾的可能，當(dāng)電位梯度大于2.5mV/m時應(yīng)考慮采取防護(hù)措施。當(dāng)管道在雜散電流處有1cm2的防腐層破損，且此處有1mA的雜散電流流出時，該處的腐蝕速度將達(dá)到12mm/a。在雜散電流干擾嚴(yán)重的地區(qū)，可以通過設(shè)置排流鋅陽極組來減少雜散電流對管道的腐蝕和干擾。

1.2.3穿跨越處的特殊保護(hù)

公路和鐵路穿越工程，由于承重，需要加設(shè)保護(hù)套管。理想的套管穿越，是主管道和套管之間兩端用軟性材料密封和中間安裝絕緣支架，管道應(yīng)與套管保持較好的電絕緣。但在實(shí)際工程中，很難做到這一點(diǎn)，出現(xiàn)沒有陰極保護(hù)電流穿過套管壁流向套管內(nèi)主管道表面，使得位于套管內(nèi)的主管道處于自由腐蝕狀態(tài)，而套管則得到很好保護(hù)。因此，在套管內(nèi)設(shè)計安裝帶狀鋅陽極保護(hù)，在管道上開鑿一個合適的焊點(diǎn)，采用鋁熱焊方式把它焊接到管道上，焊點(diǎn)之間用捆扎膠帶固定，每個焊點(diǎn)都要做好防腐處理。帶狀陽極、輸氣管道和套管及支撐間，嚴(yán)禁有任何的電接觸。

1.3陰極保護(hù)設(shè)計方案

A（城市）至B（城市）成品油管道工程管道全長為96.8km，管道規(guī)格和材質(zhì)為φ323.9×6.4，L360。管道主要是環(huán)氧粉末外防腐層，在穿越段采用三層PE。 管道沿線土壤電阻率變化大，最低25.1 Ω？m，最高392.8 Ω？m，一般地段在40～60Ω·m。沿線幾處高壓輸電線路接地與管道距離較近，經(jīng)過雙參比電極法測試，雜散電流的電位梯度為2.8～5.4mV/m。雜散電流干擾嚴(yán)重，管道沿線必須采取鋅排流陽極并做犧牲陽極使用。

1.3.1理論計算

根據(jù)外加電流的陰極保護(hù)的設(shè)計規(guī)范，需要根據(jù)被保護(hù)管道的基本數(shù)據(jù)和選取的陰極保護(hù)參數(shù)計，算出保護(hù)長度、保護(hù)電流及所需的保護(hù)站數(shù)量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計?；緮?shù)據(jù)：直徑D=323.9mm，壁厚δ=6.4mm，管線全長96.8km。陰極保護(hù)參數(shù)取值：管道自然電位-0.55V（飽和硫酸銅），管道最低點(diǎn)電位-0.85V（飽和硫酸銅），通電點(diǎn)電位-1.25V（飽和硫酸銅），鋼管電阻率ρT=0.166Ω·mm2/m計算結(jié)果：將設(shè)計參數(shù)代入公式計算，得單側(cè)保護(hù)長度L=65.93km。根據(jù)工程的實(shí)際情況，A（城市）至B（城市）全線共設(shè)置陰極保護(hù)站兩個，分別是首站A（城市）和末站B（城市）。管道在穿越段設(shè)置帶狀鋅陽極保護(hù)，沿線采用犧牲陽極既起到輔助保護(hù)，又可以排除管道上雜散電流和靜電。

1.3.2犧牲陽極布點(diǎn)的技術(shù)和施工要求

犧牲陽極在埋設(shè)時，與保護(hù)的管道的距離不宜小于0.3m，也不宜大于5m，埋深應(yīng)與管道埋深相同，并要在冰凍線以下，埋設(shè)深度不宜小于1m，且直埋設(shè)在潮濕的土壤中，埋設(shè)形式可采用立式或臥式，在陽極與保護(hù)管道之間，嚴(yán)禁設(shè)置其它金屬構(gòu)筑物。犧牲陽極可以通過測試樁與管道連接，目的是為了監(jiān)測犧牲陽極自身的電化學(xué)參數(shù)，并且便于檢測和掌握陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后管道被保護(hù)狀態(tài)。陽極的埋設(shè)時應(yīng)提前按比例配制、調(diào)勻好填料，裝入φ300mm×1000mm的棉或麻布袋中，將經(jīng)過用鐵砂紙打光及表面清潔處理的陽極及時插人填料中心位置并壓實(shí)，用細(xì)原土摻鹽分層澆水濕潤后回填土。所有的電纜與陽極、銅鼻子的連接采用錫焊，焊接前都要剝?nèi)シ栏^緣層，清潔、打光焊接處；在焊接處及電纜的外裸部位必須做好絕緣防腐處理；電纜加PVC保護(hù)套管松緩自然埋設(shè)，埋深與管道埋深相同。陽極連接管道的電纜顏色應(yīng)與其它電纜顏色區(qū)分開，以便辯認(rèn)檢測。陽極的埋設(shè)點(diǎn)必須做永久性標(biāo)志，永久性標(biāo)志可以包括周圍建筑物。

1.3.3陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行效果

經(jīng)過對A（城市）至B（城市）長輸管線陰極保護(hù)系統(tǒng)工程中的97個測試樁的管道保護(hù)電位進(jìn)行測量，測量結(jié)果為-0.95～-1.20V（相對硫酸銅參比電極）。由以上數(shù)據(jù)可知，A（城市）至B（城市）長輸管道對地電位均低于-0.85V（相對硫酸銅參比電極），符合設(shè)計和規(guī)范的要求。

2陰極保護(hù)系統(tǒng)的日常管理

（1）每月測量一次全線管道保護(hù)電位，每季度測量一次陽極床接地電阻；（2）每天記錄一次陰保間恒電位儀的保護(hù)電位、輸出電壓及輸出電流，每月可交換A/B機(jī)工作，延長儀器工作壽命；（3）管道電流、電位測試樁注意保護(hù)，防止人為破壞，并且每年保養(yǎng)一次；（4）所有測量數(shù)據(jù)需填寫記錄表，存檔，以便查閱。

3 結(jié)束語

本文發(fā)現(xiàn)，在陰極保護(hù)方法的應(yīng)用過程中，雜散電流腐蝕一直是陰極保護(hù)技術(shù)的一個難點(diǎn)，本研究時通過在雜散電流強(qiáng)度超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的地點(diǎn)都增設(shè)陽極來解決這一難題。并結(jié)合A（城市）至B（城市）長輸管線工程實(shí)際案例，經(jīng)電化學(xué)參數(shù)測量，驗(yàn)證了陰極保護(hù)法的良好防腐效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高鵬. 淺談犧牲陽極陰極保護(hù)技術(shù)在埋地長輸管道中的應(yīng)用[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版， 2015（20）.