劉鵬剛 李妍

摘 ?????要：針對(duì)埋地燃?xì)夤艿赖母g問(wèn)題，首先對(duì)我國(guó)埋地燃?xì)夤艿赖母g現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，然后從陰極保護(hù)方案選擇、陰極保護(hù)系統(tǒng)基本要求及參數(shù)選擇、通電點(diǎn)及參比電極的安裝、測(cè)試樁改進(jìn)、測(cè)試樁及恒電位儀的安裝以及陽(yáng)極布局優(yōu)化等方面入手，對(duì)陰極保護(hù)技術(shù)在埋地燃?xì)夤艿乐械膽?yīng)用進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。研究表明：燃?xì)夤艿酪话憔x用犧牲陽(yáng)極的方法進(jìn)行陰極保護(hù)，在實(shí)施陰極保護(hù)的過(guò)程中，管道保護(hù)電位最大為-0.85 V，新建管道自腐蝕電位最大為-0.55 V，接地電流為20 mA/m2，陽(yáng)極地床與管道之間的水平距離應(yīng)大于300 mm，垂直距離不應(yīng)小于1.5 m。

關(guān) ?鍵 ?詞：陰極保護(hù);埋地燃?xì)夤艿?腐蝕現(xiàn)狀;陽(yáng)極地床;測(cè)試樁

中圖分類號(hào)：TQ050.9+6 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）06-1311-04

Abstract： Aiming at the corrosion problem of buried gas pipelines， the corrosion status of buried gas pipelines in China was briefly analyzed， and then cathodic protection scheme selection， basic requirements and parameters selection of cathodic protection system， installation of electrified point and reference electrode， improvement of test pile， installation of test pile and potentiostat，and optimization of anode layout were discussed. The application of protection technology in buried gas pipeline was designed concretely. The results show that sacrificial anode is generally used for cathodic protection of gas pipelines. In the process of cathodic protection， the maximum protective potential of pipelines is -0.85 V， the maximum self-corrosion potential of new pipelines is -0.55 V， and the grounding current is 20 mA/m2. The horizontal distance between the anode bed and pipelines should be greater than 300 mm， and the vertical distance should not be less than 1.5 m.

Key words： Cathodic protection; Buried gas pipeline; Corrosion status quo; Anode ground bed; Test pile

對(duì)于城市中的埋地燃?xì)夤艿蓝?，盡管已經(jīng)采取了各種涂層防腐措施，但是受到眾多客觀因素的干擾，使得管道仍然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。與長(zhǎng)輸管道相比，當(dāng)城市燃?xì)夤艿莱霈F(xiàn)腐蝕問(wèn)題且較為嚴(yán)重時(shí)，所造成的后果將更為嚴(yán)重，因此，十分有必要對(duì)埋地燃?xì)夤艿缹?shí)施陰極保護(hù)措施[1]。但是，由于城市燃?xì)夤艿琅c油氣長(zhǎng)輸管道相比存在較多的區(qū)別，因此，長(zhǎng)輸管道中的陰極保護(hù)措施并不能直接應(yīng)用于城市燃?xì)夤艿?，十分有必要?duì)城市燃?xì)夤艿赖年帢O保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1 ?埋地燃?xì)夤艿栏g現(xiàn)狀及原理分析

目前，我國(guó)大多數(shù)的城市燃?xì)夤艿蓝疾捎型繉臃栏姆绞浇档凸艿栏g速率，所采用的涂層技術(shù)有環(huán)氧煤瀝青涂層、3PE涂層等，盡管這些涂層技術(shù)使得管道腐蝕速率大大降低，但是不管涂層的質(zhì)量如何，涂層上都會(huì)存在一定的缺陷，例如針孔等，這些缺陷主要是在材料加工及運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中產(chǎn)生的[2]。當(dāng)涂層及管道埋設(shè)于地下以后，受到土壤及地層人員活動(dòng)的影響，會(huì)使得涂層缺陷擴(kuò)大化，進(jìn)而管道無(wú)法被有效保護(hù)，使得管道腐蝕速率增加，如圖1所示即為國(guó)內(nèi)某燃?xì)夤艿栏g圖，這種嚴(yán)重的管道腐蝕問(wèn)題將嚴(yán)重威脅燃?xì)夤艿赖陌踩虼?，必須進(jìn)一步采取措施降低管道腐蝕速率。

通過(guò)調(diào)查及分析后發(fā)現(xiàn)，引起城市燃?xì)夤艿栏g的因素主要有四點(diǎn)：

（1）城市燃?xì)夤艿涝谌粘＿\(yùn)行的過(guò)程中，極易受到城市中雜散電流的干擾，雜散電流的存在不但會(huì)對(duì)涂層產(chǎn)生一定的破壞，而且可以加速管道的腐蝕。

（2）目前國(guó)內(nèi)并沒有形成專業(yè)的涂層檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，造成部分涂層材料質(zhì)量低下，在使用幾年以后，涂層會(huì)出現(xiàn)凹凸不平問(wèn)題，這說(shuō)明涂層的粘結(jié)力嚴(yán)重不足。

（3）我國(guó)部分燃?xì)夤艿朗┕挝蝗藛T水平較低，在施工的過(guò)程中會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生一定的損傷，進(jìn)而造成管道上涂層不嚴(yán)密問(wèn)題的出現(xiàn)，盡管長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行以后，必然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。

（4）我國(guó)部分城市的地下水位相對(duì)較高，且土壤中含有大量的腐蝕性細(xì)菌，再加上土壤的透氣性相對(duì)較差，使得管道的腐蝕速率加快。

2 ?埋地燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)方案

2.1 ?陰極保護(hù)方案選擇

目前，常見的管道陰極保護(hù)方法主要有兩種，分別是犧牲陽(yáng)極的保護(hù)法及外加電流的保護(hù)法，這兩種方法存在原理上的區(qū)別，但是都可以對(duì)管道起到有效的保護(hù)，對(duì)于長(zhǎng)輸管道而言，一般都采用外加電流的保護(hù)法，這主要是因素長(zhǎng)輸管道的距離相對(duì)較長(zhǎng)，且受到外界雜散電流的干擾相對(duì)較小[3]。但是對(duì)于城市燃?xì)夤艿蓝?，由于管道所處的范圍相?duì)較小，管道質(zhì)量相對(duì)較高，在管道運(yùn)行的過(guò)程中非常容易受到外界雜散電流的干擾，因此，推薦使用犧牲陽(yáng)極的保護(hù)法。

2.2 ?陰極保護(hù)系統(tǒng)基本要求及參數(shù)選擇

（1）保護(hù)準(zhǔn)則：對(duì)于城市燃?xì)夤艿蓝?，在?shí)施犧牲陽(yáng)極保護(hù)法時(shí)，其保護(hù)電位不應(yīng)高于-0.85 V，極限保護(hù)電位不應(yīng)低于-1.2 V，即保護(hù)電位應(yīng)處于-0.85～-1.2 V之間。

（2）自腐蝕電位：如果某燃?xì)夤艿缹儆谛陆ü艿?，則其自腐蝕電位可設(shè)置為-0.55 V。

（3）保護(hù)電流密度：管道的保護(hù)電流與其涂層有關(guān)，其具體數(shù)值如表1所示。

（4）土壤電阻率：土壤電阻率與土壤的腐蝕性有關(guān)，其具體數(shù)值如表2所示。

對(duì)于犧牲陽(yáng)極保護(hù)法中的陽(yáng)極地床問(wèn)題，無(wú)論是城市燃?xì)鈭?chǎng)站內(nèi)的管道還是場(chǎng)站外的管道，陽(yáng)極地床都需要與管道進(jìn)行同溝敷設(shè)，同時(shí)，與燃?xì)夤艿乐g的水平距離不得小于300 mm，在管道與陽(yáng)極地層之間盡可能保持平行。當(dāng)陽(yáng)極地床與城市中的電纜及其它物質(zhì)需要交叉時(shí)，兩者之間的距離不得小于300 mm，同時(shí)，如果兩者之間可能出現(xiàn)干擾問(wèn)題，則需要增設(shè)專門的防護(hù)網(wǎng)[4]。對(duì)于存在凍土地區(qū)的陽(yáng)極地床而言，其必須埋于凍土之下1 m及以上位置處，如果陽(yáng)極地床與燃?xì)夤艿乐g有必要采取垂直敷設(shè)，則兩者之間的距離不應(yīng)小于1.5 m。在進(jìn)行陽(yáng)極地層安裝的過(guò)程中，如果安裝位置處存在不可移動(dòng)的障礙物，則需要根據(jù)現(xiàn)在的實(shí)際情況，對(duì)陽(yáng)極地床所處的位置進(jìn)行調(diào)整[5]。

2.3 ?通電點(diǎn)、參比電極的安裝

通電點(diǎn)主要包括電纜以及參比電極，電纜又可以分為陰極電纜以及零位接陰電纜，這三者在進(jìn)行安裝的過(guò)程中所使用的電纜存在一定的區(qū)別，一般情況下，參比電纜、陰極電纜以及零位接陰電纜分別選用VV-0.6/kV 1×25 mm2、VV-0.6/kV 1×16 mm2、VV-0.6/kV 110 mm2的材料，同時(shí)，三者之間需要采用同溝敷設(shè)的方式與管道相連，如果與管道之間存在交叉問(wèn)題，則兩者之間的距離不得小于0.3 m，同時(shí)，在交叉的位置處必須對(duì)管道施加保護(hù)套管。

對(duì)于參比電極而言，常見的材料為硫酸銅參比電極，該種材料在安裝的過(guò)程中，必須降低安裝在凍土位置以下，同時(shí)，在安裝之前，需要降低放置于凈水中浸泡，浸泡時(shí)間不得低于24 h，在安裝的過(guò)程中，安裝位置應(yīng)盡可能接近通電點(diǎn)，但是與燃?xì)夤艿乐g的距離必須大于200 mm。在另一方面，參比電極的外殼較為脆弱，所以在安裝的過(guò)程中必須做到輕拿輕放，否則會(huì)對(duì)其自身產(chǎn)生損壞[6，7]。

2.4 ?測(cè)試樁改進(jìn)

與長(zhǎng)輸管道相比，燃?xì)夤艿浪巺^(qū)域的人口數(shù)量相對(duì)較多，如果使用傳統(tǒng)的測(cè)試樁，極有可能出現(xiàn)偷盜問(wèn)題，因此，十分有必要結(jié)合不同類型測(cè)試樁的特點(diǎn)，開發(fā)具有防盜功能的測(cè)試樁。本次研究所提出的測(cè)試樁如圖2所示。

該種類型的測(cè)試樁主要由混凝土制造而成，其自身的高度為1 200 mm，水平長(zhǎng)度為180 mm，中心位置為長(zhǎng)度為160 mm的中空長(zhǎng)方體。在測(cè)試樁的頂部位置處為接線盒，接線盒內(nèi)安裝有接線板，該位置即為測(cè)試點(diǎn)。在接電盒的下方為塑料管材料，該部分主要用于安裝測(cè)試電流，在測(cè)試樁的頂部還存在盲孔，該部分的主要作用是插入塑料管，以便于工作人員可以及時(shí)尋找測(cè)試樁的位置。在該種類型測(cè)試樁的生產(chǎn)及安裝過(guò)程中，還必須滿足五點(diǎn)要求：

①測(cè)試樁內(nèi)安裝的銅片厚度應(yīng)大于1 mm。

②測(cè)試樁內(nèi)的電纜必須采用黃銅材料，且電纜的直徑應(yīng)大于12 mm，電纜的生產(chǎn)必須采用機(jī)加成型;

③測(cè)試樁內(nèi)的木板厚度不應(yīng)小于4 mm。

④測(cè)試樁必須進(jìn)行整體澆筑，所使用的混凝土材質(zhì)應(yīng)為C25，內(nèi)部的鋼筋材料應(yīng)為Q235，鋼筋的直徑不得小于4 mm，鋼筋所組成的骨架距離不得小于100 mm。

⑤測(cè)試樁內(nèi)的塑料管厚度不得小于3 mm。

2.5 ?測(cè)試樁及恒電位儀的安裝

對(duì)于測(cè)試樁的安裝布局問(wèn)題，首先應(yīng)根據(jù)燃?xì)夤艿赖脑O(shè)計(jì)圖紙確定測(cè)試樁的具體位置，在安裝的過(guò)程中，應(yīng)盡可能夯實(shí)測(cè)試樁的底部，并對(duì)每條電纜做好明顯的編號(hào)標(biāo)識(shí)，根據(jù)編號(hào)將其接入到測(cè)試樁內(nèi)。然后對(duì)電纜的接頭進(jìn)行檢查，保證接頭的牢固性，檢查合格之后，即可對(duì)其進(jìn)行回填處理，同時(shí)，也要將回填土夯實(shí)。最后，在測(cè)試樁安裝完成以后，要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，同時(shí)保證測(cè)試樁的高度要超過(guò)地表0.5 m。對(duì)于恒電位儀的安裝問(wèn)題，在安裝之前需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)試，在安裝的過(guò)程中，需要邀請(qǐng)生產(chǎn)廠家的工作人員現(xiàn)狀指導(dǎo)。

2.6 ?陽(yáng)極布局優(yōu)化

（1）目標(biāo)函數(shù)

對(duì)于陽(yáng)極布局問(wèn)題，如果陽(yáng)極之間的距離相對(duì)較小，則會(huì)使其與管道之間的土壤等介質(zhì)電阻降低，從而使得電位值受到一定的影響，同時(shí)，也會(huì)加快陽(yáng)極電位的降低速度，從而對(duì)陰極保護(hù)產(chǎn)生影響，因此，陽(yáng)極之間必須保證處于一定的距離范圍，一般情況下，最佳距離和管道的保護(hù)參數(shù)具有一定的聯(lián)系。

（2）最大保護(hù)長(zhǎng)度狀態(tài)下陽(yáng)極距離

通常情況下，燃?xì)夤艿浪邮艿谋Ｗo(hù)電位可以看作是管道通電點(diǎn)電位與其電位分布的乘積，即

在上述公式中，E0（a）表示管道的通電點(diǎn)電位與陽(yáng)極之間距離a的關(guān)系函數(shù)，Ef（a，x）表示管道電位分布與位置x和陽(yáng)極之間距離a的關(guān)系函數(shù)。如果Ep表示管道的最小保護(hù)電位，則在E=Ep時(shí)，則x=L，其中L表示管道的最大保護(hù)長(zhǎng)度，將其代入到原式中，就可以得到管道所受保護(hù)的長(zhǎng)度和陽(yáng)極之間距離a的關(guān)系，即：