李保澤 王瑜

[摘? ? 要]市政管網(wǎng)的建設(shè)離不開(kāi)各類管道，隨著現(xiàn)代城市化規(guī)模的不斷擴(kuò)大和市政管網(wǎng)的功能性不斷提升，輸水管道的總長(zhǎng)度和規(guī)格都發(fā)生了很大的變化。在長(zhǎng)時(shí)間使用輸水管道過(guò)程中，由于所處地區(qū)的土壤條件以及地下水位等因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的管道滲漏情況，因此為了保證長(zhǎng)距離輸送管道的正常運(yùn)行，就要減少出現(xiàn)腐蝕破損的情況，在長(zhǎng)距離輸水管道的防腐保護(hù)中，陰極保護(hù)是最常使用也是效果最好的一類，它利用了電化學(xué)反應(yīng)將與化學(xué)腐蝕有關(guān)的腐蝕環(huán)節(jié)和因素進(jìn)行了隔絕，避免了輸水管道由于腐蝕效果而造成的損壞。

[關(guān)鍵詞]陰極保護(hù);防腐;技術(shù)應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TP391 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）03–00–03

[Abstract]The construction of municipal pipeline network is inseparable from all kinds of pipelines. With the continuous expansion of modern urbanization and the continuous improvement of municipal pipeline network functionality， the total length and specifications of water pipelines have undergone great changes. During the long-term use of water pipelines， due to the influence of factors such as soil conditions and groundwater levels in the area， serious pipeline leakage may occur. Therefore， in order to ensure the normal operation of long-distance transmission pipelines， it is necessary to reduce corrosion In the case of damage， cathodic protection is the most commonly used and most effective type of corrosion protection for long-distance water pipelines. It uses electrochemical reactions to isolate the corrosion links and factors related to chemical corrosion to avoid The damage to the water pipeline due to corrosion effects.

[Keywords]cathodic protection; anti-corrosion; technical application

輸水管道遍布城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村等各種地區(qū)，由于我國(guó)土地廣袤，因此各地區(qū)的地質(zhì)差異極大，在輸水管道建設(shè)途經(jīng)區(qū)域中可能會(huì)遇到平原丘陵，荒漠，沼澤等多種地形。不同地形的含水量承載力、地下水位以及地下有機(jī)物分布都存在極大的區(qū)別，不同的安裝環(huán)境內(nèi)有機(jī)物的自身情況和對(duì)腐蝕有利的因素分布情況都存在較大的出入，想要保證輸水管道長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行，首先要確保輸水管道自身不會(huì)出現(xiàn)破損腐蝕的情況，由于埋于地下土壤中的有機(jī)物和水分會(huì)長(zhǎng)時(shí)間浸蝕，輸水管道表面材料與其發(fā)生反應(yīng)造成腐蝕情況。因此在輸水管道安裝過(guò)程中，在安裝前就要根據(jù)安裝位置的土質(zhì)情況和氣候條件，選擇合適的安裝保護(hù)方式，提高對(duì)未來(lái)會(huì)發(fā)生腐蝕情況的抵抗能力。

1 長(zhǎng)輸管道腐蝕狀況出現(xiàn)的原因

1.1 細(xì)菌腐蝕

細(xì)菌腐蝕是過(guò)去防治管道腐蝕環(huán)節(jié)中一個(gè)被忽視的環(huán)節(jié)，過(guò)去研究人員往往將腐蝕作用，關(guān)注于化學(xué)反應(yīng)，但是沒(méi)有考慮到在遍布有機(jī)物的土壤之中一些特殊環(huán)境下會(huì)促成一些細(xì)菌的繁衍，而這些細(xì)菌滋生會(huì)與管道中的金屬元素發(fā)生反應(yīng)，因此這也就造成了細(xì)菌腐蝕。雖然過(guò)去也有很多的防治措施，但這些措施在特定環(huán)境下的作用甚微。目前，關(guān)于常運(yùn)輸管道的細(xì)菌腐蝕防治措施和內(nèi)部研究還缺乏有效的數(shù)據(jù)積累，仍然需要研究人員廣泛采集素材樣本進(jìn)行調(diào)查研究，來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)被長(zhǎng)時(shí)間忽視的環(huán)節(jié)。

1.2 化學(xué)腐蝕

腐蝕的主要原因是由于土壤中的氧氣和氯氣與埋設(shè)的金屬接觸后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，由于金屬?zèng)]有對(duì)兩種氧化性極強(qiáng)的氣體的防腐蝕措施，導(dǎo)致在潮濕緊密的環(huán)境中，氧氣和氯氣能夠廣泛與管道中的金屬元素發(fā)生反應(yīng)，造成金屬元素的腐蝕。而這一腐蝕過(guò)程不會(huì)受其他化學(xué)反應(yīng)的干預(yù)，整個(gè)反應(yīng)會(huì)一直持續(xù)到金屬元素完全腐蝕，氧化還原反應(yīng)是整個(gè)化學(xué)腐蝕的主要基調(diào)。地下土壤環(huán)境適合這種氧化反應(yīng)的發(fā)生，由于管道中有大量金屬的鋪設(shè)，所以這樣的反應(yīng)發(fā)生的范圍非常廣泛，且腐蝕過(guò)程之后所生成的產(chǎn)物也會(huì)一直附著在管道中。

1.3 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕事實(shí)上就是金屬元素與電解質(zhì)溶液在特定環(huán)境下所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。大規(guī)模的管道金屬發(fā)生腐蝕，事實(shí)上都是電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，在土壤中由于水分不會(huì)被人為排除，因此可能會(huì)存在部分區(qū)域土壤內(nèi)部含水量較高，較高的含水量加上金屬的廣泛分布，以及土壤中各類元素分布不均勻，就會(huì)導(dǎo)致部分地區(qū)的土壤環(huán)境成為了類似電解質(zhì)溶液的環(huán)境。在這樣的環(huán)境下，化學(xué)反應(yīng)生成的速度極快，且特別適用于金屬的腐蝕反應(yīng)。在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中金屬材料與電解質(zhì)溶液互相發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，埋地金屬在腐蝕過(guò)程中不斷經(jīng)氧化失去電子，這個(gè)反應(yīng)過(guò)程被稱之為陽(yáng)極反應(yīng)。如果管道布置區(qū)域土壤環(huán)境和含水量等特定環(huán)境保持不變，這種電解質(zhì)環(huán)境就會(huì)一直存在，而以此所催生的氧化陽(yáng)極反應(yīng)也會(huì)不斷進(jìn)行，直到環(huán)境內(nèi)所有的可反應(yīng)的金屬材料被腐蝕完畢。

2 長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)防腐的技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

2.1 套管方式

通過(guò)總結(jié)了以上對(duì)管道金屬物會(huì)造成腐蝕作用的反應(yīng)方式和類型，后續(xù)在進(jìn)行天然氣長(zhǎng)輸送管道安裝布置時(shí)，就會(huì)人為地加入更多保護(hù)措施，而套管方式是格局管道內(nèi)金屬元素和土壤的物理隔斷方式。在進(jìn)行管道安裝時(shí)，對(duì)其外部使用套管進(jìn)行物理因子保護(hù)，套管方式成本投入低、作用范圍廣，能夠大規(guī)模投入使用，且保護(hù)效果穩(wěn)定。在保護(hù)不合理時(shí)屏蔽問(wèn)題難以解決，工程作業(yè)人員會(huì)使用鋅帶以螺旋形纏繞在管道上，且每隔2m用管道焊接一次。

2.2 絕緣分析

由于天然氣管道發(fā)生腐蝕的化學(xué)反應(yīng)主要為電化學(xué)反應(yīng)，所以我們可以通過(guò)隔斷兩者之間的聯(lián)系來(lái)使電流在管道內(nèi)部起到絕緣效果，降低電流腐蝕，防止干擾。一般絕緣體會(huì)安裝在鋼管的連接位置以及新舊管或絕緣管與非絕緣管的連接位置，保證整個(gè)區(qū)域都能被有效的絕緣體進(jìn)行分區(qū)域劃分，不會(huì)出現(xiàn)某個(gè)區(qū)域形成閉環(huán)。

2.3 交流干擾

管道中存在一定程度的干擾，不僅腐蝕性管道和線路，瞬時(shí)感應(yīng)電壓也可以突破管道，絕緣裝置很容易引起安全事故。對(duì)于這樣的問(wèn)題可以犧牲陽(yáng)極，施工應(yīng)在管道完工后立即進(jìn)行，從而保證陽(yáng)極接地效率。管道和接地導(dǎo)體之間的距離約為3m最為適用，管道與絕緣裝置和接地殼體之間串聯(lián)安裝，立即啟用接地電池，感應(yīng)電壓進(jìn)入管道并通過(guò)接地裝置。

3 長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)防腐的技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

3.1 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)方法

強(qiáng)制電流陽(yáng)極保護(hù)材料一般選擇石墨陽(yáng)極、鉑陽(yáng)極、混合金屬氧化物陽(yáng)極和廢鐵陽(yáng)極。回填料和陽(yáng)極共同構(gòu)成陽(yáng)極電床，由于填料包裹著陽(yáng)極金氣泡后，可以將其與陽(yáng)極視為一體，增大了陽(yáng)極與土壤的接觸面積，同時(shí)也能夠起到降低電阻的效果。使用填料之后能夠轉(zhuǎn)移陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的位置，從而減少和陽(yáng)極材料消耗情況，延長(zhǎng)其對(duì)于陰極保護(hù)的有效時(shí)間。使用回填料提升空氣流通性，避免氣體堵塞，確保陰極保護(hù)系統(tǒng)的長(zhǎng)效運(yùn)行。為確保回填料的功能能夠得到正確的發(fā)揮，回填料材料必須選擇導(dǎo)電體，并能夠與陽(yáng)極材料和土壤之間構(gòu)成較好的導(dǎo)電性，由于填料的使用數(shù)量遠(yuǎn)大于陽(yáng)極，因此要保證此類材料整體采購(gòu)成本低，便于供應(yīng)。

3.2 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法

犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法是將兩種表現(xiàn)出不同活性的金屬連接在一起，并置于同一電解質(zhì)中，由于活性較強(qiáng)的金屬會(huì)率先失去電子產(chǎn)生腐蝕，而活性差的金屬又能夠受到這些流動(dòng)電子的保護(hù)，減少其表面出現(xiàn)腐蝕的過(guò)程，因此在此過(guò)程中活性較強(qiáng)的金屬會(huì)被優(yōu)先腐蝕，用于犧牲陽(yáng)極對(duì)陰極材料進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)沒(méi)有供電條件或經(jīng)濟(jì)條件不允許時(shí)，可以使用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，由于其主要是利用了陽(yáng)極金屬反應(yīng)較快的特點(diǎn)，對(duì)土壤中元素的分布情況也有相應(yīng)的要求。適用于土壤的陽(yáng)極材料為鎂元素，在海水中則是硒元素和鋁元素。犧牲陽(yáng)極不能放在交談之中組合時(shí)陽(yáng)極。互相之間的間距不得小于3m，陽(yáng)極頂端的土壤覆蓋至少70cm，為能夠測(cè)量斷電電位需要與測(cè)量和進(jìn)行連接，犧牲陽(yáng)極的交流牽引系統(tǒng)，在應(yīng)用時(shí)陽(yáng)極的交流感應(yīng)持續(xù)電壓不得超過(guò)20V。

4 長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)防腐技術(shù)應(yīng)用

4.1 陽(yáng)極材料選擇

像這類由于電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的材料復(fù)制情況，想要長(zhǎng)效維護(hù)，采用陽(yáng)極保護(hù)的方式，可以實(shí)現(xiàn)作用效果和投入成本之間的平衡。陰極保護(hù)系統(tǒng)分為犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)和強(qiáng)制電流系統(tǒng)，這兩類系統(tǒng)都適合在管道密布的區(qū)域進(jìn)行布設(shè)。金屬發(fā)生腐蝕是由于化學(xué)反應(yīng)，例如金屬在電解質(zhì)溶液中會(huì)產(chǎn)生沉積物，這些沉積物包含大量的負(fù)電荷，腐蝕過(guò)程將停止使用犧牲電極的保護(hù)技術(shù)，將電解質(zhì)中的金屬元素主動(dòng)性與陽(yáng)極材料發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到保護(hù)陰極金屬材料的目的，其中鎂元素的作用效率和影響時(shí)間是最久的，但由于鎂元素造價(jià)成本高，如果大范圍布置此類材料作為陽(yáng)極犧牲，不僅造價(jià)成本較高，能源消耗也較大。因此在選擇電解質(zhì)溶液時(shí)，一般都選擇標(biāo)準(zhǔn)電極電位較小的金屬如鋁、錫、鎂、鐵、銅。

4.2 陽(yáng)極材料計(jì)算

埋地管道所受到的腐蝕方式很多，其中大多數(shù)是電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕狀況出現(xiàn)后，就會(huì)出現(xiàn)一系列的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生鐵原子腐蝕管道狀況，管道逐漸變薄后會(huì)產(chǎn)生腐蝕穿孔狀況。在管道附近鋪設(shè)活潑的金屬，活潑金屬陽(yáng)極替代陰極完成了腐蝕。分析鐵的腐蝕狀況，研究金屬平衡電位使管道的腐蝕概率明顯下降，研究金屬電位變化，分析電子偏移狀況，研究直流電源裝置的控制特點(diǎn)后，確定陰極保護(hù)站兩側(cè)所防護(hù)的管道長(zhǎng)度是有限的，其允許最大值稱最大保護(hù)長(zhǎng)度，計(jì)算最大保護(hù)長(zhǎng)度將保護(hù)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。

與其他附加的保護(hù)方式相比，采用這種應(yīng)急保護(hù)措施能夠使保護(hù)設(shè)計(jì)的效率更高，但同時(shí)也要注重對(duì)心肌保護(hù)電位的控制，對(duì)管道的直徑和所處環(huán)境的劇體壓力進(jìn)行量化分析，為外保護(hù)層選擇合適的電流保護(hù)密度。管道采用三層PE保護(hù)，保證電流保護(hù)密，選擇三層PE保護(hù)層電阻為100000Ωm2，控制保護(hù)密度。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，具有三層PE保護(hù)層的管道的電流保護(hù)密度多取30 μA/m2，基于這些基本標(biāo)準(zhǔn)的建立，設(shè)計(jì)過(guò)程中收集所有的土壤參數(shù)和管道設(shè)計(jì)都專業(yè)地提供了管道的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)圖紙，給出了犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的公式計(jì)算并修改犧牲陽(yáng)極的數(shù)量。

4.3 犧牲陽(yáng)極地床

為了使陽(yáng)極在土壤中可靠的工作，并能有效地防止土壤陽(yáng)極鈍化，犧牲陽(yáng)極層專門(mén)用于特定組件進(jìn)行化學(xué)填充。陽(yáng)極層可以溶解陽(yáng)極腐蝕產(chǎn)物保持陽(yáng)極以及陽(yáng)極周圍的連續(xù)潤(rùn)濕，材料與局部土壤的分離提供了陽(yáng)極材料的電阻率。約1Ωm。隨著陽(yáng)極輸出電流的增加，工作環(huán)境穩(wěn)定，鎂合金犧牲陽(yáng)極在土壤中抵抗力>20Ωm，填料應(yīng)由75%石膏粉，20%膨潤(rùn)土，工業(yè)硫酸鈉組成5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)。填料預(yù)先包裝在厚袋的棉袋或袋中50 mm，并確保陽(yáng)極厚度均勻，成分均勻緊湊。將相鄰站的電位進(jìn)行測(cè)量，完成最小電位的有效保護(hù)，保護(hù)值為-0.85 V。分析最小電位的保護(hù)狀況以及保護(hù)條件，要求將最小電位控制在-0.85 V條件上。

5 結(jié)語(yǔ)

資源對(duì)于我國(guó)社會(huì)的發(fā)展以及未來(lái)的能源配給供應(yīng)有非常重要的作用，同時(shí)也契合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展概念由于綠色材料運(yùn)輸過(guò)程自身的特殊性，因此只能夠通過(guò)長(zhǎng)距離管道運(yùn)輸來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)期有效的供應(yīng)，但在這一過(guò)程中如何保證管渠道自身不會(huì)出現(xiàn)腐蝕情況，造成泄漏和環(huán)境污染，就需要相關(guān)人員對(duì)管道發(fā)生破壞腐蝕的原因和機(jī)理進(jìn)行分析，針對(duì)相應(yīng)的影響因素做出有效的預(yù)防措施和干預(yù)手段。

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