石油天然氣管道運(yùn)行中的陰極保護(hù)探討

康 勇，何 凡

中國石油管道濟(jì)南輸油分公司，山東 濟(jì)南 250000

0 引言

隨著天然氣氣田的不斷開發(fā)，世界各國和地區(qū)的天然氣管道建設(shè)得到了迅速發(fā)展。石油天然氣在人民生活和國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著越來越重要的作用。然而，隨著石油天然氣管道投產(chǎn)運(yùn)行時間逐漸增長，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，嚴(yán)重降低了管道的使用壽命。陰極保護(hù)就是利用外加手段迫使電解質(zhì)中被保護(hù)金屬表面都成為陰極，以達(dá)到抑制腐蝕的目的，對提高管道使用壽命，促進(jìn)管道安全運(yùn)行具有重要的意義。

1 陰極保護(hù)原理

陰極保護(hù)在國外輸水管道和國內(nèi)石油天然氣管道都已應(yīng)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)、最合理的防蝕措施。陰極保護(hù)對腐蝕反應(yīng)進(jìn)行積極的干預(yù)，它采陰極極化的電化學(xué)手段，保證了被保護(hù)金屬體的電化學(xué)均勻

性，抑制了腐蝕電池的產(chǎn)生。其基本原理是將被保護(hù)金屬（如天然氣管道）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。

2 石油天然氣管道運(yùn)行中的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 陰極保護(hù)類型的確定

從而陰極保護(hù)原理中可以看出管道陰極保護(hù)過程必須在電解質(zhì)中進(jìn)行，因此埋在土壤中的鋼質(zhì)全性和經(jīng)濟(jì)性方面達(dá)到完美組合，則是目前石油天然氣管道非常適宜采取陰極保護(hù)。若陰極保護(hù)與管道本身的防腐層互相補(bǔ)充，從而在安公認(rèn)的最佳防腐方案。埋地鋼質(zhì)管道的陰極保護(hù)一般分為強(qiáng)制電流陰極保護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)兩種。根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，石油天然氣管道宜采用犧牲陽極法來減緩?fù)寥缹艿赖碾娀瘜W(xué)腐蝕。

2.2 犧牲陽極保護(hù)材料的選擇

犧牲陽極通過陽極自身的消耗給被保護(hù)金屬體提供保護(hù)電流，因此對犧牲陽極材料要求有足夠的負(fù)電位、陽極極化小、使用過程中電位穩(wěn)定、溶解均勻、表面不產(chǎn)生高電阻的硬殼且無污染，常用的有：鎂與鎂合金、鋅、鋁合金3大類。鎂陽極一般適用于各種土壤環(huán)境；鋅陽極適用于土壤電阻率低的潮濕環(huán)境；鋁陽極則用于低電阻、潮濕和氯化物的環(huán)境，而不能用于土壤中。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境選擇河流的犧牲陽極保護(hù)材料。

2.3 陰極保護(hù)電流密度的確定

確定最小陰極保護(hù)電流密度是天然氣管道陰極保護(hù)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于防腐狀況良好的新管道，最小陰極保護(hù)電流密度一般為3050μA/m2～50μA/m2。對于舊管道，一般是通過試驗(yàn)測量防腐層漏電阻，然后根據(jù)電阻估計最小陰極保護(hù)電流密度。然而舊管道的涂層狀況及現(xiàn)場情況隨管道不同變化很大，得出的結(jié)論往往極不準(zhǔn)確。因此，可采用饋電試驗(yàn)結(jié)果，并通過公式推導(dǎo)，準(zhǔn)確地確定舊管道的最小陰極保護(hù)電流密度。

2.4 犧牲陽極保護(hù)的施工

2.4.1 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。

2.4.2 管道的埋設(shè)

陽極的埋設(shè)時應(yīng)提前按比例配制、調(diào)勻好填料，裝入φ300 mm×1000 mm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、管道、加強(qiáng)板的連接采用錫焊(分線盒內(nèi)的連接除外)，焊接前都要剝?nèi)シ栏^緣層，清潔、打磨光焊接處;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。

2.4.3 管道電氣絕緣措施

陰極保護(hù)需要被保護(hù)輸氣管道的電氣連續(xù)性，以及與外界的絕緣，這一點(diǎn)非常重要，為此采取以下措施：一是管段進(jìn)、出口法蘭端安裝10個型號為JY40-200絕緣接頭；二是所有其他與管道直接相連的金屬件不允許直接接地；三是天然氣管道埋地部分不能與全廠接地網(wǎng)相連，且要保證管道與全廠接地網(wǎng)的最小距離為3 m。

2.4.4 防腐密封

電纜與管道聯(lián)接完畢后的防腐密封一直是工程施工中的難點(diǎn)。在犧牲陽極保護(hù)的施工中可根據(jù)實(shí)踐采用牛油膠布密封外包PE帶的方法。牛油膠布它是一種浸滿礦脂的帶狀無紡氈，具有很好的塑性，能緊密粘附在任意復(fù)雜的表面，礦脂可填充在細(xì)小的縫隙中。同時，可防止回填土污染和土壤應(yīng)力破壞，使礦脂歷經(jīng)數(shù)年也不會干涸，從而保持長期有效的密封。

3 石油天然氣管道運(yùn)行中的陰極保護(hù)系統(tǒng)檢驗(yàn)

陰極保護(hù)系統(tǒng)能否安全正常運(yùn)行，主要取決于對系統(tǒng)的檢測與管理。為了避免以前在管理中存在的問題，我們必須制定了管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測技術(shù)規(guī)程。

3.1 測試樁的設(shè)置

測試樁是一種專門用于管道陰極保護(hù)配以電位測試探頭對保護(hù)管道進(jìn)行測試的附屬設(shè)備，是管道管理維護(hù)中必不可少的裝置。一般要求每個保護(hù)管道每公里設(shè)置一個電位測試樁。且宜安裝在管道沿線中土壤腐蝕性強(qiáng)、濕度大、地下水位高或管道絕緣防腐層薄弱的地點(diǎn)。

3.2 制定檢測方案

管道檢驗(yàn)前，在資料審查基礎(chǔ)上，根據(jù)管道使用年限、運(yùn)行狀況、危險程度等因素，編制天然氣高壓埋地管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢驗(yàn)方案。犧牲陽極保護(hù)的管段通過設(shè)置匯流點(diǎn)測試樁、中間點(diǎn)測試樁等。中間點(diǎn)位于兩組陽極之間，獲得保護(hù)電流小，保護(hù)電位最正，如果該處電位達(dá)到保護(hù)要求，那么才能得到管線全部受到保護(hù)的結(jié)論。管線電位檢測方法有地表參比法、近參比法、遠(yuǎn)參比法、斷電法、輔助電極法。針對一般管線鋼管采用三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐，加強(qiáng)級防腐，防腐質(zhì)量好，可采用地表參比法能滿足檢測要求。測試時將參比電極CSE放在管道頂部上方1m范圍的地表潮濕土壤上，應(yīng)保證參比電極與土壤電接觸，將電壓表調(diào)至適宜的量程上，讀取數(shù)據(jù)，作好記錄，判斷電位是否達(dá)到保護(hù)要求。

[1]李永威，周凌.埋地管道外防腐與陰極保護(hù)的探討[J].煤氣與熱力，2002(1).

[2]俞河軍.淺述石油輸送管道陰極保護(hù)的設(shè)計要點(diǎn)[J].裝備制造，2009(8).