管道陰極保護設計、施工與測試

王桂英 任佩佳 莊嚴

摘 要：為了確保管道長周期、安全穩定地運行，文章從設計、施工及測試等方面介紹了成品油管道工程陰極保護及航空煤油管道工程陰極保護，并采用外加電流與犧牲陽極聯合方式對管道進行保護，以提高管道安全運行。

關 鍵 詞：陰極保護;參數;選址;安裝;連接;調試;檢測

中圖分類號：TE 832 文獻標識碼： M 文章編號： 1671-0460（2015）06-1327-03

Design， Construction and Test of Pipeline Cathodic Protection

WANG Gui-ying，REN Pei-jia，ZHUANG yan

（HQC Liaoning Company， Liaoning Fushun 113006， China）

Abstract： In order to keep the pipelines operating safely and steadily， cathodic protection applied in petroleum products pipeline project and aviation kerosene pipeline project was introduced from the aspects of design， construction and test. And its pointed out that combination of impressed current and sacrificial anode should be used to protect the pipeline.

Key words： Cathodic protection; Parameter; site selection; Installation; Connection; Debugging; Detection

1 概 述

某公司成品油管道工程陰極保護及航空煤油管道陰極保護工程。

1.1 成品油管道陰極保護

（1） 成品油管道全長243.5 km。

（2） 成品油管道主要采用Ф355.6及Ф377

鋼管，埋深（地表至管頂）大約在1.5 m左右，鋼管外壁大都采用瀝青玻璃布加強級防腐，部分管段采用TO樹脂玻璃布加強級防腐，管道途中多次穿越公路、鐵路、河流等。

（3） 沿線土壤電阻率一般在20～30 Ω·m，高的電阻率大于100 Ω·m。

（4） 凍土層一般為1 m。

1.2 航空煤油管道陰極保護

（1）航空煤油管道全長42 km。

（2）航空煤油管道外壁防腐與成品油管道相同。

2 管道陰極保護方式

綜合考慮電源供應、施工造價、雜散電流、涂層施工質量等諸多因數，管道采用外加電流與犧牲陽極聯合保護方案。其中在成品油與航空煤油管道通溝鋪設段，采用外加電流與犧牲陽極共同保護方案，在其它管段則視情況，或者采用外加電流保護方案，或者采用犧牲陽極保護方案。

為了避免陰極保護電流流入站場，首、末站及中間泵站均加設絕緣法蘭。

在犧牲陽極與外加電流保護段之間也加有絕緣法蘭。

3 陰極保護參數

3.1 外加電流陰極保護

（1） 最小保護電位：Emin=-0.85 V（相對銅飽和硫酸銅參比電極）[1]。

（2） 最大保護電位：Emax=-1.2 V（相對銅飽和硫酸銅參比電極）[1]。

3.2 犧牲陽極保護

（1） 最小保護電位：Emin=-0.85 V（相對銅飽和硫酸銅參比電極）[1]。

（2） 最大保護電位：Emax=-1.05 V（相對銅飽和硫酸銅參比電極）[1]。

4 陰極保護設施

4.1 防腐儀

成品油管道陰極保護工程在中間泵站及末站均采用多用金屬防腐儀，儀器最大輸出電壓為45 V，電流為30 A。

航空煤油管道陰極保護工程油庫首站及機場末站均設2臺恒電位儀，1臺為可逆性，儀器最大輸出電壓為100 V，電流為100 A，1臺為不可逆性，儀器最大輸出電壓為100 V，電流為100 A，安裝陰極防腐儀8臺。

4.2 陰極保護站通電點

設在距保護站最近的管道上。

4.3 輔助陽極床

陽極床設在距管道100至300 m處。

4.4 犧牲陽極

在管道穿越河流部分，埋設鎂犧牲陽極，數量為每組4只，重量最小為5 kg，如果陽極組跨越河流，則在河流2側加埋1～2組陽極，50 m以上加2組，50 m以下加1組，對于穿越公路段采用帶狀鎂陽極進行保護，埋地犧牲陽極，共計531支，埋設鑄鐵陽極，共計76支。

犧牲陽極保護按30 a計算。

4.5 參電極比

采用長效固態飽和硫酸銅參比電極，共計5支。

4.6 測試樁

沿線每公里設置電位測試樁1個，每5 km設置電流測試樁1個。

4.7 絕緣法蘭

管道進、出站口均設有絕緣法蘭，另外在犧牲陽極和外加電流保護段之間也加絕緣法蘭，共計10套。

4.8 檢查片

管道多處設有檢查片，共計10組。

4.9 電纜

犧牲陽極電纜可通過測試裝置與管道實現電連接，也可直接焊接在管道上[1]。

陽極、陰極電纜均采用VV29-1 kV/1×50 mm2銅芯鎧裝電纜。測試電纜、參比電極和零位電纜采用VV29-1 kV/1×16 mm2銅芯屏蔽鎧裝電纜。

5 陽極床的選址及設置

（1） 陽極床位置選在土壤電阻率低的地方，為避開凍土層，床深應大于1.5 m，底部寬0.6 m。

（2） 在溝底鋪上5～10 cm的細土層。

（3） 將陽極主電纜及帶有支電纜的陽極放入床內，陽極放在裝有填包料的布袋內。

（4） 地床與被保護管道、設備距離不宜小于50 m。

（5） 地床不宜設置在低洼處、死水區以及排水區。

（6） 地床應避免設在存在有害物質污染的區域。

（7） 土層厚、無石塊，便于施工。

6 陽極地床的安裝要求

輔助陽極埋設前，必須按產品性能指標驗收，陽極與引出導線的接頭必須絕緣密封良好，表面檢查無縫隙，陽極表面應無明顯缺陷。

7 電絕緣

陰極保護管道應與公共或場區接地系統電絕緣，為防止電流流失，減輕電偶腐蝕，避免不必要的干擾。

本設計對陰極保護系統進行電絕緣。設計保護系統范圍內管道與非保護對象的連接處增設絕緣接頭。

8 電纜敷設及與管道的連接

8.1 電纜的敷設

電纜埋設時，電纜距地面0.8 m，穿過道路處埋深不小于1 m，電纜溝寬0.24 m，溝內鋪100 mm厚工程砂，將電纜并排擺放并做波形排列，以防止電纜上產生應力，然后在電纜上方再鋪100 mm厚工程砂，工程砂上壓一層紅磚，然后回填土，回填土中應去掉尖銳石塊或其它可能損傷電纜導線絕緣層的材料[2]。

埋地電纜應繞開管道等構筑物。由于陰極保護施工對地面、構筑物等造成的破壞，施工完畢后應恢復原狀。

8.2 電纜的焊接及密封

（1） 主電纜及支電纜分別套入熱縮管。

（2） 將支電纜焊接在主電纜上。

（3） 中間纏繞添充膠，兩端纏熱熔膠。

（4） 熱縮管移至焊接處加熱縮死。

8.3 電纜與管道的焊接及密封

（1） 采用鋁熱劑將電纜焊在管道的接口處。

（2） 在焊接處先澆1道瀝青，然后纏玻璃布，每纏一層都要澆一道瀝青，共纏三層，已達到絕緣密封的效果。

（3） 管道運行期間，埋地管道可能會因地床不穩定而產生下陷，為保證陰極焊點不從管道上脫落，需采取2個焊點焊接方式。

8.4 電纜溝回填

（1） 在溝底鋪上5～10 cm的細土層。

（2） 電纜進入溝后，采用蛇形鋪設。

（3） 回填15 cm厚的細沙或細土。

（4） 在電纜的正上方沿溝的方向并行放1排紅磚。

（5） 回填土至地面。

9 測試樁的設置

測試樁布設在埋地管道上，用于監測與測試管道陰極保護參數的附屬設施。

陰極保護測試系統包括測試儀表和測試樁。測試儀表包括數字萬用表、接地電阻測量儀。

測試樁包括：電位測試樁、絕緣接頭測試樁、套管測試樁。

（1） 電位測試樁：每隔1 km設置1個電位測試樁（兼做里程樁），共計設置243個;

（2） 電流測試樁：每5 km設置1個電流測試樁（兼做里程樁），共計設置49個。

（3） 航空煤油管道與成品油管道之間采用均壓線連接，共計設置86個。

（4）每個絕緣法蘭處設置1個防雷擊電池，共計設置10個。

10 鋼套管的防護

由于過路鋼套管（有絕緣防腐層）對套管的保護段的輸送管道的陰極保護電流有屏蔽作用，考慮沿輸送管底部增加犧牲陽極措施，對套管內的輸送管單獨實施陰極保護。

11 雜散電流的防護

雜散電流是指在非指定回路中流動的電流[1]。

為避免管道周圍交、直流電干擾對埋地管道產生的雜散電流腐蝕，待強制電流陰極保護投產后，經檢測，采取相應的排流措施（圖1）[3，4]。

圖1 雜散電流測試圖

Fig.1 Stray current test pattern

12 陰極保護系統調試

陰極保護系統調試包括通電前的檢測和通電后的測試（圖2-4）。

（1） 陰極保護工程投入運行前，應對管道各測試點的自然電位進行測試，并記錄。

（2） 接通電流，按儀器說明書開啟恒電位儀，給定電位約-1.5 V[1]。

（3） 對全線電位檢查樁進行電位測試，并調整各點的給定電位值達到-0.85 V或-0.85 V以下更負（相對硫酸銅參比）[1]。

圖2 管道電位測試圖

Fig.2 Pipeline potential test pattern

圖3 管道電流測試圖

Fig.3 Pipeline current test pattern

圖4 管道與鐵軌間電壓測試圖

Fig.4 Pipes and steel rail voltage test pattern

13 陰極保護的檢測周期

（1）陽極運行和狀態、陽極保護電位、輸出電流、開路電位，至少每年一次[1]。

（2） 恒電位儀的輸出電流、電壓，給定電位每天觀測記錄一次[1]。

（3） 每半年測一次陽極接地電阻[1]。

（4） 在測試中發現有不正常的情況，要及時記錄，盡快排除。

14 結束語

陰極保護通過降低腐蝕電位迫使電解質中的被保護金屬表面成為陰極以達到抑制腐蝕的目的，管道采用陰極保護設施后，能夠確保管道長周期、安全穩定地運行，特別是采用外加電流與犧牲陽極聯合保護方式對管道進行保護，而對于架空敷設的管道與線路工程管道用絕緣接頭隔開，更加提高了管道的安全運行，并且能夠降低工程投資。

參考文獻

[1] GB/T 21448—2008埋地鋼質管道陰極保護技術規范[S].

[2] GB50217—2007電力工程電纜設計規范[S].

[3] SY/T0017—2006埋地鋼質管道直流排流保護技術標準[S].

[4] SY/T0032—2000埋地鋼質管道交流排流保護技術標準[S].