淺談陰極保護在長輸管道中的應用

摘 要：隨著我國經濟的不斷發展，對石油、燃氣等的需求量不斷增加，可以說，良好的輸送能夠大大提高供應質量，促進社會經濟健康發展。文章主要通過對陰極保護方法及管道安裝陰極保護系統過程中應該注意的問題進行分析，全面提出合理的成品油管線陰極保護施工方案，以此，進一步提升陰極保護效果。

關鍵詞：陰極保護；腐蝕；雜散電流

前言

現代社會離不開能源，能源建設對經濟的發展有著重要的促進作用。當前，我國石油、燃氣資源輸送還是使用的長距離埋地管道，通過這種方式使石油、燃氣進入分支管道，實現使用價值。但是，這種方式主要是把長輸管道埋到地下的方式，這種敷設存在一定的局限，特別是管道需要穿越不同的地質、復雜的路段、惡劣的環境等，這就直接導致了管道會發生不同程度的腐蝕現象，只有全面保護好管道，才能從根本上預防腐蝕加大，通過良好科學的現代防腐技術，能夠大大減少腐蝕程度，使腐蝕程度全面降低，節省開支，不使供應企業受到經濟上的損失，如果防腐效果好，可以節約25%～30%的經濟損失。通過歸納外部成因主要有：土壤腐蝕、大氣腐蝕和生物腐蝕三種類型。而在管道生產、運輸、施工各個環節中，也會出現防腐層受到破壞的情況，如果防腐層被破壞，那么地下管線也會很快出現腐蝕。在進行鋪設時，技術上還不能完全解決管道和環境、介質完全隔離，這就導致了防腐絕緣層材料會出現吸水和透氣，埋地后在土壤溶液作用下，管道防護層就會出現老化、發脆、剝離、脫落等情況，這種泄漏會對企業造成不可估量的巨大經濟損失。

1 陰極保護系統設計

1.1 陰極保護方法

金屬管道被埋設到地下，受到外部影響與內部因素的控制，管道表面就會劃分出陽極區和陰極區兩部分，腐蝕主要就發生到陽極區，其局部會出現一定程度的腐蝕現象，要想有效解決這一問題，就需要使用到陰極保護措施。陰極保護主要是指將被保護金屬（如煤氣管道）進行陰極極化，使電位負移到金屬表面陽極的平衡電位，使化學不均勻性引起的腐蝕電池消除掉，這樣埋設到地下的金屬部分就會免遭土壤地質等環境介質腐蝕。也就是說用輔助陽極或犧牲陽極材料的腐蝕來代替被保護管道和設備腐蝕，通過這種方式，能最大限度的對管道進行良好保護，達到延長管道使用壽命的目的，全面提高輸送安全性和經濟性。為了使陰極保護達到最佳效果，則需要材料符合規定要求，被保護金屬管道一定要有良好的防腐絕緣層，這樣不但能降低費用，而且還能提高保護效果。陰極保護技術需要通過電流進行供給，按標準或劃分成犧牲陽極法和強制電流法兩種方式。不同的方法有不同的優勢，犧牲陽極法優點是不用外接電源、干擾少、維護簡便、費用不高、不占面積、不影響構筑物、電流利用高等，所以說，這種方法非常符合區域范圍小的作業，對埋地鋼管防腐蝕效果較好，也符合施工標準要求。強制電流法的優勢主要是保護范圍大、適用廣、激勵電勢及輸出電流較強勁、費用不高等，通過優勢分析，我們看到，這種方法非常適合長輸管線的防腐。只有不同的區域使用不同的方法，才能有效提高保護能力。

1.2 設計要點

1.2.1 接地電池的設置。為了不出現多方的干擾，就需要把電絕緣保護電流限定到一個標準的參數內，明確范圍，使保護能力提到提升。要想達到的保護效果，防止出現絕緣設備被雷擊或者靜電火花，就要采取合理科學的措施，做好防破壞保護，可以通過對絕緣設備處安裝接地電池的方法，全面避免類似事故發生。要掌握良好的方法，安裝前，要做好地形的檢查，避開地下水較多的區域，在安全的區域進行連接，這樣能保護接地電池不失效和短接，確保設備設施安全運行。

1.2.2 雜散電流的預防措施。雜散電流會干擾效果，一定要按照標準做好嚴格控制。雜散電流會導致地下管道出現強烈電化學腐蝕現象，按照行業標準的規定，果監測電位梯度高出2.5mV/m的時候，一定要進行嚴格的保護，考慮采取一定的防護措施確保管道出現腐蝕。管道在雜散電流處有1cm2的防腐層破損，且此處有1mA的雜散電流流出的時候，這個地方腐蝕速度就會增加，能達到12mm/a左右。如果遇到雜散電流嚴重干擾，則需要采取技術措施做好保護，一般情況下，利用排流鋅陽極組使雜散電流減少，進一步提高管道防腐蝕和抗干擾強度。

1.2.3 穿跨越處的特殊保護。對一些地面環境較為復雜的區域，需要做好保護，特別是通過公路和鐵路的管道穿越工程，受到地面巨大的承重壓力，會使管道出現變形，只有良好的保護套管才能確保傳輸安全。一般情況下，套管穿越要做好主管道和套管之間的工程建設，對兩端進行密封和安裝絕緣支架，使管道與套管之間存在一個電絕緣層。需要注意的是，實際應用時，如果操作不當，會出現陰極保護電流穿過套管壁流向套管內主管道表面的情況，這時，套管內的主管道就會腐蝕。那么，就需要在套管內設計安裝帶狀鋅陽極保護，可以在管道開鑿焊點，用鋁熱焊進行緊密焊接，使其依附到管道之上，對焊點做好捆扎保護，使用膠帶做好固定，只有對各個焊接處做好防腐，才能確保帶狀陽極、輸氣管道、套管及支撐物不會出現任何電接觸的情況，保證了穿跨越保護的良好效果。

1.3 陰極保護設計方案

A至B管道沿線土壤電阻率有極大的變化，低點為25.1Ω·m，高點為392.8Ω·m，普遍路段為40～60Ω·m，雜散電流電位梯度是2.8～5.4mV/m。

1.3.1 理論計算。按照標準設計要求，要做好全面的計算，使被保護管道基本數據和陰極保護參數長度、電流及所需的保護站數量得到確定，基本計算方式如下。

基本計算數據：直徑為D=323.9mm，壁厚為δ=6.4mm，管線全長為96.8km。

陰極保護參數取值：管道自然電位-0.55V，低點電位-0.85V，通電點電位-1.25V，電阻率ρT=0.166Ω·mm2/m，JS=2×10-3A/m2。

那么，我們就可以進行強制電流陰極保護長度的設定：

把設計好的參數代入公式，就能夠計算出單側保護長度是L=65.93km。

1.3.2 犧牲陽極布點的技術和施工要求。犧牲陽極在施工中，埋設距離要大于0.3m，小于5m，確保埋深與管道埋深相一致，需要注意的是，對北方地區需要保證埋設在冰凍線下部，深度大于1m左右為宜，不能直接埋設到潮濕的土壤內，立式或臥式埋設均可，做好隔離，對陽極與保護管道預留空間，不能出現金屬構筑物。為了更好地監測電化學參數，需要對犧牲陽極測試樁與管道做好相關連接，這種方法，能夠快速的檢測和掌握陰極保護系統運行后管道被保護的基本狀態。對一些需要連接的部分，特別是電纜、陽極、銅鼻子一定要進行錫焊，在進行焊接時，為了保證效果，需要剝掉防腐絕緣層，做好清潔的打光，焊接后，一定要正確處理好焊接處，提高絕緣能力，最后要埋設前，要對電纜外套PVC管做好外部保護，保證埋深一致。陽極連接管道電纜顏色要有區分，地面要記錄好永久標志，方便檢查與維護。

1.3.3 陰極保護系統的運行效果。在全部施工完成后，又對A至B長輸管線陰極保護系統進行了測量，主要選擇了97個測試樁，相對硫酸銅參比電極結果是-0.95～-1.20V，也就是說長輸管道對地電位是低于-0.85V的，滿足了工程設計需要，并且符合規范基本要點。

2 陰極保護系統管理

按月對全線保護電位做好測量，按季度測量陽極床接地電阻；按天記錄陰保間恒電位儀保護電位、輸出電壓及輸出電流；管道電流、電位進行測試保護；數據要存檔便于查閱與復測。

3 結束語

實踐證明，埋地管道防腐非常重要，一定要采取合理的保護方法，才能有效確保輸送安全，當前，只有不斷創新，才能保證聯合保護應用效果，使陰極保護達到對新管線防護、對舊管線延壽的目標。

參考文獻

[1]胡士信.管道陰極保護技術現狀與展望[J].腐蝕與防護，2004，25（3）：93-101.

[2]GB/T21448-2008.埋地鋼制管道陰極保護技術規范[S].