埋地鋼質管道犧牲陽極式陰極保護施工工藝

楊貴兵，王 泳

（1.泰州油恒油氣工程服務有限公司，江蘇 泰州 225535；2.中國石油化工股份有限公司華東油氣分公司油服中心，江蘇 泰州 225535）

為保證管道陰極保護的效果，管道陰極保護采用犧牲陽極保護，并沿管道設置檢測裝置。

1 測試樁及犧牲陽極設置要求

1.1 線路段每公里設置進行一個作為陰極保護工作電位測試樁

該測試樁可用于測試管道液位、電流和絕緣性能，以及測試蓋泄漏和 CROSS-DC 干擾。它是一種專門用于管道陰極保護的輔助設備，具有電位檢測探頭，用于檢測被保護管道。

1.2 在測試樁處設置犧牲陽極1組

根據當地安裝處土壤電阻率確定采用犧牲陽極采用鎂合金犧牲陽極，鎂陽極每組1～3只，每只22kg。鎂陽極進行橫向與管道通過橫向垂直，中心之間間距2m，鎂陽極端面距離以及管道管理中心工作距離不小于3m，埋設深度等同管道中心線。詳見：圖1。

圖1 犧牲陽極1組

1.3 鎂陽極的安裝

陽極安裝后，先浸泡24小時，然后小心地組裝在預挖的陽極坑中，然后注入水浸透填料，最后回填細土（厚度至少0.3m，不要回填大塊的砂礫、水泥塊、塑料和其他雜物），夯實，恢復景觀。

1.4 鎂合金陽極電纜引出頭的焊接與絕緣

（1）電纜與管線的連接：采用鋁熱焊焊接，按規范發展要求我們使用的藥劑量，以使管線因放熱引起的局部進行應力影響最小化。對于大尺寸的電線，應將其分成兩股或更多股，并分別焊接。為了防止焊接到管道上的電纜斷裂，需要使用綁帶將電纜牢固地綁在管道上。焊接后，應進行分析涂層修復，要確保企業焊接區的防腐工作可靠。

（2）焊接位置不應在彎頭上或管道焊縫兩側200mm范圍內。

（3）涂層修補前，檢查和測試電纜與管線的電連續性，包括以下內容：

目視檢查任何焊縫，焊接點應無裂紋、毛孔和焊渣的濺頂，并與主材料熔合。

用1公斤重的錘子敲打鋁熱焊接，以檢查機械阻力，并目視檢查接頭是否完全連接。

檢查電纜與管線間的電阻值應為 0.01Ω。

施工時應對完成的所有測試管理工作人員進行數據記錄。

不合格的接頭必須通過摩擦去除，并且管壁厚度不得減小。新的拼接點必須與上一個拼接點相距至少100毫米。

（4）檢查合格后，鋁熱釬焊接頭的表面處理達到St3.0（St3.0：該術語的解釋：表面無可見油脂或污垢，清潔后的釬焊接頭表面具有均勻的金屬色），聚乙烯層將蓬松，聚乙烯層將切成圓形，邊緣變鈍。可以在孔結構中填充粘彈性糊劑，然后粘貼一條粘彈性帶，粘彈性帶和防腐層的外圍至少重疊5cm，然后用熱收縮帶包裹。收縮率涂層的寬度必須至少為100mm，并連接到原始的防腐蝕層，并且在熱收縮膠帶的外部之間必須有均勻的熱熔膠流。連接點的防腐工作根據管道防腐層的要求進行。目視檢查無缺陷，電火花檢查無泄漏點。每個彎頭都用電火花檢漏儀檢查。漏電壓是5千伏。若有泄漏點，則應進行及時修補并重新檢測，檢測結果合格為止。詳見：圖2。

圖2 電纜與管道焊接及焊點防腐詳圖

1.5 測試樁安裝及接線要求

（1）測試樁按圖紙設計要求有效安裝固定，標識清楚有效。

（2）將鎂陽極引線和管道母線電纜分別從測試樁底部的穿線孔引至測試樁的端子板上，用配套的銅線頭壓接，與測試樁內接線板上的接線柱可靠連接(詳見圖3)。試樁連接完成后，對電纜入口進行密封，并用環氧水泥壓平，以防止水進入測試樁。接線螺栓、銅線鼻子抹黃油。接線端子號順序按管道內介質流向方向標注。

圖3 接線詳圖

注意事項：在測量裝置上，埋地鋼質管道犧牲陽極引線電纜與埋地鋼質管道測試電纜在測試樁接線箱內按圖紙要求進行有效連接。敷設鎂陽極電纜時，焊點及其它接頭處的蛇形彎曲應有足夠的余量，以防止電纜或焊點脫落。

2 運行與管理

鎂陽極在安裝完成投入運行后，測取以下主要參數：

2.1 電位

（1）管道自然電位。在無電源的自然狀態下，采用直流數字式萬用表和硫酸銅參比電極測量探頭配套測量埋地天然氣鋼質管道在土塊中的自然電位。自然電勢決定腐蝕的自然狀態和環境的影響。具體測試方法進行如下：硫酸銅參考電極埋藏在土壤中，澆水后，數字萬用表的黑筆與硫酸銅對參考電極的引線相連，紅筆與管引線相連，數字萬用表的檔位打到直流電壓2V上，讀取、記錄。

（2）鎂陽極開路電位。安裝好陽極后，將硫酸銅參比電極放在管道頂部1米以上的表面濕土上(確保參比電極與土壤有良好的電接觸) ，并在與管道連接之前將其澆水。數字萬用表的黑色筆連接到硫酸銅參比電極的引線上。將萬用表齒輪放在2V恒壓齒輪上，萬用表的紅色引腳連接到可消耗陽極的陽極引線以進行讀取和寫入。

（3）鎂陽極閉路電位。將陽極連接到管道系統后，使用遠近參考方法進行比較，并對陽極進行閉路電勢測試。 在距離控制點約1 m的管道中(或犧牲陽極)上方挖一個坑，將硫酸銅參比電極放置在管壁(或犧牲陽極)上方地表潮濕的土壤上，萬用表的黑色探頭與硫酸銅參比電極的引線相連，萬用表的紅色探頭與陽極和管道的連接點相連，萬用表的檔位設為DC電壓2V，讀數并記錄。

（4）管道保護電位。陰極保護項目完成后，有必要對整個管道進行全面檢查，包括每個配水站的內部、穿越道路和PCCP河鋼質管道的所有電位試樁，并將測試結果存檔并記錄。測試分析方法與犧牲陽極閉路電位的測試研究方法進行相同。

2.2 電流

（1）單支鎂陽極輸出電流。鎂陽極輸出電流可以用萬用表兩支表筆分別與鎂陽極引線和管道引線之間進行測量。將鎂陽極連接到管道上，在鎂陽極和管道的連接處串聯數字萬用表，將數字萬用表的檔位切換到DC電流檔位的毫安檔，讀取并記錄。

（2）組合鎂陽極聯合輸出電流。測量方法與單支鎂陽極的輸出電流測量方法相同。

2.3 電阻

單支鎂陽極接地電阻。

鎂陽極的保護性接地系統的電阻直接影響鎂陽極的輸出電流，因此必須及時有效地進行鎂陽極的接地電阻。在測量鎂陽極接地電阻之前，鎂陽極引線必須與管道斷開，測試電極必須排列在垂直于管道的直線上。詳見圖 4

圖4單支鎂陽極接地電阻

組合鎂陽極聯合接地電阻。單鎂陽極接地電阻等同測量法。

2.4 埋設點的土壤電阻率

在測試現場，ZC-8接地電阻表用于沿管道每100 m檢查一次管道周圍的土壤電阻率。 該測試可以使用四極桿方法：

將4條探桿直線插入相距1米的測量區域中，探桿深度應不超過1/20 m。打開連接件C2和P2，C1和P1并將其連接到相應的四根電線上測試方法與接地電阻相同，所測電阻率為P=2πa·R,

式中R：接地電阻表讀表（Ω）。a：棒與棒間的距離（cm）。P：該地區的土壤電阻率。

鎂陽極埋入并注入填充材料后的10天，應進行鎂陽極保護參數的調試測試； 試樣應按照2.1～2.4的規定進行。

鎂陽極投入運行后，應定期進行監測。管道保護電位和鎂陽極輸出電流按要求進行常規檢測，視管網運行情況，適當調整測量頻率，保護系統應每年檢查維護一次。定期測試和檢驗，發現保護電位達不到設計要求時，應采取相應措施。

當由于鎂陽極消耗導致鎂陽極接地電阻變大或輸出電流變小，導致保護電位達不到設計要求時，可在開挖后對鎂陽極進行澆水，以降低鎂陽極的接地電阻。如果鎂陽極體消耗到不足原鎂陽極體的三分之一時，可以進行考慮更換新的鎂陽極。常見功能性檢測項目周期詳見下表

表1 常規功能性檢測項目及周期

3 雜散電流防護

管道在與高壓輸電線路并行或交叉時，可能會對管道產生交流干擾。管線施工完成后，應請合格資質的第三方檢測單位對管道腐蝕層和雜散電流干擾測試，如果干擾超過標準要求，應采取相應的排水措施。

在陰極保護系統投入運行后一年內，應進行密間隔電位測量（CIPS）和直流電位梯度測量（DCVG），并根據試驗結果評價涂層的完整性和陰極保護系統的有效性。

管道線路工程犧牲陽極設計壽命10年，埋設陽極時要先測量土壤電阻率，土壤電阻率小于50Ω.m要用鋅合金陽極，土壤電阻率大于50小于100Ω.m時采用2支鎂合金陽極，土壤電阻率大于100Ω.m時，采用3支鎂合金陽極，大于1000Ω.m時要出專項設計。增加濕度可降底電阻率。