油气管道保护工

油气管道保护工第一章概述1 埋地管道腐蚀的危害埋地金属管道遭受着土壤、海水、细菌及杂散电流等各种因素造成的腐蚀，腐蚀破坏的过程和速度虽然缓慢，但是危害较大，由腐蚀造成的损失大的惊人。

（1）直接和间接损失由于腐蚀而造成原材料和设备的报废，称为直接损失。

由于材料损失和设备报废而造成的停工、停输和抢修等为间接损失。

（2）环境污染输油、气管道由于腐蚀穿孔还会造成突发性的事故，污染环境。

（3）阻碍新技术的发展科学技术是生产力，但是如果解决不好腐蚀问题，一些重大新技术的应用就会受到阻碍。

（4）浪费资源在工程设计中，因考虑腐蚀因素而采用较大的安全系数，这种现象是普遍存在的。

如输油、气管道等，在选择材料的厚度中都会有腐蚀裕量。

这就增加了材料使用和能源的消耗，浪费了宝贵的资源。

2 造成管道损坏的主要因素（1）腐蚀土壤具有腐蚀性，特别是某些地区存在着直流、交流干扰电源，更易加重地下金属管道腐蚀。

据国内外统计表明，由于腐蚀造成的管道泄露和损失事故约占管道总泄露和损失事故的30%。

（2）焊缝及管材的缺陷管子在制作或敷设中，焊缝处会存在夹渣、未焊透、咬肉等缺陷，制作管子用的钢材会存在气泡、砂眼等质量问题。

据对某输油管道统计，这类事故约占总数的40%。

（3）自然环境变化由于管道热胀冷缩，造成管道弯头严重变形破裂、或直接冻裂；由于洪水或其他因素所致，大段管道裸露、悬空而造成的管道下沉、拱起、移位变形以致断裂事故也大量存在。

（4）外力由于地震或在管道附近进行爆炸作业、因重物压砸或撞击也会造成管道破裂或损坏。

（5）人为故意破坏偷、扒管道防腐绝缘层，在管道上开孔偷油、偷气等也会造成事故。

3 管道保护工管道保护工主要做以下三方面的工作：（1）搞好管道防腐保护设施及运行的管理。

埋地管道的防腐保护设施主要有两大系统。

一是阴极保护系统；二是防腐绝缘系统。

管道保护工应该认真学习、贯彻执行这方面的有关标准和管理规定，在上级和业务主管部门的领导下，搞好运行管理工作。

（2）搞好护管工程及设施的维护管理。

埋地管道沿线建有不少护管工程及设施，需要管道保护工经常检查及维护，这是一项很重要的工作，对延长护管工程及设施的使用寿命起到重要的作用。

（3）贯彻“石油、天然气管道保护条例”，保护管道管理部门的合法权益，保障管道长期安全平稳运行。

第二章金属腐蚀的概念及分类1 金属腐蚀的概念金属腐蚀是指金属在周围介质作用下，由于化学变化、电化学变化或物理溶解等作用而产生的破坏。

金属腐蚀是包括金属材料和环境介质在内的一个具有反作用的体系。

2 金属腐蚀的分类按照作用原理：化学腐蚀和电化学腐蚀；按照破坏形态：全面腐蚀和局部腐蚀。

2.1 按照作用原理分类（1）化学腐蚀化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。

又可分为：气体腐蚀和在非电解质溶液中的腐蚀。

气体腐蚀一般是指金属在干燥气体中发生的腐蚀。

例如，用氧气切割和焊接管道时金属表面上产生氧化皮，是金属同氧气发生化学反应所致。

在非电解质溶液中的腐蚀。

例如金属能同某些有机液体（如苯、汽油）发生化学反应而腐蚀。

特点：腐蚀过程中没有电流产生。

（2）电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属与电解质因发生电化学反应而产生的破坏。

特点：在腐蚀过程中有电流产生。

又可分为：原电池腐蚀和电解腐蚀。

原电池腐蚀指金属在电解质溶液中形成原电池而产生的腐蚀。

电解腐蚀指外界的杂散电流使处在电解质溶液中的金属发生电解而形成的腐蚀。

任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含一个阳极反应和一个阴极反应，并伴随有金属内部的电子流动和介质中离子的定向迁移。

阳极反应是金属原子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即氧化过程；阴极反应是介质中的氧化剂夺取电子发生还原反应的还原过程。

2.2 按照破坏形态分类（1）全面腐蚀（2）局部腐蚀局部腐蚀的类型很多，主要有应力腐蚀、小孔腐蚀（点蚀）、晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳等。

第三章阴极保护1 阴极保护原理将被保护金属进行阴极极化以减少或防止金属腐蚀的方法叫阴极保护法。

阴极极化可以采用两种方法来实现：（1）将被保护金属与直流电源的负极相连接，利用外加阴极电流进行阴极极化，这种方法被称为外加电流阴极保护法。

（2）在被保护设备上连接一个电位更负的金属阳极（如在钢管上连接锌），它与被保护金属在电解质（溶液）中形成大电池，而使管道进行阴极极化，这种方法称为牺牲阳极保护法。

1.1外加电流阴极保护原理外加电流阴极保护原理就是向被保护的金属通入一定量的直流电，把被保护金属相对于阳极装置变成一个大阴极，消除金属因成分不同造成的电位差，腐蚀电流降为零，使被保护金属免遭电化学腐蚀。

优点：驱动电压高，输出电流大，保护距离长，能灵活控制电流输出量，适用于各种土壤电阻率的环境，施工简单。

缺点：平时要有人维护管理，维护费用高，对邻近的金属构筑物有干扰。

1.2阳极保护原理选择一种比被保护金属的电极电位更负的金属材料（如镁、锌）与被保护金属连接起来。

由于这种金属电极电位更负，就形成了腐蚀电池的阳极，被保护金属就成了阴极。

因为这种金属材料是以本身遭到强烈腐蚀去保护别的金属，故叫牺牲阳极。

优点：不需要人经常维护管理，由于牺牲阳极负电位不是很大，不会超过最大保护电位，因此不会造成绝缘层对金属附着力的恶化；又由于阳极输出电流强度不大，阳极与被保护管道距离较近，用于地下管道错综复杂的油田或现代城市，使被保护物体以外的其他金属构筑物避免了由杂散电流引起的干扰。

阴极保护方法的比较：序号牺牲阳极外加电流1 不要外部电流需要外部电流2 土壤电阻率高时费用大不受土壤电阻率的影响3 对邻近的地下构筑物不造成干扰影响对邻近的地下构筑物有干扰影响4 保护电流不可调保护电流、电压可调5 维护管理简单维护管理较复杂6 随阳极寿命而更换保护装置寿命较长7 小规模工程投资小大规模工程投资大8 要消耗有色金属2阴极保护的基本参数2.1最小保护电位（E保）为使腐蚀过程停止，埋地管道经阴极极化后所必须达到的绝对值最小的负电位值，称之为最小保护电位。

（1）在阴极保护系统中，对于埋设在天然水和土壤中的金属管道，其最小保护电位为-0.85V。

（2）通电情况下管道对地电位较自然电位向负偏移300mV以上。

（3）在中断保护电流的情况下，立即测得的管道阴极极化电位较自然电位在负方向偏移值大于100mV。

负偏移100mV称为管道极化偏移电位。

（4）当土壤或水中含有硫酸盐还原菌且硫酸根含量大于0.5%时，最小阴极保护电位-0.95V。

2.2最大保护电位（E0）根据管道绝缘层的质量，把通电点的电位控制在最大允许值，不使绝缘层损坏，另外防止两性金属遭受腐蚀，这个电位值叫最大保护电位。

一般取-1.2V—-1.3V，最大不超过-1.5V。

2.3最小保护电流密度（I保）使金属得到完全保护时所需要的电流密度称为最小保护电流密度。

它的数值与金属种类，金属表面有无保护膜、漆膜的完整程度、介质条件等有关。

一般当金属在介质中腐蚀性越强，阴极极化程度越低时，所需的保护电流密度越大。

3阴极保护判断方法（1）在通电的情况下，埋地钢铁结构最小保护电位为-0.85V CSE或更负，在有硫酸盐还原菌存在的情况下，最小保护电位为-0.95V CSE，该电位不含土壤中电压降。

（2）瞬时断电电位与自然电位电位之差不得小于100mV。

（3）最大保护电位的限制应根据覆盖层及环境确定，以不损坏覆盖层的粘结力为准，一般瞬时断电电位不得低于-1.10V CSE。

4牺牲阳极阴极保护的阳极材料4.1镁牺牲阳极4.2锌牺牲阳极4.3铝牺牲阳极4.4带状阳极4.5回填料5牺牲阳极的安装与维护与外加电流阴极保护相比，牺牲阳极的安装比较简单。

当一个位置有几支阳极时，阳极要直线排列以降低电阻。

阳极可以与管道垂直，也可以与管道平行。

牺牲阳极阴极保护系统的维护很简单，经常检测阳极的开路电位，阳极消耗尽后，及时更换。

6外加电流阴极保护常用阳极材料6.1对阳极的性能要求回填料的作用是降低阳极地床的接地电阻，延长阳极的使用寿命。

理想的埋地用辅助阳极应当具有如下性能：（1）良好的导电性能，工作电流密度大，极化小；（2）在苛刻的环境中，有良好的化学和电化学稳定性，消耗率低，寿命长；（3）机械性能好，不易损坏，便于加工制造，运输和安装；（4）综合保护费用低。

6.2各类阳极的性能特点（1）废钢铁阳极（2）石墨阳极（3）高硅铸铁阳极（4）聚合物阳极（5）混合金属氧化物阳极7辅助阳极的选择7.1辅助阳极埋设位置的选择在长输管道的干线上阳极一般设在距管道300~500米之间。

在阴保站址选定的同时，应在站址与管道的一侧选择阳极安装的位置，其原则是：（1）地下水位较高或潮湿低洼处；（2）土层厚、无块石、便于施工；（3）土壤电阻率一般应小于50欧姆/米，特殊地区也应小于100欧姆/米；（4）对邻近的地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管道之间不得有其它金属管道；（5）考虑阳极附近地域近期发展规划及管道发展规划，以避免建后可能出现的搬迁；（6）阳极地床位置与管道汇流点距离适当；（7）地面金属构筑物较多，用地狭窄时，可采用深井阳极，以减少对其它金属构筑物的干扰，又节约用地。

阳极接地电阻约占直流回路电阻60%左右，大部分能量损失是由它造成的，因此合理选择阳极地床位置，降低接地电阻是十分重要的工作。

7.2辅助阳极的结构7.2.1浅埋式地床结构浅埋式阳极又可分为立式、水平式两种，对于钢铁阳极可能两种联合称为联合式阳极。

（1）立式阳极由一根或多根垂直埋入地中的阳极排列构成，电极间用电缆连接。

优点：A、全年接地电阻变化不大；B、当阳极尺寸相同时，立式地床的接地电阻较水平式小。

（2）水平式阳极将阳极以水平方向埋入一定深度的地层中。

优点：A、安装土石方量较小，易于施工；B、容易检查地床各部分的工作情况。

（3）联合式阳极指采用钢铁材料制成地床，它由上端连接着水平干线的一排立式阳极所组成。

7.2.2 深埋式阳极（深井式）深埋式地床根据埋设深度不同可分为：浅深井（20~40米）、中深井（50~100米）和深井（>100米）三种。

深埋式阳极地床的特点：接地电阻小，对周围干扰小，消耗功率低，电流分布比较理想。

缺点：施工复杂，技术要求高，单井造价贵。

7.2.2阳极地床填料的应用（1）阳极地床填料的功能A、增大阳极与土壤的接触，从而降低地床接地电阻；B、将阳极电极反应转移到填料与土壤之间进行，延长阳极的使用寿命；C、填料可以消除气体堵塞。

（2）对填料的要求A、填料颗粒必须是导电体，以保证阳极与土壤之间良好的导电性；B、填料应成本低，来源广，具有较连续的接触表面。

常用的回填料是焦炭粒。

确保阳极与回填料良好的电接触，填料必须在阳极周围夯实。

否则会使一部门电流从阳极直接流向土壤而缩短阳极使用寿命。