埋地管道阴极保护装置失效原因分析及建议

埋地管道阴极保护装置失效原因分析及

建议

摘要：随着国民经济快速发展，煤改气的推进，我国天然气用量与日俱增，

而天然气的输送主要是管道运输，燃气管道的敷设数量和范围都有了较大的增长，其中有很大一部分管道是埋地钢质管道。由于管道长期埋在地下，随着使用时间

的增加，在土壤腐蚀、施工等因素影响下，因保护不到位产生腐蚀发生泄漏的可

能性增大，如果未能及时发现，会导致天然气泄漏聚集后爆炸，使经济和社会效

益遭受巨大损失。对于埋地管道来讲，当前普遍选择阴极保护联合外防腐层的方法，因此阴极保护装置格外重要。下面，文章就埋地管道阴极保护装置失效原因

分析及建议展开论述。

关键词：埋地管道；阴极保护；装置失效；原因分析；对策建议

引言

由于埋地管道所面对的环境比较潮湿和复杂，因此需要采取合理的保护措施

减少管道腐蚀。阴极保护是当前埋地管道重要的防护措施，通过以不断促进阴极

保护设施和设备管理质量的提升，彰显出管道保护的具体效益，将金属腐蚀问题

尽可能的规避，促进管道应用期限的延长，提升管道运输的效率。

1阴极保护理论介绍

1.1阴极保护系统原理

“将负电流加到被保护的金属上，再由阴极极化将其从负电势变为稳定电势，可以起到抑制金属腐蚀的作用”。这是一种叫做阴极保护的方法。阴极保护是一

种用于控制金属的电化学腐蚀防护。采用阴极保护体系制成的电池，通过在阳极

上进行氧化还原，可以抑制被保护的金属对阴极的侵蚀。而阴极防护则是以电化

学腐蚀为基础，发展起来的一种电化学防护技术。在氯化钠溶液（或土壤）中，

铁会在金属表面发生电化学腐蚀，而在镁阳极和外部电源的作用下，阴极保护装

置可以在一定程度上改变上述反应。这说明了不同的反应粒子与产物间的物质转

移与转化。但由于该阴极保护系统是通过牺牲阳极或外部电源来实现的，所以可

以向该金属供给大量的电子（施加期望的负电流），由此使得该金属界面具有负

电势，并能有效地抑制氧化反应。在此情况下，通过采用牺牲阳极或外部电源，

来达到阴极保护作用，起到抑制金属腐蚀的效果[1]。

1.2阴极保护系统的分类

（1）阴极保护装置，在诸如土壤这样的电解质环境中，牺牲阳极的电势比

被保护的物体具有更大的负电性。这样，用电连接被保护体后，由于受到腐蚀发

生溶解现象，大量的电子被释放出来并在被保护体的表面形成一个阴极还原反应，阳极溶解情况被有效组织，被保护体得到合理的保护。

本系统具有以下特点：应用领域广泛，尤其适合于中距离、短距离、复杂的

管网；二是由于阳电极的放电电流较低，所以分离的可能性较低；三是随着管线

的铺设，施工工作量较少。牺牲阳极法阴极保护适用于长距离输油管道阀室保护、管道内外保护等[2]。

（2）强制电流保护，通过采用外源供电，将一定的阴极电流加到被保护体上，使其表面产生足够的电子，从而有效地抑制被保护体的侵蚀。本系统具有：

一是适合于长输管线、区域性管网保护；二是具有较高的输出电流，成本相对来

讲也比较底；三是具有相对较少的施工工作量，老旧管线可以利用阴极保护起到

一定效果；四是能够在操作过程中进行远程的自动监测和管理。

2基本情况概述

某天然气公司的天然气利用工程高压管线项目于2016年12月投运，该高压

管线在运行检查中发现部分阴极保护装置电位异常现象。管线的基本情况如下：

该高压管线总长约6500m，管道规格为Ф813*14.3mm，管道材料为L415M，设计

压力为4.0MPa，设计温度为常温，设计介质为天然气，管道敷设方式为埋地，管

道防腐层材料为3PE加强级，管道牺牲阳极系统采用镁合金牺牲阳极。

3试片法测量电位

管道阴极保护电位有效性的评价，主要由断电电位负于-850mV且不负于-

1200mV判断，因此必须准确地测量管道的电位，否则会有可能出现误判的情况。

城镇燃气管道中，由于管道的走向相对来讲比较复杂，管道的分支和规格也比较多，无法形成一个良好的电连续性，面对这种情况通常选择牺牲阳极阴极保护方式。在进行断电电位测量过程中，需要让所有牺牲阳极同步通断，这样才能消除

IR降的影响，但是实际上所有牺牲阳极同步断开后也会由于管道不同位置的极化

程度不同，电源中断后管道各部位之间的电流仍无法消除，也会给断电电位测量

带来误差。针对这种情况，可以在管道上进行试片的连接，利用试片来进行管道

上防腐层的破损点模拟，利用试片的断电电位来代表管道的断电电位[3]。

4失效原因分析

对该高压管线的全部12个阴极保护装置进行测量，根据获得的数据发现，

第5个和第11个阴极保护装置虽然管道的通电电位比-850mV更负，但断电电位

不达标，第10个阴极保护装置无法得出测量数据，这3个测点所在的管段处于

欠保护的状态，管道面临腐蚀风险。同时对该高压管线用PCM+埋地管道外防腐层

状况检测定位仪（GPS和软件）进行防腐层状况不开挖检测，发现有8处破损点。

其中第5个和第11个阴极保护装置失效的原因是运行中管道外防腐层产生

破损，破损点未得到修复，长期存在导致阴极保护电位不达标，管道处于欠保护

的状态；对第10个阴极保护装置进行开挖验证发现该阴极保护装置与管道的焊

接线脱开，失效的主要原因是管线前期建设施工工作不到位。

5检查与维护建议

定期检查测试埋地管道运行的环境较为复杂，为了能及时发现问题，应定期

进行检查测试，以确认系统是否运行正常。一般来讲，每年应对管道至少进行阳

极运行和状态、阳极保护电位、开路电位检测、输出电流等常规检查和测试一次，在此基础上还可以对防腐层破损、阴极保护不充分、SCC、细菌腐蚀、土壤腐蚀

性等做专项检查和测试，对检查与测试所得的数据和所发现情况进行分析，针对

异常情况制定合理地改进方案、措施。