新建埋地钢质燃气管道强制电流阴极保护设计(新编版)

( 安全论文 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改新建埋地钢质燃气管道强制电流阴极保护设计(新编版)Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.新建埋地钢质燃气管道强制电流阴极保护设计(新编版)摘要：论述了新建埋地钢质燃气管道阴极保护方法的选择，强制电流法阴极保护设计主要参数的确定、工艺计算、工程设计注意事项及应用实例。

关键词：埋地钢质燃气管道；阴极保护；强制电流法；设计DesignofImpressedCurrentCathodicProtectionforNewBuriedStee lGasPipelineGA0Peng，WANGYa-ping，KANGZhi-gang，LIZhi，ZHANGYanAbstract：Theselectionofcathodicprotectionmethodsfornewburiedsteelga spipeline，thedeterminationofmaindesignparametersforimpressedcurrentc athodicprotection，theprocesscalculation，themattersneedingattentioninengineeringdesignandtheapplica tionexamplearediscussed.Keywords：buriedsteelgaspipeline；cathodicprotection；impressedcurrent；design钢质燃气管道因发生电化学腐蚀往往对社会造成严重危害，实践证明控制管道腐蚀的主要方法是防腐层和阴极保护[1] 。

CJJ95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》对城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制进行严格的技术规定，强制要求新建的高压、次高压、公称直径≥100mm的中压管道和公称直径≥200mm 的低压管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制措施，管道运行期间阴极保护不应间断。

1新建钢质燃气管道阴极保护方法选择阴极保护技术有两种方法：强制电流法和牺牲阳极法。

不论何种方法，合理有效的阴极保护系统都可以获得良好的保护效果，防止腐蚀产生危害。

选择阴极保护方法时考虑的主要因素有：管道防腐层性能，工程规模，保护电流大小，环境条件，土壤电阻率，管网现状，交、直流干扰情况，有无经济方便的电源，工程造价等。

强制电流法的优点是[2]：输出电流连续可调；保护范围大；不受环境电阻率限制；工程越大越经济；保护装置寿命长。

其缺点是：需要外部电源；对邻近金属构筑物干扰大；维护管理工作量大。

牺牲阳极法的优点是[2]：不需要外部电源；对邻近构筑物无干扰或干扰很小；投产调试后管理工作量小；工程越小越经济；保护电流分布均匀，利用率高。

其缺点是：高电阻率环境下不宜使用；保护电流几乎不可调；防腐层质量必须好；投产调试工作复杂；消耗有色金属。

在城市燃气行业阴极保护中，强制电流法和牺牲阳极法都有广泛运用。

长输管道一般采用强制电流法，市内管道一般采用牺牲阳极法。

也有部分城市针对市内在役管道增加阴极保护项目时采用强制电流法为主，并辅以牺牲阳极法[3、4]。

新建燃气长输管道一般采用绝缘性能优良的3PE防腐层，需要的阴极保护电流比较小，在实践中一般采用强制电流法，其设计主要按照SY/T0036—2000《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》进行。

对于土壤电阻率特别高，不适宜采用牺牲阳极的地方，也建议采用强制电流法。

2强制电流法设计主要参数的确定2.1土壤电阻率的测试土壤电阻率的影响有两方面：阳极地床处的土壤电阻率决定辅助阳极的种类、规格、埋设位置；管道沿线的土壤电阻率影响电流密度的大小。

2.2阴极保护电流密度的选择影响保护电流密度参数的因素很多，主要有被保护管道的表面状况(防腐层类别及质量)、环境条件(如温度、介质状态、pH值、含盐量及种类、含氧量、微生物活动等)和被保护金属种类等。

对不同类型的外防腐层和土壤介质，强制电流法阴极保护电流密度的选择在实践中差别较大。

有文献描述阴极保护电流密度与防腐层绝缘电阻有对应关系，可以用以下经验公式表达[2]：式中ip——阴极保护电流密度，mA/m2Rg——防腐层绝缘电阻，Ω·m2也有文献描述阴极保护电流密度与土壤电阻率有关联，认为对埋设在以高电阻率、低腐蚀速率为特征的腐蚀性较小的土壤中的钢管，阴极保护所需要的电流密度要大大小于埋设于低电阻率、高腐蚀性土壤中的管道。

将电流密度与土壤电阻率的关系用以下公式表达[5]：lgip=-lgρ+1.54(2)式中ρ——土壤电阻率，Ω·m在阴极保护实践中，对于新建管道的强制电流法电流密度选择一般根据不同的防腐层类型，选择范围为0.05～0.40mA/m2 。

建议在设计中可以按照表1选择电流密度。

表1管道外防腐层类别与电流密度的选择外防腐层类别石油沥青聚乙烯胶带三层PE保护电流密度/(mA·m-2)0.30～0.400.10～0.20O.05～0.102.3阴极保护效果判据保护电位是表征阴极保护效果的重要指标，阴极保护系统的保护效果应达到下列指标之一[6]：①施加阴极保护后，使用铜-饱和硫酸铜参比电极(以下简称CSE 参比电极)测得的极化电位至少应达到-850mV或更低。

测量电位时，必须考虑除构筑物与电解质界面处之外的电压降影响。

②采用断电法测得管道相对于CSE参比电极的极化电位应达到-850mV或更低。

③在阴极保护极化形成衰减时，测得被保护管道表面与接触土壤的、稳定的CSE参比电极之间的阴极极化电位差不应小于100mV。

④存在细菌腐蚀时，管道通电保护电位(相对于CSE参比电极)应低于或等于-950mV。

⑤在沙漠地区，管道通电保护电位(相对于CSE参比电极)应低于或等于-750mV。

对如何消除构筑物与电解质界面处之外的电压降影响，一般在测试中通过控制设备通电12s，断电3s来达到。

有文献报道利用APM-1型智能测试仪，可以消除因测试技术的原因造成电压降对保护电位测试的影响[7]。

3强制电流法阴极保护设计工艺计算[8]3.1保护长度计算强制电流阴极保护的保护长度按下列公式计算：式中L——保护长度，mL0——单侧保护长度，m△UL——最大保护电位与最小保护电位之差，VD——管道外径，mip——保护电流密度，A/m2Rt——单位长度管道纵向电阻，Ω/mρT——钢管电阻率，Ω·m2/mδ——管道壁厚，m3.2保护电流计算强制电流阴极保护的保护电流按下列公式计算：I=2I0=2πDipL(5)式中I——保护电流，AI0——单侧保护电流，A3.3辅助阳极接地电阻计算在h＞＞d条件下，单支立式阳极接地电阻按下式计算：式中Rv1——单支立式阳极接地电阻，ΩLa——阳极长度(含填料)，md——阳极直径(含填料)，mh——辅助阳桉埋深(填料顶部距地表面)，m在h＞＞La条件下，深埋式阳极接地电阻按下式计算：式中Rv2——深埋式阳极接地电阻，Ω在La＞＞h条件下，单支水平式阳极接地电阻按下式计算：式中Rh——单支水平式阳极接地电阻，Ω3.4阳极组接地电阻的计算阳极组接地电阻按下式计算：式中Ra——阳极组接地电阻，ΩF——修正系数，查SY/T0036—2000规范中“图4.0.6”Rv——单支阳极接地电阻，Ωn——阳极数量，支3.5阳极质量的计算阳极的质量应能满足阳极最小设计寿命的需要，按照下式计算：式中m——阳极总质量，kgt——辅助阳极设计寿命，ag——辅助阳极消耗率，kg/(A·a)K——辅助阳极利用系数，取0.70～0.853.6电源功率的计算强制电流阴极保护系统的电源功率按下列计算：式中P——电源功率，WU——电源设备的输出电压，Vη——电源效率，一般取0.7Rl——导线电阻，ΩRc——阴极(管道)与土壤界面过渡电阻，ΩEr——阳极地床的反电动势，V，焦炭填充时取2VRe——防腐层过渡电阻，Ω·mα——管道衰减因数，m-14工程设计4.1阳极地床类型的选择强制电流阴极保护按照辅助阳极地床的不同分为浅阳极地床和深阳极地床。

对于城市周边的阴极保护站，只要地质条件允许，一般建议采用深阳极地床，以减少阴极保护电流对邻近埋地金属构筑物的影响，并减少征地范围，避免地床在运行中被破坏。

浅阳极地床一般适用于长输管道，或者地质条件不宜安装深阳极地床的地区；阳极区占地面积一般为100～150m2，埋深为2～5m，不容易产生气阻；施工比较简单，施工费用低；阳极一般为高硅铸铁阳极，价格便宜；但容易产生屏蔽问题，部分管道无法受到有效的阴极保护，并且对邻近埋地金属构筑物的影响非常大。

深阳极地床一般适用于城市内管网、长输管道、站场内密集管网和地表土壤电阻率高而地下土壤电阻率低的地区；阳极区占地面积一般为6～10m2。

埋深为30～100m，如果施工不当，容易产生气阻；施工技术难度大，施工费用较高；阳极一般为高硅铸铁阳极、钛阳极(金属氧化物阳极)等，价格较高；屏蔽问题比浅阳极地床少，局部个别管段可能无法受到有效的阴极保护，对邻近埋地金属构筑物的影响较小。

4.2阳极种类与规格的选择常用的辅助阳极材料为高硅铸铁阳极和钛阳极(金属氧化物阳极)，建议在浅阳极地床系统中采用高硅铸铁阳极，深阳极地床系统中采用钛阳极(金属氧化物阳极)，阳极规格根据计算确定。

4.3电源设备的选择一般情况下选用整流器和恒电位仪。

由于埋地管道的保护电流随时间变化很小并且很慢(以月为周期)，在国外多用整流器。

恒电位仪具有恒保护电位与恒保护电流的功能，在国内发展很快，几乎占领了埋地管道阴极保护的整个领域[8]。

根据实践经验，对于自然条件恶劣的地点，应选择整流器；在选择恒电位仪时，不必追求所谓的智能型、远控式等功能，因为目前对此没有统一的标准，这类仪器的可靠性需要实践的检验。

由于许多天然气公司已经建立了SCADA系统，在选择恒电位仪时应考虑标准信号采集的要求。

4.4测试系统通过设计电流测试桩、电位测试桩、绝缘装置测试桩和埋地检查片来测试阴极保护系统的各项参数。

一般按照每1km距离设计1处电位测试桩，每5～8km距离设计1处电流测试桩。

在绝缘法兰(绝缘接头)处应设计绝缘装置测试桩，以检测绝缘效果。