燃气管道阴极保护

阴极保护在埋地天然气管道的应用
刘国胜
大庆油田建设集团工程设计研究院
摘要：天然气管线在施工及运行过程中防腐层产生破损在所难免，导致管材与土壤电位存在差异，产生电化学腐蚀，因此管网应采取防止电化学腐蚀的措施――阴极保护法。

埋地防腐管线在确保防腐层质量良好、施工及运行中防止破损外，牺牲阳极的保护是必不可少的。

关键词：牺牲阳极；阴极保护；施工方法
1 工作原理
在土壤等电解质环境中，牺牲阳极因其电极电位比被保护体的更负，当与被保护体连接后将优先腐蚀溶解，释放出的电子在被保护体表面发生阴极还原反应，抑阻了被保护体的阳极溶解过程，从而对被保护体提供了有效的阴极保护。

2 牺牲阳极的主要特点
2.1适用范围广，尤其适用于中短距离和复杂的管
网。

2.2阳极输出电流小，发生阴极剥离的可能性小。

2.3
随管道安装一起施工时，工程量较小。

运行期间，
维护工作简单。

2.4阳极输出电流不能调节，可控性较小。

2.5无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、
无需征地或占用其他建（构）筑物、保护电流利用
率高等。

3 牺牲阳极的作用
3.1防止防腐层破损处的腐蚀，也就是对被保护钢管进行阴极极化，将其电位转移到保护电位，使钢管上所有的防腐层破损点都呈现阴极倾向。

3.2判断钢管是否有腐蚀危险，即在管线沿线隔一定距离设置检测桩，定期测试管地电位以检测管线防腐层是否存在破损并遭到腐蚀；如果存在腐蚀就应采取措施，将管线的穿孔泄露问题消灭在萌芽状态。

4 牺牲阳极的设计与施工方法
4.1 牺牲阳极的设计
（1）电防护法在选用时应符合以下要求：当土壤电阻率＞100Ω·m时不宜使用牺牲阳极；牺牲阳极的使用寿命与天然气管道相匹配，一般为15a左右；所有被保护的埋地钢质管道应根据需要设置绝缘接头或绝缘法兰。

（2）采用牺牲阳极法时，选用阳极的保护准则为：相对硫酸铜参比电极的阴极极化电位应达到-0.85V或更负；b管道表面与接触电解质的稳定饱和铜／硫酸铜参比电极之间的阴极极化电位差值最小为100mV。

（3）通常根据土壤电阻率选取牺牲阳极的种类，根据保护电流的大小选取阳极的规格。

土壤中牺牲阳极种类的应用选择
注：1在土壤潮湿条件下，锌阳极的使用范围可扩大到30Ω·m。

2表中电位均相对于cu/cuso4电极。

3在锌阳极的使用条件下可使用复合阳极。

（4）牺牲阳极的埋设分为轴向和径向，埋设位置与保护的燃气管道的距离宜为3-5m，但不宜小于0.3m；埋设深度在冰冻线以下，且埋设在潮湿的土壤中；埋设形式可采用立式或卧式。

在阳极与被保护管道之间，严禁设置其他金属构筑物。

（5）牺牲阳极检测桩、检测头在设置时应符合下列要求：牺牲阳极阴极保护的测试系统应能提供被保护体的自然电位、阳极性能、保护电位的功能；检测桩、检测头宜设置在燃气主干管沿线；宜每五组牺牲阳极或至少1Km设置1个检测桩；检测桩应设置在两组牺牲阳极的管段中间部位，且宜安装在管道沿线中土壤腐蚀性强、湿度大、地下水位高或管道绝缘防腐层薄弱的地点；宜在每个检测桩附近设置1个检测头。

（6）设置检查桩和检测头的目的：检测桩是为了监测牺牲阳极装置的保护电位。

检测头是为了检测、掌握阴极保护系统运行后管道被保护状态。

4.2牺牲阳极的施工要求
（1）阳极的埋设：填包料要按比例调拌均匀，不得混入泥土等杂物，装入φ300×1000的棉或麻布袋中，将经过用铁砂纸打光及表面清洁处理的阳极及时插人填包料中心位置，并压实，此时填包料的厚度不得小于50mm且厚薄均匀、密实；包外用铁线缠绕绑实平卧或竖直埋设在管道侧边的2-3m处，埋深应与管道埋深相同，并要在冰冻线以下，用细原土分层浇水湿润后回填土。

（2）所有的电缆与阳极、铜鼻子、管道、加强板的连接采用锡焊（分线盒内的连接除外），焊接前都要剥去防腐绝缘层，清洁、打磨光焊接处；在焊接处及电缆的外裸部位必须做好绝缘防腐处理；电缆加PVC保护套管松缓自然埋设，埋深与管道埋深相同。

（3）在防护罩内的电缆要有个0.8m的冗余长度（电缆冗余部分不加PVC保护套管），以便将分线盒提出地面检测参数；分线盒的两个出线孔用浸过沥青的麻丝填实，再用沥青填平做防水处理。

（4）连接管道的电缆颜色应与其它电缆颜色区分开，以便辩认检测。

（5）分线盒在施工安装、检测完毕后，盖子须拧紧防水。

（6）电缆与管道联接完毕后做防腐密封一直是工程施工中的难点，根据实践采用牛油胶布密封外包PE带的方法；牛油胶布国内外厂家都有销售，它是一种浸满矿脂的带状无纺毡，
具有很好的塑性，能紧密粘附在任意复杂的表面，矿脂可填充在细小的缝隙中；PE带是类似电工胶布的聚乙烯薄膜，包缠在牛油胶布外，可防止回填土污染和土壤应力破坏，使矿脂历经数年也不会干涸，从而保持长期有效密封。

（7）阳极的埋设点必须做永久性标志，永久性标志可以包括周围建筑物。

5 结束语
从实践中得出结论，如果埋地钢管没有良好的防腐措施，2-4年就可能腐蚀穿孔，而天然气管网在市区内，一旦漏气，就可能导致爆炸、火灾、中毒等恶性事故，因此埋地防腐管线在确保防腐层质量良好、施工及运行中防止破损外，牺牲阳极保护是必不可少的。

参考文献：
1、《燃气热力工程常用数据手册》项友谦
2、《燃气热力管道工程》董铁山董久樟
3、《城镇燃气输配工程施工新技术及验收新规范实用手册》黄生科
4、油气管道阴保电缆焊点防腐密封的新方法。