淺談陰極保護(hù)在長輸管道中的應(yīng)用

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對石油、燃?xì)獾鹊男枨罅坎粩嘣黾?，可以說，良好的輸送能夠大大提高供應(yīng)質(zhì)量，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展。文章主要通過對陰極保護(hù)方法及管道安裝陰極保護(hù)系統(tǒng)過程中應(yīng)該注意的問題進(jìn)行分析，全面提出合理的成品油管線陰極保護(hù)施工方案，以此，進(jìn)一步提升陰極保護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：陰極保護(hù)；腐蝕；雜散電流

前言

現(xiàn)代社會離不開能源，能源建設(shè)對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。當(dāng)前，我國石油、燃?xì)赓Y源輸送還是使用的長距離埋地管道，通過這種方式使石油、燃?xì)膺M(jìn)入分支管道，實(shí)現(xiàn)使用價(jià)值。但是，這種方式主要是把長輸管道埋到地下的方式，這種敷設(shè)存在一定的局限，特別是管道需要穿越不同的地質(zhì)、復(fù)雜的路段、惡劣的環(huán)境等，這就直接導(dǎo)致了管道會發(fā)生不同程度的腐蝕現(xiàn)象，只有全面保護(hù)好管道，才能從根本上預(yù)防腐蝕加大，通過良好科學(xué)的現(xiàn)代防腐技術(shù)，能夠大大減少腐蝕程度，使腐蝕程度全面降低，節(jié)省開支，不使供應(yīng)企業(yè)受到經(jīng)濟(jì)上的損失，如果防腐效果好，可以節(jié)約25%～30%的經(jīng)濟(jì)損失。通過歸納外部成因主要有：土壤腐蝕、大氣腐蝕和生物腐蝕三種類型。而在管道生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工各個(gè)環(huán)節(jié)中，也會出現(xiàn)防腐層受到破壞的情況，如果防腐層被破壞，那么地下管線也會很快出現(xiàn)腐蝕。在進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，技術(shù)上還不能完全解決管道和環(huán)境、介質(zhì)完全隔離，這就導(dǎo)致了防腐絕緣層材料會出現(xiàn)吸水和透氣，埋地后在土壤溶液作用下，管道防護(hù)層就會出現(xiàn)老化、發(fā)脆、剝離、脫落等情況，這種泄漏會對企業(yè)造成不可估量的巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1 陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 陰極保護(hù)方法

金屬管道被埋設(shè)到地下，受到外部影響與內(nèi)部因素的控制，管道表面就會劃分出陽極區(qū)和陰極區(qū)兩部分，腐蝕主要就發(fā)生到陽極區(qū)，其局部會出現(xiàn)一定程度的腐蝕現(xiàn)象，要想有效解決這一問題，就需要使用到陰極保護(hù)措施。陰極保護(hù)主要是指將被保護(hù)金屬（如煤氣管道）進(jìn)行陰極極化，使電位負(fù)移到金屬表面陽極的平衡電位，使化學(xué)不均勻性引起的腐蝕電池消除掉，這樣埋設(shè)到地下的金屬部分就會免遭土壤地質(zhì)等環(huán)境介質(zhì)腐蝕。也就是說用輔助陽極或犧牲陽極材料的腐蝕來代替被保護(hù)管道和設(shè)備腐蝕，通過這種方式，能最大限度的對管道進(jìn)行良好保護(hù)，達(dá)到延長管道使用壽命的目的，全面提高輸送安全性和經(jīng)濟(jì)性。為了使陰極保護(hù)達(dá)到最佳效果，則需要材料符合規(guī)定要求，被保護(hù)金屬管道一定要有良好的防腐絕緣層，這樣不但能降低費(fèi)用，而且還能提高保護(hù)效果。陰極保護(hù)技術(shù)需要通過電流進(jìn)行供給，按標(biāo)準(zhǔn)或劃分成犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法兩種方式。不同的方法有不同的優(yōu)勢，犧牲陽極法優(yōu)點(diǎn)是不用外接電源、干擾少、維護(hù)簡便、費(fèi)用不高、不占面積、不影響構(gòu)筑物、電流利用高等，所以說，這種方法非常符合區(qū)域范圍小的作業(yè)，對埋地鋼管防腐蝕效果較好，也符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。強(qiáng)制電流法的優(yōu)勢主要是保護(hù)范圍大、適用廣、激勵(lì)電勢及輸出電流較強(qiáng)勁、費(fèi)用不高等，通過優(yōu)勢分析，我們看到，這種方法非常適合長輸管線的防腐。只有不同的區(qū)域使用不同的方法，才能有效提高保護(hù)能力。

1.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.2.1 接地電池的設(shè)置。為了不出現(xiàn)多方的干擾，就需要把電絕緣保護(hù)電流限定到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)內(nèi)，明確范圍，使保護(hù)能力提到提升。要想達(dá)到的保護(hù)效果，防止出現(xiàn)絕緣設(shè)備被雷擊或者靜電火花，就要采取合理科學(xué)的措施，做好防破壞保護(hù)，可以通過對絕緣設(shè)備處安裝接地電池的方法，全面避免類似事故發(fā)生。要掌握良好的方法，安裝前，要做好地形的檢查，避開地下水較多的區(qū)域，在安全的區(qū)域進(jìn)行連接，這樣能保護(hù)接地電池不失效和短接，確保設(shè)備設(shè)施安全運(yùn)行。

1.2.2 雜散電流的預(yù)防措施。雜散電流會干擾效果，一定要按照標(biāo)準(zhǔn)做好嚴(yán)格控制。雜散電流會導(dǎo)致地下管道出現(xiàn)強(qiáng)烈電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，果監(jiān)測電位梯度高出2.5mV/m的時(shí)候，一定要進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)，考慮采取一定的防護(hù)措施確保管道出現(xiàn)腐蝕。管道在雜散電流處有1cm2的防腐層破損，且此處有1mA的雜散電流流出的時(shí)候，這個(gè)地方腐蝕速度就會增加，能達(dá)到12mm/a左右。如果遇到雜散電流嚴(yán)重干擾，則需要采取技術(shù)措施做好保護(hù)，一般情況下，利用排流鋅陽極組使雜散電流減少，進(jìn)一步提高管道防腐蝕和抗干擾強(qiáng)度。

1.2.3 穿跨越處的特殊保護(hù)。對一些地面環(huán)境較為復(fù)雜的區(qū)域，需要做好保護(hù)，特別是通過公路和鐵路的管道穿越工程，受到地面巨大的承重壓力，會使管道出現(xiàn)變形，只有良好的保護(hù)套管才能確保傳輸安全。一般情況下，套管穿越要做好主管道和套管之間的工程建設(shè)，對兩端進(jìn)行密封和安裝絕緣支架，使管道與套管之間存在一個(gè)電絕緣層。需要注意的是，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果操作不當(dāng)，會出現(xiàn)陰極保護(hù)電流穿過套管壁流向套管內(nèi)主管道表面的情況，這時(shí)，套管內(nèi)的主管道就會腐蝕。那么，就需要在套管內(nèi)設(shè)計(jì)安裝帶狀鋅陽極保護(hù)，可以在管道開鑿焊點(diǎn)，用鋁熱焊進(jìn)行緊密焊接，使其依附到管道之上，對焊點(diǎn)做好捆扎保護(hù)，使用膠帶做好固定，只有對各個(gè)焊接處做好防腐，才能確保帶狀陽極、輸氣管道、套管及支撐物不會出現(xiàn)任何電接觸的情況，保證了穿跨越保護(hù)的良好效果。

1.3 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)方案

A至B管道沿線土壤電阻率有極大的變化，低點(diǎn)為25.1Ω·m，高點(diǎn)為392.8Ω·m，普遍路段為40～60Ω·m，雜散電流電位梯度是2.8～5.4mV/m。

1.3.1 理論計(jì)算。按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求，要做好全面的計(jì)算，使被保護(hù)管道基本數(shù)據(jù)和陰極保護(hù)參數(shù)長度、電流及所需的保護(hù)站數(shù)量得到確定，基本計(jì)算方式如下。

基本計(jì)算數(shù)據(jù)：直徑為D=323.9mm，壁厚為δ=6.4mm，管線全長為96.8km。

陰極保護(hù)參數(shù)取值：管道自然電位-0.55V，低點(diǎn)電位-0.85V，通電點(diǎn)電位-1.25V，電阻率ρT=0.166Ω·mm2/m，JS=2×10-3A/m2。

那么，我們就可以進(jìn)行強(qiáng)制電流陰極保護(hù)長度的設(shè)定：

把設(shè)計(jì)好的參數(shù)代入公式，就能夠計(jì)算出單側(cè)保護(hù)長度是L=65.93km。

1.3.2 犧牲陽極布點(diǎn)的技術(shù)和施工要求。犧牲陽極在施工中，埋設(shè)距離要大于0.3m，小于5m，確保埋深與管道埋深相一致，需要注意的是，對北方地區(qū)需要保證埋設(shè)在冰凍線下部，深度大于1m左右為宜，不能直接埋設(shè)到潮濕的土壤內(nèi)，立式或臥式埋設(shè)均可，做好隔離，對陽極與保護(hù)管道預(yù)留空間，不能出現(xiàn)金屬構(gòu)筑物。為了更好地監(jiān)測電化學(xué)參數(shù)，需要對犧牲陽極測試樁與管道做好相關(guān)連接，這種方法，能夠快速的檢測和掌握陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行后管道被保護(hù)的基本狀態(tài)。對一些需要連接的部分，特別是電纜、陽極、銅鼻子一定要進(jìn)行錫焊，在進(jìn)行焊接時(shí)，為了保證效果，需要?jiǎng)兊舴栏^緣層，做好清潔的打光，焊接后，一定要正確處理好焊接處，提高絕緣能力，最后要埋設(shè)前，要對電纜外套PVC管做好外部保護(hù)，保證埋深一致。陽極連接管道電纜顏色要有區(qū)分，地面要記錄好永久標(biāo)志，方便檢查與維護(hù)。

1.3.3 陰極保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。在全部施工完成后，又對A至B長輸管線陰極保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了測量，主要選擇了97個(gè)測試樁，相對硫酸銅參比電極結(jié)果是-0.95～-1.20V，也就是說長輸管道對地電位是低于-0.85V的，滿足了工程設(shè)計(jì)需要，并且符合規(guī)范基本要點(diǎn)。

2 陰極保護(hù)系統(tǒng)管理

按月對全線保護(hù)電位做好測量，按季度測量陽極床接地電阻；按天記錄陰保間恒電位儀保護(hù)電位、輸出電壓及輸出電流；管道電流、電位進(jìn)行測試保護(hù)；數(shù)據(jù)要存檔便于查閱與復(fù)測。

3 結(jié)束語

實(shí)踐證明，埋地管道防腐非常重要，一定要采取合理的保護(hù)方法，才能有效確保輸送安全，當(dāng)前，只有不斷創(chuàng)新，才能保證聯(lián)合保護(hù)應(yīng)用效果，使陰極保護(hù)達(dá)到對新管線防護(hù)、對舊管線延壽的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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