埋地管道外的防腐策略與陰極保護的思考

農(nóng)式鵬

（大慶油田工程建設(shè)有限公司，黑龍江 大慶 163002）

0 引言

埋地管道很容易受外界一些因素的影響而發(fā)生腐蝕，如果僅單純的在埋地管道外涂刷一層防腐層，很難對管道進行全方位的保護。目前我國埋地管道附近的電磁環(huán)境一般都較為復(fù)雜，致使一些管道并不在陰極保護范疇內(nèi)。所以還需要注意做好管道的陰極保護，這樣即便埋設(shè)管道的防腐層發(fā)生破損后，其依然可以在陰極保護下安全的運行，避免出現(xiàn)介質(zhì)泄漏的情況。

1 埋地管道腐蝕的主要原因

對埋地管道的自然電位進行測量，可以了解管道在某一區(qū)域段內(nèi)的腐蝕的大致程度。埋地管道腐蝕情況的出現(xiàn)，一般都是管道外腐蝕，導(dǎo)致管道外腐蝕的主要因素就是管道埋設(shè)的土壤環(huán)境。在進行管道埋設(shè)時，管道金屬構(gòu)件在接觸不同性質(zhì)的土壤時，在金屬構(gòu)件的不同位置形成的電極電位也有所不同，而電位差的存在，將會借助土壤這一介質(zhì)形成回路，產(chǎn)生具有腐蝕性的電池，致使管道外發(fā)生電化學反應(yīng)。在反應(yīng)的過程中，將會形成陰極區(qū)與陽極區(qū)。Fe位于陽極區(qū)其被氧化后將形成Fe2+，釋放的電子從陽極區(qū)向陰極區(qū)流入，作用于H+，將其還原成為氫氣[1]。

2 埋地管道外的防腐策略

2.1 石油瀝青防腐

按照防腐層的結(jié)構(gòu)，通常可以將石油瀝青防腐層劃分為三個不同的等級，分別為普通級、加強級與特殊加強級?？梢愿鶕?jù)埋地管道所處的環(huán)境進行選擇，其中包括土壤的腐蝕性、地下水水位以及土壤生物等。如果管道需要從居民區(qū)、鐵路、公路、河渠等地段穿越，那么則可選用特殊加強級或者加強級石油瀝青防腐層。

普通級石油瀝青防腐層就是在埋地管道外線涂刷一層瀝青底漆，厚度需控制在1.5mm左右，然后包裹上一層，接著再涂刷一層厚度在1.5mm左右的瀝青層，然后包裹上一層玻璃布，最后再涂刷一層厚度為1.5mm左右的瀝青層，再使用聚氯乙烯工業(yè)膜進行包裹[2]。

加強級石油瀝青防腐層的總厚度需要在5.5mm以上，相對于普通級石油瀝青防腐層來說，其需要多涂刷一遍瀝青，并且需要多包裹一層玻璃布，同樣在完成第四層瀝青的涂刷后，需再包裹一層聚氯乙烯工業(yè)膜。

特殊加強級石油瀝青防腐層的總厚度需要在7mm以上，需要先涂刷4層的瀝青，并包裹4層的玻璃布，然后再涂刷一層厚度在1.5mm左右的瀝青層，然后包裹上一層聚氯乙烯工業(yè)膜。

該防腐層的優(yōu)勢就是價格比較低，對于不同溫度、不同環(huán)境的埋地管道均較為適用。在具體應(yīng)用時需合理的選擇其等級，并協(xié)同陰極保護一同對管道進行保護。

2.2 FBE防腐

埋地管道外的FBE防腐涂層通常指的是在埋地管道外層涂刷一層熔結(jié)環(huán)氧粉末，其成本主要包括環(huán)氧樹脂、顏料、填料、穩(wěn)定劑、增塑劑、流平劑與固化劑等。該防腐涂層通常為一次性成膜，涂刷的厚涂需在300～500μm之間。該防腐涂層可以牢固的粘結(jié)在管道的鋼鐵表面，同時該管道外防腐層還具有耐磨損、環(huán)保、耐土壤應(yīng)力等應(yīng)用優(yōu)勢。FBE防腐層時常應(yīng)用在管道運行時溫度通常在零下30～100oC的埋地管道[3]。按照防腐層的厚度可以將FBE防腐劃分為兩個等級，分別為普通級和加強級，其中普通級防腐層的厚度通常不可以低于620μm，加強級防腐層的厚度通常需要不低于800μm。一般情況下，需要根據(jù)管道所處的土壤環(huán)境、運行溫度來選擇防腐層的等級。

2.3 環(huán)氧煤焦油瀝青防腐

環(huán)氧煤焦油瀝青防腐層的主要成分包括環(huán)氧樹脂、煤焦油瀝青、改性胺、助劑以及防銹顏料。該埋地管道外防腐層的應(yīng)用優(yōu)勢為可以快速的干燥，并且具有較好的耐油性、耐水性、耐堿性、耐酸性與耐鹽性等。

2.4 聚烯烴黏膠帶防腐

聚烯烴黏膠帶防腐層通常包括兩部分，分別為基膜與膠層。其中基底保護膜使用的是聚乙烯膜片，膠層使用的則是丁基橡膠。該防腐層的優(yōu)勢為具有較高的機械強度。按照不同的應(yīng)用情況可以將該防腐層劃分為補口帶、保護帶、防腐帶。按照防腐層的厚度通?？梢詫⑵鋭澐譃槠胀壟c加強級。其中普通級防腐層的厚度通常需要不低于0.7mm，底漆、內(nèi)帶、外帶只需要完成一層即可。加強級防腐層的厚度通常不可以低于1.40mm，底漆、內(nèi)帶、外帶均為兩層[4]。

2.5 聚氨酯泡沫塑料防腐

在埋地管道外使用聚氨酯泡沫塑料不僅可以達到防腐的目的，同時還可以達到保溫的效果。該防腐層比較適用于運行時溫度在100oC以下的管道。其屬于復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)成包括防腐層、保溫層和防護層，其不管是防腐性還是絕緣性均較為良好。

3 埋地管道陰極保護的有效策略

3.1 基本原理

埋地管道陰極保護就是避免管道在土壤中發(fā)生腐蝕，其基本原理就是以埋地管道的金屬構(gòu)件為陰極，通過直流電流的施加，促使陰極極化，消除金屬表面不均勻的電化學，以此抑制陰極腐蝕，從而實現(xiàn)對埋地管道的保護。

陰極保護主要包括強制電流與犧牲陽極兩種保護方式。

強制電流陰極保護就是將直流電源傳入到回路內(nèi)，在陽極的輔助下，向需要保護的埋地金屬管道施加直流電，讓金屬構(gòu)件成為陰極，以此實現(xiàn)對管道的保護。

犧牲陽極的陰極保護就是利用比埋地管道電位需要負的合金或者金屬與管道的金屬構(gòu)件相互連接，借助電位相對更負的金屬對電流進行不斷的腐蝕溶解，以此實現(xiàn)對管道的保護。

3.2 埋地管道陰極保護的案例

某埋地管道總長度在1.5千米左右，由一條DN1428低碳鋼焊接管構(gòu)成，埋設(shè)土壤的平均電阻率在每米5到10歐姆。管道采用的外防腐層為熔融環(huán)氧粉末。該管道埋地深度較長，并且直徑較大。

站在設(shè)計該埋地管道陰極保護方案時，采用的是外加獨立電流陰極保護系統(tǒng)的方式。在管道兩端分別設(shè)置一個陰極保護站，同時在保護站距離管道30到50米的位置分別設(shè)置一座深井陽極，并在保護站內(nèi)安裝直流電源，在排氣管附近埋設(shè)硫酸銅參比電極，以此實現(xiàn)對埋地管道的陰極保護[5]。

3.3 陰極保護的標準

（1）施加直流電流后，對地電位需要至少為負0.85V；

（2）施加直流電流后，陰極電位向負方向產(chǎn)生的變化值需要比自然電位大300mV；

（3）將直流電源斷開后，陽極電位在負方向產(chǎn)生的變化需比自然電位大100mV；

（4）如果埋設(shè)管道的土壤中含有硫酸鹽，并且含有的硫酸根在0.5%以上，施加直流電流后，電位則需要至少達到負0.95V。如果管道外層涂有防腐層保護電位則需至少達到負1.20V。

3.4 陰極保護中的注意事項

首先，在對埋地管道進行陰極保護前，需先檢查管道，確保埋地管道的絕緣措施的準確性，管道外的防腐層不可以存在任何的漏敷點。同時還需檢查管道的導(dǎo)電性，確保其可以連續(xù)導(dǎo)電。

其次，準確的測試埋設(shè)管道土壤的電阻率，并以此為依據(jù)確定陽極的規(guī)格以及陽極的安裝數(shù)量。

最后，做好管道的電連接。利用銅焊的方式在相連的埋地管道上焊接銅芯電纜，以此實現(xiàn)電連續(xù)性跨接。需要特別注意的是，跨接電纜的焊接方向需要和管道軸處于相同的方向，并且要保證焊接的足夠牢靠，避免出現(xiàn)虛焊的情況。焊接前，需先打磨銅片，對其進行除銹處理，確保焊接的位置有金屬光澤。完成焊接操作后，需將焊點附近的雜物去除掉，并且還需要對跨接鋼片附近以及跨接點做好覆蓋于保護工作，不可以出現(xiàn)銅芯電纜、焊接金屬裸露在外的情況。

4 結(jié)語

綜上所述，在對埋地鋼質(zhì)管道進行保護時，既需要注意做好對管道外的防腐處理，又需要加強對管道的陰極保護。在選擇防腐層時，需要確保所選擇使用的防腐材料可以與管道很好的粘結(jié)在一起，并且具有良好的防水性、絕緣性、韌性、耐熱性、抗微生物腐蝕性。如果防腐層的選擇不夠準確，很可能在投入使用后，導(dǎo)致管道外防腐層的防腐作用失效，很可能會影響管道的安全運行。為此，一定要根據(jù)管道埋設(shè)環(huán)境條件以及各防腐層的優(yōu)缺點，選擇恰當?shù)姆栏绞?，并與陰極保護相互配合，做好埋地管道的保護。