摘　要：文章針對城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道的陰極保護的方法，犧牲陽極設(shè)計、選用、布置等問題進行了分析介紹，為埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極保護設(shè)計提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：犧牲陽極;管線保護

　　Abstract: this paper discusses town gas buried steel pipeline corrosion protection method, design, selection of sacrificial anode, decorate, this paper analyzed the problems of introduction, for buried steel pipeline sacrificial anode protection design provides reference.

　　Keywords: sacrificial anode; Pipeline protection

　　中圖分類號：TU996 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　1.前言

　　天然氣是一種清潔高效優(yōu)質(zhì)的能源，隨著天然氣應(yīng)用的迅速發(fā)展，天然氣管網(wǎng)的建設(shè)不斷加快。如何建設(shè)結(jié)構(gòu)合理、安全可靠的城市燃氣管網(wǎng)，成為我國燃氣行業(yè)的重要課題。城鎮(zhèn)燃氣地下管網(wǎng)不斷增加，鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護問題日益突出。為了延長埋地鋼質(zhì)管道的使用壽命，確保城鎮(zhèn)燃氣供應(yīng)安全、可靠，通常采用陰極保護方法保護埋地鋼質(zhì)管道。

　　2.設(shè)計方案選擇

　　敷設(shè)燃氣管道沿線土壤性質(zhì)變化較大，容易形成宏觀腐蝕，土壤透氣性良好，成分變化明顯，較易形成濃差電池，城市管網(wǎng)地下金屬結(jié)構(gòu)不明物較多，更易形成電偶腐蝕，以上這些會使管線點蝕與穿孔腐蝕速度加快，陰極保護是防止金屬管道穿孔腐蝕的最有效方法。

　　陰極保護原理的基礎(chǔ)是電化學(xué)中有關(guān)腐蝕原電池的理論。它是根據(jù)不同金屬在電解質(zhì)(如海水、土壤等)中不同的電極電位，電位負的為陽極，電位正的為陰極。在電解質(zhì)中，陽極上失去金屬離子(即腐蝕)，產(chǎn)生電子，電子通過連接電纜流向陰極，從而使陰極上富集了電子。這樣陰極不再失去金屬離子而產(chǎn)生電子，也就是陰極不腐蝕得到保護。上述防腐方法稱為陰極保護。陰極保護就是要消除金屬結(jié)構(gòu)上的陽極區(qū)及腐蝕原電池中的陽極區(qū)。

　　通常可通過以下兩種方法來實現(xiàn)：犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。

　　(1)犧牲陽極陰極保護;

　　犧牲陽極陰極保護是將電位較負的金屬或合金(通常為鎂基、鋁基或鋅集合金)作為犧牲陽極，通過連接電纜與陰極即電位較正的金屬(通常為被保護的構(gòu)筑物)連接，在電解質(zhì)中構(gòu)成了電池組。如鎂和鋼鐵之間電極電位不同，產(chǎn)生電位差(也就是驅(qū)動電壓)，電子從電位較負的鎂經(jīng)電纜流入電位較正的鋼鐵中。此時，鎂不斷的失去電子而遭到腐蝕(犧牲);而鋼鐵因不斷地接受電子從而抑制了鐵離子的形成，使之免受腐蝕。這就是犧牲陽極保護陰極的犧牲陽極陰極保護法。對于埋地金屬構(gòu)筑物，用犧牲陽極不僅有防腐蝕的功能，還能起到防干擾接地電池的作用，同時還有作為接地體的地電壓均壓裝置的功能。

　　(2)外加電流的陰極保護：

　　外加電流的陰極保護是通以直流電流，將電源的負極接到被保護的金屬構(gòu)件上，電源的正極接到輔助陽極上，通過電解質(zhì)構(gòu)成一個回路。這樣金屬構(gòu)件因成為陰極而得到保護。用于外加電流的輔助陽極通常為高硅鑄鐵陽極，另外還有石墨等。

　　對管道實施陰極保護可以彌補非金屬涂敷層的缺點，管道局部暴露部分可以由陰極保護來完成。管道經(jīng)過長時間的使用，在沒有陰極保護的情況下，會造成管道的局部腐蝕，這將導(dǎo)致管道穿孔、天然氣泄漏，使管道使用中留下災(zāi)難性隱患。

　　采用非金屬涂敷層和陰極保護聯(lián)合防腐的方法是最經(jīng)濟、最有效、最可靠的防腐措施。犧牲陽極適用于各種場合的陰極保護，其優(yōu)點在于不需要外加電源，幾乎不需要維護保養(yǎng);保護電流利用率高，不會過保護;管道各處電流均衡，保護電流穩(wěn)定，可以有效避免管道附近雜散電流的干擾，對臨近的地下金屬設(shè)施無干擾影響;施工技術(shù)成熟，安裝及維修費用小;有外加電流無法相比的優(yōu)點。

　　外加電流陰極保護適用于野外長輸管道，需要設(shè)置恒定的外加電源，需要設(shè)立專門的陰極保護站并需要有專人管理和維護，一次性投資費用高。在采用外加電流陰極保護的時候，必須考慮系統(tǒng)輸出電流對附近同一介質(zhì)的金屬物的影響，一般在附近有地下管網(wǎng)或金屬構(gòu)筑物的地區(qū)不適合采用外加電源的陰極保護方法，因此作為城市燃氣管網(wǎng)不適合采用外加電流陰極保護方法。

　　綜合上述，城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道宜采用犧牲陽極陰極保護來減緩?fù)寥缹�管道的電化學(xué)腐蝕。

　　3.陰極保護設(shè)計

　　一、犧牲陽極的選取

　　1) 土壤電阻率

　　土壤電阻率反映了土壤介質(zhì)的導(dǎo)電能力。一般電阻率低的土壤腐蝕性強，反之腐蝕性弱，通常根據(jù)土壤電阻率選取適宜的犧牲陽極。無論采用哪種犧牲陽極，都需要先測出管道所在位置的土壤平均電阻率。土壤中所含成分的比例不同，造成各個地方電阻率也不同，即使同一地點不同埋深的電阻率也不同，因此我們常采用管道所在埋深處的電阻率的平均值。

　　2)犧牲陽極的選用

　　犧牲陽極主要有兩大類型，即鎂合金陽極和鋅合金陽極。

　　根據(jù)勘測出來的土壤電阻率(ρ)，可以選擇采用鋅陽極或鎂陽極。一般ρ<5Ω·m時，選用鋅陽極;5Ω·m≤p≤100Ω·113時，選用鎂陽極;p>100Ω·m時，選用帶狀鎂陽極。在土壤潮濕的情況下，鋅陽極使用范圍可擴大到30Ω·m

　　二、陰極保護設(shè)計

　　1).犧牲陽極保護設(shè)計：

　　<1>.總面積： S=DπL

　　式中：S—管道表面積 m2

　　D—管道直徑 m

　　L—管道長度 m

　　<2>.保護電流密度計算： IA=i·S

　　IA--保護電流密度量

　　i--平均保護電流密度 A/m2 (取0.5X10-3A/m2)

　　S--被保護面積 m2

　　最小保護電流密度IA是根據(jù)管道的防腐層種類、好壞來確定的，新建瀝青玻璃布防腐管道所需的IA約0.1mA/m2，新建三層PE管道所需的IA約0.001mA/m2，舊管道的IA取0.3mA/m2。

　　<3>.單支陽極輸出電流的確定

　　Ia=150000fY/ρ

　　ρ--土壤電阻率Ω.m

　　f--系數(shù) 取1.09

　　Ia--單支陽極輸出電流 mA

　　Y--系數(shù) 取0.79

　　<4>. 陽極支數(shù)確定

　　N=K·IA/Ia

　　N--犧牲陽極數(shù)量 支

　　K--設(shè)計系數(shù) (備用系數(shù) 取2-3)

　　2).陽極地床

　　埋地犧牲陽極必須使用化學(xué)填包料，依據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況選用，工程選配方為： 石膏粉：15%;工業(yè)硫酸鎂：35% ;膨潤土：50%

　　3).陽極安裝：

　　設(shè)計陽極一般為臥式單支或組合二支，四支為一組，軸向埋設(shè)，開槽施工，埋設(shè)一般情況距管道壁3~5m,最小不宜小于0.3m,深度為不小于1m為宜，成組布置，陽極間距為2m。

　　注意事項：1)布置陽極時陽極與管道間不應(yīng)有金屬構(gòu)筑物。

　　2)陽極接地要求按有關(guān)電力接地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，接地電阻〈4Ω。

　　4).測試樁：

　　測試樁在二陽極埋點中部，編號設(shè)置。距離以不大于500米為宜，以施工圖為準(zhǔn)。輔助試片與鋼管材質(zhì)相同，規(guī)格取50X25X5，連接電纜取VV-1KV/1X10mm2銅芯電纜，要求電纜長度有預(yù)留量，電纜四周填5-10cm細砂，上蓋紅磚保護。

　　5).排流器：

　　當(dāng)被保護管道受周圍電場影響，管道的電位較自然電位正向偏移100mV或附近土壤電位梯度大于2.5mV/m時應(yīng)采取防護措施，可采用接地排流方式。

　　三、施工原則和運行管理

　　1) 施工中應(yīng)考慮被保護系統(tǒng)管網(wǎng)和非保護系統(tǒng)管網(wǎng)的隔離問題，通常可用絕緣法蘭作為管網(wǎng)間的隔離設(shè)備。

　　2) 陽極埋設(shè)點可在設(shè)計位置±5米之內(nèi)找合適地點安裝，測試樁可以就近靠路邊、路牙處設(shè)置，以不妨礙使用，不妨礙交通為原則。

　　3) 按規(guī)范規(guī)定的測試項目進行測試，主要是電位、電流、電阻測試，監(jiān)視犧牲陽極工況。保護參數(shù)投產(chǎn)測試必須在陽極埋入地下及填包料澆水10天以后進行。運行后應(yīng)定期監(jiān)測維護，至少每半年一次。

　　4. 結(jié)語

　　(1) 采用陰極保護技術(shù)能大大減緩電化學(xué)腐蝕過程，根據(jù)現(xiàn)有敷設(shè)經(jīng)驗陰極保護的投資占管網(wǎng)總投資比例很小，取得的經(jīng)濟效益與社會效益明顯，因此在埋地鋼質(zhì)管道敷設(shè)中可同時應(yīng)用。

　　(2) 為延長管道壽命，增加使用年限，應(yīng)加強施工過程的防腐層保護，對強腐蝕性土壤地區(qū)的燃氣管道，可考慮加厚防腐層。施工中還應(yīng)使用電火花檢漏儀對防腐情況進行嚴格驗收。這樣即可保護管道，在實施了陰極保護的管網(wǎng)中還可延長陰極的使用壽命。

　　(3) 因地制宜選擇防腐，管道建設(shè)可根據(jù)不同地理環(huán)境和土壤檢驗分析分別選用適宜的管材和防腐方法，保證防腐的長效性，增加管網(wǎng)的安全運行可靠性。

　　作者簡介：蘇崗，男，1973-，漢族，陜西西安人，工程師，現(xiàn)就職西安市燃氣規(guī)劃設(shè)計院有限公司。