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

　　關鍵詞：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 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1.前言

　　天然氣是一種清潔高效優質的能源，隨著天然氣應用的迅速發展，天然氣管網的建設不斷加快。如何建設結構合理、安全可靠的城市燃氣管網，成為我國燃氣行業的重要課題。城鎮燃氣地下管網不斷增加，鋼質管道的腐蝕與防護問題日益突出。為了延長埋地鋼質管道的使用壽命，確保城鎮燃氣供應安全、可靠，通常采用陰極保護方法保護埋地鋼質管道。

　　2.設計方案選擇

　　敷設燃氣管道沿線土壤性質變化較大，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，城市管網地下金屬結構不明物較多，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是電化學中有關腐蝕原電池的理論。它是根據不同金屬在電解質(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。在電解質中，陽極上失去金屬離子(即腐蝕)，產生電子，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構上的陽極區及腐蝕原電池中的陽極區。

　　通常可通過以下兩種方法來實現：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(通常為被保護的構筑物)連接，在電解質中構成了電池組。如鎂和鋼鐵之間電極電位不同，產生電位差(也就是驅動電壓)，電子從電位較負的鎂經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件上，電源的正極接到輔助陽極上，通過電解質構成一個回路。這樣金屬構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，這將導致管道穿孔、天然氣泄漏，使管道使用中留下災難性隱患。

　　采用非金屬涂敷層和陰極保護聯合防腐的方法是最經濟、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，其優點在于不需要外加電源，幾乎不需要維護保養;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施無干擾影響;施工技術成熟，安裝及維修費用小;有外加電流無法相比的優點。

　　外加電流陰極保護適用于野外長輸管道，需要設置恒定的外加電源，需要設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，必須考慮系統輸出電流對附近同一介質的金屬物的影響，一般在附近有地下管網或金屬構筑物的地區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不適合采用外加電流陰極保護方法。

　　綜合上述，城鎮燃氣埋地鋼質管道宜采用犧牲陽極陰極保護來減緩土壤對管道的電化學腐蝕。

　　3.陰極保護設計

　　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的導電能力。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、陰極保護設計

　　1).犧牲陽極保護設計：

　　<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 取1.09

　　Ia--單支陽極輸出電流 mA

　　Y--系數 取0.79

　　<4>. 陽極支數確定

　　N=K·IA/Ia

　　N--犧牲陽極數量 支

　　K--設計系數 (備用系數 取2-3)

　　2).陽極地床

　　埋地犧牲陽極必須使用化學填包料，依據當地實際情況選用，工程選配方為： 石膏粉：15%;工業硫酸鎂：35% ;膨潤土：50%

　　3).陽極安裝：

　　設計陽極一般為臥式單支或組合二支，四支為一組，軸向埋設，開槽施工，埋設一般情況距管道壁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有金屬構筑物。

　　2)陽極接地要求按有關電力接地技術標準，接地電阻〈4Ω。

　　4).測試樁：

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

　　5).排流器：

　　當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) 施工中應考慮被保護系統管網和非保護系統管網的隔離問題，通常可用絕緣法蘭作為管網間的隔離設備。

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

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

　　4. 結語

　　(1) 采用陰極保護技術能大大減緩電化學腐蝕過程，根據現有敷設經驗陰極保護的投資占管網總投資比例很小，取得的經濟效益與社會效益明顯，因此在埋地鋼質管道敷設中可同時應用。

　　(2) 為延長管道壽命，增加使用年限，應加強施工過程的防腐層保護，對強腐蝕性土壤地區的燃氣管道，可考慮加厚防腐層。施工中還應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，管道建設可根據不同地理環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，現就職西安市燃氣規劃設計院有限公司。