钟学胜
海南民益工程技术有限公司 海南 570108
摘要：埋地管道的阴极保护技术是抑制管道腐蚀和延长管道寿命的一种有效手段。可以使埋地管道免遭杂散电流、土壤的腐蚀，提高燃气管网的安全性、可靠性。但我国阴极保护技术的发展相对落后，好多埋地管道还没有应用阴极保护技术，缺乏对阴极保护参数的选取，施工、检测等技术的研究。本文结合笔者的工作经验及实例，讨论了阴极保护技术在施工、检测、效果等方面，通过合理的施工工艺，以达到最终的阴极保护效果。
关键词：城镇燃气埋地管道；阴极保护；阳极；
引言：
目前很多城市的天然埋地管道还没有应用阴极保护技术。天然气埋地管道所处位置存在以下问题：管道较集中，支线多，系统复杂，地下综合管线分布集中，采用常规的阴极保护有一定的困难。如果仅依靠传统的外涂层物理防护方法，已不能对埋地管道提供有效的保护，腐蚀现象也越来越严重。而且对于城市天然气管道，处于城市人口密集区，同时受城市轨道交通、各种电力设施、综合管线开挖破坏的影响变得更为复杂，如果由于埋地管道腐蚀穿孔造成天然气泄漏，极易发生燃烧爆炸等重大事故，造成巨大的人员和财产损失，影响社会稳定。阴极保护技术可以有效地对燃气管道的埋地管线实施保护，采用合理的阳极布设、均匀分配保护电流等方法，使被保护管道可以作为一个整体处于合理的保护电位范围内，达到保护的目的。
1实施埋地管道的阴极保护的原理
1.1原理
阴极保护是根据电化学腐蚀原理而发展的电化学保护技术。通过向被保护体输送电子，使腐蚀电池中的阴极电位负移至阳极电位，两者电位相等，无推动力腐蚀电流为零。金属物质在自然环境中发生腐蚀的顺序为：钾＞钠＞钙＞镁＞铝＞锌＞铁＞铅（氢）＞铜＞汞＞银＞铂＞金。如下图
由于被保护管道错综复杂，保护回路多，造成保护电流回路相互影响，同时又受外部杂散电流复杂多变的影响，要想达到良好的保护效果、减少对周边以及其他保护范围以外设施的影响，在施工、调试和投产后的运行阶段须持续的进行调整和优化。
3天然气埋地管道阴极保护施工注意事项
3.1施工步骤中的具体要求
在施工时，进行施工的各个部分都应该有详细明确的规定，对阳极埋深以及位置、电缆埋深、管道和每一个阳极之间的间隔、恒电位仪进行安装时的操作步骤以及具体的安放方位等每一个施工过程都应该遵守相关规定。
3.2施工过程及步骤
对于阴极保护系统来说，其工程的质量将对整个系统的使用成效以及使用期限有着非常重要的影响。因此，倘若施工以及安装方式错误，那么将会对整个阴极保护系统有非常不良的影响，严重情况下可能会导致危险的发生。
3.2.1 阳极施工
（1）准备工作
确定每处浅埋阳极的分布位置，在地面进行标示，阳极位置可以适当调整，避开埋地设施，根据设计方案确定阳极电缆的走向。
（2）阳极地床的开挖
开挖之前，必须获得地下管道或电缆现状图，经确认做好开挖标记的地方没有埋地管道或电缆时，再用地下管线探测仪对标记处进行探测，确认没有其他管道或电缆存在方可开挖。对有异常的地方做好标记，避免开挖时对管道和电缆产生损伤。开挖时，严禁野蛮施工，以避免破坏其他一些附属设施。为了便于辅助阳极、连接电缆的敷设及相关组件的焊接，对地井、地沟的开挖尺寸作明确的要求，一般宽度为 1m，阳极顶部距离地面不得低于 1m。
（3）浅埋阳极的安装和回填
浅埋阳极采用管状高硅铸铁阳极，将每支阳极垂直放置在钻好的阳极孔内，让阳极处于钻好阳极孔的正中心。阳极埋设深度在冻土层以下，并不得小于 1m。阳极地床与管道平行或者垂直埋设，距离埋地管道距离至少为 1.5m；如阳极安装位置遇到障碍物，具体位置可根据实际情况进行适当调整。每个阳极通过阳极主电缆连接在一起。阳极主电缆安装在阳极块斜上方 300mm 处。阳极主电缆与恒电位仪连接。阳极自带电缆和阳极电缆用铜管压接。电缆除去绝缘层，芯线伸出 40mm，伸入Φ12 铜管进行压接，然后涂上热熔胶，再用电缆专用热收缩套进行加热、收缩密封防腐。边回填边捣实，并且应保证填料中无外来杂质，当土壤干燥时阳极安装后应加水浸润。土壤回填完后，在阳极地表埋设特殊标记，以便于阳极失效时的更换。
阳极安装数量取决于防腐层质量及环境条件，防腐层质量越好，需要保护电流密度越小，达到保护电位所需阳极数量越少，保护半径越长。
2.2.2阴极保护电缆敷设
（1）电缆之间的连接
阳极汇流电缆：防爆接线盒和恒电位仪之间的连接电缆。连接方法为通过电缆两端的铜鼻子（适用于 1×25mm2电缆）用螺栓与防爆接线盒里的接线柱、恒电位仪的阳极接线柱相连，连接必须牢固，必须保证完全电气联通。阴极、零位接阴和测试电缆与管道之间采用铝热焊的方式进行连接，焊接务必导电良好，不得虚焊，焊接后应对焊点进行严格的防腐绝缘。电缆与电缆间采用铜管压接的方式进行连接，连接处采用热熔胶和电缆专用热收缩套进行防腐绝缘。
（2）电缆和管道的连接
阴极电缆、测试桩接管道电缆、零位接近电缆、均压线电缆均利用铝热焊的方法和管道进行连接，连接的位置根据设计文件确定，焊点离管道焊缝的距离大于 100mm。焊接后对焊点进行防腐。防腐前对防腐区域进行清理，去除焊渣和管道表面尖锐突起，并用丙酮擦拭；对补伤处周围 10cm 内防腐层打毛并进行清理；补伤胶要均匀涂敷在补伤区域；补伤片覆盖原防腐层区域，用火焰喷枪加热均匀，加热过程中要用辊子挤压，保证补伤胶从补伤片边缘均匀溢出；补伤后使用电火花检漏仪进行检测，耐电电压大于原防腐层电压。
（3）阴极保护电缆敷设
电缆敷设应严格按照标准的要求，电缆敷设深度不低于 800mm，并确保埋设在冻土层以下，同时，地面、地下均应留足裕量，以防止土壤下沉时拉断电缆。电缆敷设上方需铺沙盖砖。阴极保护电缆需要穿越院墙、公路、管道、水沟以及其他电缆时，应当加适当管径的保护套管，保护管两端应比穿越段两端长出至少 300mm。
3案例分析
海口市龙昆南延长线天然气管道工程，全长10.3公里，采用3PE防腐钢管，该项目周围有混凝土搅拌厂、电力设备厂，海鲜大排档，穿过3个自然行政村。
3.1阴极保护方案
根据项目的管道和周围地下、地上综合管线地网特点，采用牺牲阳极进行阴极保护。
该项目要保护的埋地管道，每隔一定距离设置一支（或一组）阳极，阳极采用高硅铸铁阳极。根据全线埋地管道需要的保护电流数值，采用 每500米一组，共计21组高硅铸铁阳极，使用焦炭进行回填。为便于测试管道阴极保护电位，共设置 2个电位测试桩。
3.2阴极保护实施及效果评价
在该项目阴极保护工程施工完成后，对阴极保护效果进行了跟踪监测，评价结果如下：
（1）在阴极保护系统通电之前，对埋地管道自然腐蚀电位进行了测量，结果表明埋地管道自然腐蚀电位在波动剧烈，受到严重的直流杂散电流干扰。
（2）对阴极保护系统通电不同时间后埋地管道的阴极保护电位进行了跟踪测量。由通电 3个月、半年后的通、断电电位测量数据可见，测试点处阴极保护通、断电电位均负于-0.85V（CSE），极化电位大于 100m V，满足 NACE RP 0169 和 SY 0007—1999的要求，保护效果较好。
（3）通电半年后，测试点的管道保护电位与数值计算结果很接近，说明对于分布式浅埋阳极阴极保护方式达到保护管道的要求。
4总结
天然气埋地阴极保护技术是防止地下管道及金属构件腐蚀的有效手段，本文结合天然气埋地管道阴极保护施工的具体实践，讨论了施工的注意事项，包括对施工方案的要求以及对施工过程的要求。在已运行的埋地管道上施工，要遵守相关的安全管理制度，施工人员防护、机具等要符合防爆的要求，施工中要注意对已有设施的保护。
参考文献
[1]陈洪源，范志刚，刘玲莉，刘桂春，陈军，矫伟.区域性阴极保护技术在输气站场中的应用[J].油气储运.2005（05）
[2]耐蚀金属材料及防护技术，北京，化学工业出版社，2000.1
[3]胡士信主编.阴极保护工手册，北京，化学工业出版社，1999.12
论文作者:钟学胜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/16
标签：阳极论文; 阴极论文; 管道论文; 电缆论文; 电位论文; 电流论文; 技术论文; 《防护工程》2018年第11期论文;