石油天然气管道运行中的阴极保护探讨

康 勇，何 凡

中国石油管道济南输油分公司，山东 济南 250000

0 引言

随着天然气气田的不断开发，世界各国和地区的天然气管道建设得到了迅速发展。石油天然气在人民生活和国家经济发展中起着越来越重要的作用。然而，随着石油天然气管道投产运行时间逐渐增长，埋在土壤中的金属管道由于各种原因管道表面将出现阳极区和阴极区，并在阳极区发生局部腐蚀，严重降低了管道的使用寿命。阴极保护就是利用外加手段迫使电解质中被保护金属表面都成为阴极，以达到抑制腐蚀的目的，对提高管道使用寿命，促进管道安全运行具有重要的意义。

1 阴极保护原理

阴极保护在国外输水管道和国内石油天然气管道都已应用，管道外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防蚀措施。阴极保护对腐蚀反应进行积极的干预，它采阴极极化的电化学手段，保证了被保护金属体的电化学均匀

性，抑制了腐蚀电池的产生。其基本原理是将被保护金属（如天然气管道）进行阴极极化，使电位负移到金属表面阳极的平衡电位，消除其化学不均匀性所引起的腐蚀电池，使金属免遭环境介质（如土壤）的腐蚀。即用辅助阳极或牺牲阳极材料的腐蚀来代替被保护管道、设备的腐蚀。从而达到延长被保护管道的使用寿命，提高其安全性和经济性的目的。

2 石油天然气管道运行中的阴极保护系统设计

2.1 阴极保护类型的确定

从而阴极保护原理中可以看出管道阴极保护过程必须在电解质中进行，因此埋在土壤中的钢质全性和经济性方面达到完美组合，则是目前石油天然气管道非常适宜采取阴极保护。若阴极保护与管道本身的防腐层互相补充，从而在安公认的最佳防腐方案。埋地钢质管道的阴极保护一般分为强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种。根据国内外的实践经验，石油天然气管道宜采用牺牲阳极法来减缓土壤对管道的电化学腐蚀。

2.2 牺牲阳极保护材料的选择

牺牲阳极通过阳极自身的消耗给被保护金属体提供保护电流，因此对牺牲阳极材料要求有足够的负电位、阳极极化小、使用过程中电位稳定、溶解均匀、表面不产生高电阻的硬壳且无污染，常用的有：镁与镁合金、锌、铝合金3大类。镁阳极一般适用于各种土壤环境；锌阳极适用于土壤电阻率低的潮湿环境；铝阳极则用于低电阻、潮湿和氯化物的环境，而不能用于土壤中。在实际应用中，应根据具体环境选择河流的牺牲阳极保护材料。

2.3 阴极保护电流密度的确定

确定最小阴极保护电流密度是天然气管道阴极保护设计的关键环节。对于防腐状况良好的新管道，最小阴极保护电流密度一般为3050μA/m2～50μA/m2。对于旧管道，一般是通过试验测量防腐层漏电阻，然后根据电阻估计最小阴极保护电流密度。然而旧管道的涂层状况及现场情况随管道不同变化很大，得出的结论往往极不准确。因此，可采用馈电试验结果，并通过公式推导，准确地确定旧管道的最小阴极保护电流密度。

2.4 牺牲阳极保护的施工

2.4.1 接地电池的设置

电绝缘可以将保护电流限定在一定的范围内，避免相互间的干扰。为了防止绝缘设备遭受雷击及静电火花引起的破坏，在所有安装绝缘设备处各安装一副接地电池。接地电池安装前必须进行检查，在地下水丰富的地方，接地电池容易出现失效、短接的现象。

2.4.2 管道的埋设

阳极的埋设时应提前按比例配制、调匀好填料，装入φ300 mm×1000 mm的棉或麻布袋中，将经过用铁砂纸打光及表面清洁处理的阳极及时插人填料中心位置并压实，用细原土掺盐分层浇水湿润后回填土。所有的电缆与阳极、铜鼻子、管道、加强板的连接采用锡焊(分线盒内的连接除外)，焊接前都要剥去防腐绝缘层，清洁、打磨光焊接处;在焊接处及电缆的外裸部位必须做好绝缘防腐处理。电缆加PVC保护套管松缓自然埋设，埋深与管道埋深相同。

2.4.3 管道电气绝缘措施

阴极保护需要被保护输气管道的电气连续性，以及与外界的绝缘，这一点非常重要，为此采取以下措施：一是管段进、出口法兰端安装10个型号为JY40-200绝缘接头；二是所有其他与管道直接相连的金属件不允许直接接地；三是天然气管道埋地部分不能与全厂接地网相连，且要保证管道与全厂接地网的最小距离为3 m。

2.4.4 防腐密封

电缆与管道联接完毕后的防腐密封一直是工程施工中的难点。在牺牲阳极保护的施工中可根据实践采用牛油胶布密封外包PE带的方法。牛油胶布它是一种浸满矿脂的带状无纺毡，具有很好的塑性，能紧密粘附在任意复杂的表面，矿脂可填充在细小的缝隙中。同时，可防止回填土污染和土壤应力破坏，使矿脂历经数年也不会干涸，从而保持长期有效的密封。

3 石油天然气管道运行中的阴极保护系统检验

阴极保护系统能否安全正常运行，主要取决于对系统的检测与管理。为了避免以前在管理中存在的问题，我们必须制定了管道阴极保护系统检测技术规程。

3.1 测试桩的设置

测试桩是一种专门用于管道阴极保护配以电位测试探头对保护管道进行测试的附属设备，是管道管理维护中必不可少的装置。一般要求每个保护管道每公里设置一个电位测试桩。且宜安装在管道沿线中土壤腐蚀性强、湿度大、地下水位高或管道绝缘防腐层薄弱的地点。

3.2 制定检测方案

管道检验前，在资料审查基础上，根据管道使用年限、运行状况、危险程度等因素，编制天然气高压埋地管道阴极保护系统检验方案。牺牲阳极保护的管段通过设置汇流点测试桩、中间点测试桩等。中间点位于两组阳极之间，获得保护电流小，保护电位最正，如果该处电位达到保护要求，那么才能得到管线全部受到保护的结论。管线电位检测方法有地表参比法、近参比法、远参比法、断电法、辅助电极法。针对一般管线钢管采用三层结构聚乙烯防腐，加强级防腐，防腐质量好，可采用地表参比法能满足检测要求。测试时将参比电极CSE放在管道顶部上方1m范围的地表潮湿土壤上，应保证参比电极与土壤电接触，将电压表调至适宜的量程上，读取数据，作好记录，判断电位是否达到保护要求。

[1]李永威，周凌.埋地管道外防腐与阴极保护的探讨[J].煤气与热力，2002(1).

[2]俞河军.浅述石油输送管道阴极保护的设计要点[J].装备制造，2009(8).