城镇燃气埋地钢管腐蚀控制技术探讨

周云

【摘 要】随着城市各方面的快速发展，城市天然气管网也得到了不断扩展，各种管线纵横交错。天然气管道由于是埋地敷设，长期受到各种腐蚀的侵害，并且经常发生腐蚀泄漏事故，造成了巨大的直接和间接经济损失。本文主要对城镇燃气埋地钢管腐蚀控制技术进行探讨，并对各种防腐控制技术措施作了分析比较，为城镇燃气埋地钢管防腐工程提供参考。

【关键词】燃气埋地钢管；腐蚀控制；外涂层；阴极保护

埋地钢质燃气管道在空气、污水、土壤以及输送介质中会受到腐蚀。燃气钢管的腐蚀会因管道阻塞、结垢等造成的人力、物力消耗，并且管道的腐蚀还造成管道设备非计划性的检修、更换甚至停产，更甚者腐蚀将会造成漏气引起火灾，造成人员伤亡和财产损失。因此，为了保证城市燃气管道的安全营运，城镇燃气埋地钢管的防腐蚀问题至关重要。

1.埋地燃气钢管防腐的要求

《城镇燃气埋地钢制管道腐蚀控制技术规程》CJJ95—2003中3.0.1条规定：城镇燃气埋地钢制管道必须采用防腐层进行外保护。3.0.2条规定：新建的高压、次高压、公称直径大于或等于100mm的中压管道和公称直径大于或等于200mm的低压管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制系统。管道运行期间阴极保护不应间断。6.1.6条规定：新建管道的阴极保护设计、施工应与管道的设计、施工同时进行，并同时投入使用。

《城镇燃气技术规程》GB50494—2009中6.2.10和6.2.11条规定：新建的设计压力大于0.4MPa和公称直径大于等于100mm，且设计压力大于或等于0.01MPa的燃气管道必须采用外防腐层辅以阴极保护系统的腐蚀控制措施，外防腐层应保持完好；采用阴极保护时，阴极保护不应间断。

以上规范要求均为强制性条款，因此对于绝大部分的城市燃气管道均应采用外防腐层和阴极保护相结合的防腐措施，对于以上条文未要求采取阴极保护的管道，从长远看也应设置阴极保护系统。

2.埋地燃气钢管腐蚀控制技术措施

2.1 外涂层防腐措施

（1）外涂层方法防腐可减少或阻断腐蚀电流，进而减缓腐蚀的发生。目前，埋地燃气钢管常用的外防腐涂层主要有环氧煤沥青、挤压聚乙烯（二层/三层PE）、熔结环氧粉末、聚乙烯胶粘带、石油沥青、煤焦油瓷漆等6种。

（2）埋地燃气管道防腐层根据国家现行标准和行业要求，其应符合下列基本要求：绝缘电阻不应小于10000Ω·m2；与管道应有良好的粘接性、耐水性和汽渗透性；应具有规定的抗冲击强度，良好的抗弯曲性能和耐磨性能及规定的压痕硬度等机械性能；具有足够的抗阴极剥离能力，良好的耐化学介质性能和耐环境老化性能，且易于修复，工作温度应为-30～70℃；在涂覆过程中不应危害人体健康，不应污染环境。

（3）选择防腐层应考虑下列因素：土壤环境和地形地貌；管道运行工况；管道系统预期工作寿命；管道施工环境和施工条件；现场补口条件；防腐层及其与阴极保护相配合的经济合理性。

对于高压管道、次高压管道、穿越河流管道、穿越公路管道、穿越铁路管道、有杂散电流干扰及细菌腐蚀性较强的管道以及其他需要特殊防护的管道，应采用加强级或选择更安全的防腐层结构。

（4）为保证防腐层涂覆质量，防腐层涂覆宜在工厂进行。防腐层涂覆前必须对管道表面进行预处理，处理效果应符合标准要求。防腐层涂覆必须保证完整性、连续性及与管道的牢固粘接。防腐层涂覆质量应符合相应的标准要求。防腐后的管道储存搬运应严格按照操作要求，防止防腐层的破坏。管道敷设时要保证回填土质符合要求，回填后应对防腐层进行全线检测。

2.2 阴极保护措施

2.2.1 强制电流法

强制电流法是通过外部的直流电源向被保护金属管道通以阴极电流，使之阴极极化，从而实现保护的一种方法（见图1）。

一般情况下，1个阴极保护站的保护半径为15～20km，2个保护站之间的保护距离为40～60km.保护电位和保护半径的确定，应根据现场经验、实验测定和理论计算等3个方面综合考虑。

图1 强制电流法原理图

强制电流阴极保护的保护长度可按下列公式计算：

式中：L为单侧保护长度，m；ΔVL为最大保护电位与最小保护电位之差，V；D为管道外径m；JS为保护电流密度，A/m2；R为单位长度管道纵向电阻，Ω/m；D′为管道外径，mm；ρT为钢管电阻率，Ω·mm2·m-1；δ为管道壁厚，mm.

强制电流阴极保护系统的保护电流可按下式计算：

I0=πD·JS·L

式中I0为单侧保护电流，A.

保护电流密度JS根据覆盖层电阻选取，见表1。

表1 保护电流密度的取值

根据经验，一般最小保护电流密度选取如下：新建沥青玻璃布防腐管道所需JS约0.1mA/m2，新建三层PE管道所需JS约0.001mA/m2，旧管道的JS取0.3mA/m2.

2.2.2 牺牲阳极法

牺牲阳极法是由一种比被保护金属电位更低的金属或合金与被保护的金属连接，在电解液（土壤）中，牺牲阳极因较活泼而优先溶解，释放出电流供被保护金属阴极极化，进而实现保护。

牺牲阳极种类主要根据土壤电阻率及被保护管道防腐绝缘层的状况而定。根据勘测出来的土壤电阻率ρ，可以采用锌阳极或镁阳极。一般ρ<5Ω·m时，选用锌阳极；5Ω·m≤ρ≤100Ω·m时，选用镁阳极；ρ>100Ω·m时，选用带状镁阳极；在土壤潮湿的情况下，锌阳极使用范围可扩大到30Ω·m.

确定保护管道长度所需牺牲阳极的质量按下列公式计算：

W=6880L′·D2·Ia·T/（Q·η·η1）

式中：Q为理论发生电量，A·h·kg-1；η为电流效率；η1为阳极利用率；T为阳极预计使用寿命，a；Ia为最小保护电流密度，A；L′为所需保护的管道长度，m.

2.2.3 强制电流法和牺牲阳极法比较

强制电流法不消耗有色金属，提供较大的保护电流，易于监测和控制，但需要直流电源，经常需要对保护系统进行检查和管理。由于电流流过的范围宽，对周围其他金属设备产生杂散电流腐蚀，在城市燃气管道的腐蚀控制技术中很少用。但由于其保护范围大、适用性强、使用寿命较长等优点，在一次性建设规模大、地质环境和地下设施相对简单的长输管线建设中被普遍采用。

3.管道腐蚀控制系统的确定

埋地燃气管道腐蚀控制涉及很多方面，不仅需要考虑管道敷设地域土壤的性质及附近状况，也要考虑技术经济和环境保护等因素。

3.1 土壤环境因素

有效的对埋地燃气钢管进行防腐，首先应对土壤腐蚀性进行调查，因为土壤腐蚀性调查结论直接关系管道防腐材料和等级的确定，阴极最大保护半径、阳极材料的选取。检测的主要内容包括土壤杂散电流、土壤电阻率、自然腐蚀电位、氧化还原电位、土质类型分析、土壤的酸碱度（pH值）、含水量、含盐量（SO42-、Cl-）等。应根据土壤腐蚀性选择相应级别的防腐等级。

另外，还要考虑管道在土壤中的腐蚀速率、管道相邻的金属构筑物及其与管道的相互影响，对管道产生干扰的杂散电流源及其影响程度等。

3.2 技术经济因素

应从管道输送介质的性能及运行工况、管道的预期工作寿命及维护费用、管道腐蚀泄漏导致的间接费用和用于管道腐蚀控制的费用几个方面做技术经济分析比较，选取最优方案。

3.3 环境保护因素

该因素包括管道腐蚀控制系统对人体健康和环境的影响、管道埋设的地理位置、交通状况和人口密度、管道控制系统对土壤环境的影响等。以上应根据各地区情况区别考虑，由于防腐措施对环境影响十分有限，当地无特殊要求的一般不予。

4.结束语

综上所述，城镇燃气埋地钢管的腐蚀控制对于整个城镇的燃气管道的安全尤为重要，所以有必要做好城镇燃气埋地钢管的腐蚀控制工作。在城镇燃气埋地钢管腐蚀控制的过程中，应大力推广利用现代高性能免维护绝缘接头，同时保持绝缘法兰井的有效干燥，并且要加强日常的管理维护，大力推广利用新技术、新工艺、新设备来提高防腐技术水平。

参考文献：

[1] 秦国亮；付九全.城市燃气埋地钢管的防腐蚀[J].城市公用事业，2002年06期

[2] 王彦勇.城市燃气埋地钢管防腐方法[J].中国新技术新产品，2012年18期