天然气输送管道阴极保护系统研究

赵萌(山东省天然气管道有限责任公司, 山东 济南 250000)

0 引言

随着天然气走进千家万户，国内外天然气管道的建设得到了大力的发展[1]。天然气输送管道运行过程中防腐保护十分重要，它关系着能源运输安全以及国民经济的发展，对天然气管道防腐技术的研究一直以来都是十分关键的，受到了石油天然气行业广泛的关注和重视。天然气埋地输送管道运行时间越长，意味着管道表面发生腐蚀的几率越大，埋地天然气管道由于埋地土壤、水环境以及接触介质等问题会出现阳极区腐蚀现象[2-3]。近年来，对天然气管道阴极保护技术方面的研究十分成熟，引进阴极保护系统可以迫使被保护金属管道表面阴极极化，抑制被保护管段电子迁移，从而避免发生管道腐蚀现象，对于提高管道运行寿命，以及维护天然气管道输送安全起到极其重要的作用。

1 阴极保护工作原理

在国外天然气输送管道方面，阴极保护技术已经应用的很成熟，主要是指在电解质环境中(埋地土壤)，将被保护的金属管道进行阴极极化，消除金属体化学不均匀性，抑制发生金属腐蚀的电子发生迁移，或者避免金属腐蚀出现，也就是牺牲金属管道阳极，抑制被保护发生腐蚀导致电子转移，为被保护金属提高阴极保护。在天然气输送过程中，主要是将牺牲阳极材料来代替被保护金属管道的腐蚀，起到延长天然气输送管道使用寿命，确保管线输送运行的可靠性和安全性。

2 天然气输送管道阴极保护系统设计

2.1 管道牺牲阳极保护材料

通过牺牲阳极部分来取代被保护的金属管道的腐蚀，牺牲阳极保护材料应该具备以下几点特性[4-5]。

(1)对中短距离、复杂管线有一定的适用性。

(2)阳极极化小，阳极输出电流小。

(3)在工作过程中具有足够的负电位，并且电位稳定、金属表面不产生高电阻。

(4)无需外部电源，运行期间，安装、维护费用低且简单。

一般情况下，土壤电阻率大于100Ω·m，是不适宜使用牺牲阳极方法，根据天然气管线埋地土壤电阻率大小来决定选取牺牲阳极材料，选取规格如下表1所示。

表1 天然气埋地管线牺牲阳极材料选取规格

2.2 施工设置工程

对牺牲阳极保护作业施工，主要包括四个方面作业，分别是接地电池的安装、阳极的埋设标准、阳极管道电气绝缘设置以及防腐密封。

(1)接地电池主要是为防止绝缘设备遭受雷击静电造成破坏时，及时提供电源，安装前一定要检查埋地土壤地下环境。

(2)在Ф300mm×1000mm棉麻布袋中，装入提前配置、调均好的填料，填包料的厚度应大于50mm，填包料按照SYJ-19～86标准配置，将打光、清洁的阳极插入填料中心，压实后浇水润湿填土。

(3)天然气输送管道阴极保护，即被保护管段保证电气连续，与外界环境绝缘。

(4)对各段管线的防腐密封工作是一项难点，主要是采用牛油胶布，该材料含有浸满矿脂的带状无纺毡，具有良好的塑性和粘附性，能够有效密封很长时间。

2.3 管道阴极保护电流密度确定方法

最小阴极保护电流密度的确定非常关键，直接影响着天然气输送管道阴极保护效果[6-7]。

(1)一般新管道的最小阴极保护电流密度在3050μA/m2～50μA/m2之间；

(2)对于旧管道，要在测量旧管道防腐层漏电阻后，才能确定最小阴极保护电流密度，往往对旧管道最小阴极保护电流密度测定不是很准确，需要利用馈电试验数据，通过相应的计算公式才能较为准确的确定电流密度大小。计算阴极保护电流密度公式如下:

式中:I为x点处电流密度；α为管道涂层状况指数；I0为通电点电流密度；D为管道直径。

3 对天然气输送管道阴极保护系统检验

3.1 测试桩设置

测试桩配置有电位测试探头是一种阴极保护附属装置，主要用来对保护管道进行测试，是管道管理维护中必不可少的装置[5-7]。按照设备标准，应该在每千米或者5组牺牲阳极处设置1个测试桩，并且测试桩应该设置在牺牲阳极输气管线中间，安装部位一般土壤腐蚀性强、水位较高，而且该段管线腐蚀绝缘层薄弱，对后续输气管线阴极保护程度进行评价，可以根据各个测试桩测得的电位分布来确定阴极保护的效果。

3.2 检测方案制定

埋地天然气输送管线检测方案的制定，要结合输气管道运行状态以及使用年限来编制。在输气管道牺牲阳极保护的管段，设置等间隔的测试桩。对输气管线电位的检测方法有很多，例如断电法、远参比法、近参比法、地表参比法以及辅助电极法。输气管线管材一般选取三层结构聚乙烯防腐，埋地管线电位检测方法可以采用地表参比法，该方法能精确的得到检测结果。测试第一步:参比电极CSE 置于管道顶部上方潮湿土壤上，确保与潮湿土壤充分接触；第二步:电压表量程校正、调整，符合测量精度；第三步:读取测量结果，并作好数据备份，根据电位数据来判断阴极保护达到预期效果。

4 结语

天然气长输管道防腐措施的可靠性，关系着能源安全、国民经济的发展。针对天然气管道腐蚀穿孔问题，选取合宜的表面防腐绝缘材料以及衬里涂层材料是关键，建立天然气长输管线阴极保护系统，加强系统完善维护措施，定期进行天然气输送管道阴极保护效果检验，可以为下游用户提供天然气稳定供给，减小管线腐蚀、穿孔、泄漏带来的经济损失。通过实际天然气管线应用结果表明:阴极保护系统对管道防腐效果良好，阴极保护管段电位一直稳定在-0.85V以上，这说明，阴极保护和牺牲阳极保护系统在管道防腐方面是可靠的，延长了管道的使用寿命。

[1]胡士信.阴极保护工程手册[M].北京:化学工业出版社,1999.

[2]李海坤,谢涛,王颖，等.区域阴极保护实践与分析[J].天然气与石油,2013,31(2):73-75.

[3]王朝晖,李旭光.管道阴极保护的探讨[J].管道技术与装备,2004,18(1):35-38.

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[5]刘玲莉,陈洪源,刘明辉，等.输油气站场区域性阴极保护技术[J].油气储运,2005，24(7):28-32.

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