针对外加电源阴极保护在天然气长输管道中的故障分析

温世成（中石油渭南煤层气管输有限责任公司，陕西 渭南 714000）

针对外加电源阴极保护在天然气长输管道中的故障分析

温世成（中石油渭南煤层气管输有限责任公司，陕西 渭南 714000）

天然气长输管道，是我国运输天然气资源、满足社会经济发展的重要能源通道。但是，天然气长输管道中外加电源阴极保护故障现象问题影响了管道的正常使用，因此本文将对此进行分析。

外加电源阴极保护；天然气长输管道；故障处理

外加电源阴极保护法是保护天然气长输管道正常运行的重要措施，因此做好外加电源阴极保护故障研究，有助于确保天然气长输管道的正常运行。

1 天然气长输管道采用的外加电源阴极保护原理

外加电源阴极保护措施属于电化学典型防腐措施，在天然气管道中运用的原理是通过使用管道设备和周围环境的电位差，确保管道自身电子不会流失，进而避免电化学腐蚀现象的发生。

外加电源阴极保护法使用了在外界搭配辅助阳极并安装直流电源的方式，确保了电流是从土壤向金属管道流动的趋势，避免了管道金属向外扩散的现象，从而就使得管道金属时刻维持在低电位环境水平当中。

电源阴极保护的原理主要是，天然气长输管道暴露在潮湿的空气中，管道材质自身的铁（Fe）由于杂质的关系，与氧气和水分子构成原电池形态。其中，铁在吸氧作用下形成了负极（Fe-2e=Fe2+），而正极则有材质本身含有的碳元素以及土壤中的其他成分提供（2H2O+O2+4e-=4OH-）。当天然气管道金属才是失去了很多电子后，金属上就会出现氢氧化铁，然后就会和水分子反应变成铁锈（氧化铁）。由此可见，引发管道腐蚀的根本原因就是铁元素的电子减少，然后和空气中的氧气、水发生了反应。[1]

2 天然气长输管道阴极保护故障案例

某天然气长输管道全长560km，管道材料是L360，输气管道使用了煤焦油瓷漆防腐层与外加电源阴极保护，在长时间运行中表现正常。但是在2016年5月，阴极保护站恒电位仪突然像是保护电位变低、输出电流变大等故障现象，因此决定对故障实施处理。

3 导致阴极保护丧失作用的原因

检测人员第一时间到达现场，对长输天然气管道的防腐层、四周金属构筑物分布规律、电源情况、土壤电阻率等进行检测，经分析得出以下四点原因：①输气管道敷设于河滩、地势低洼区域，该区域土壤电阻率为6.9～73.6Ω·m，土壤平均电阻率为26.4Ω·m，检测发现9成以上土壤为中等腐蚀性土壤。很多管线和电气化铁路距离较短，在回填施工期间，碎石等砸坏了管道外防腐层，进而引发管道腐蚀。②绝缘法兰性能不达标，让保护距离变大。③长效参比电极损坏，电极液渗漏。④辅助阳极的连接点路桥腐蚀严重，发生断裂，阳极地床所剩无几，使得接地电阻变高。[2]

检测人员马上将管道和阳极地床挖开，发现管道部分外防腐层被严重腐蚀，阳极地床也已经损坏。然后分别对保护电位与阳极体接地电阻、管道防腐绝缘性实施测量，结合数据与经验得出以下结论：阳极地床接地电阻太高是导致恒电位仪保护电位突然降低、输出电压及电流忽然升高的原因。

4 外加电源阴极保护在天然气长输管道的故障处理

4.1 科学选择阳极地床材料

首先，通过对使用频率比较高的石墨、镀铂、混合金属、废钢铁、高硅铸铁、聚合物等埋地外加电源阳极体的研究，结合天然气长输管道阳极故障实际现象，应该选择抗腐蚀性强、腐蚀速率慢、稳定性高的高硅铸铁材料作为阳极体。

其次，阳极体周围应该填充焦炭材料，这样可以使导电的面积、空隙变大，降低了气阻。同时，也使阳极体接地电阻变小、导电性表大，实现了阳极体的标准腐蚀速度。因此，可以选择直径为6～15毫米的连续性接触表面的焦炭颗粒作为材料。

最后，要使用高硅铸铁管替换水平接地连接装置，然后通过防腐处理，提高阳极体水平连接装置的防腐性。

4.2 优化阳极地床结构

为延长阳极地床使用时间，要使用联合式地床结构形式。并在存在地下水的方位地面2m以下敷设阳极地床，阳极地床阳极体由12根2m长高硅铸铁管构成。同时要完善阳极体阻隔，且阻隔长度为3m,敷设时让阳极体垂直于被保护管线且连成一排，这样可以提高阳极体抗电流干扰能力。

阳极体外部填充料的直径为1000mm，填充料周围填充细砂。高硅铸铁管阳极体规格为φ133×5，高度为2000mm，水平接地连接装置(高硅铸铁管)规格为φ89×5。[3]

4.3 具体措施

首先，要保证水平接地连接装置与阳极体焊接部位的牢固性，焊接缝要使用高强度防腐绝缘材料包装处理。并使用焊接方式连接汇流点，将镀锌钢管套在电缆上，然后在钢管和电缆见浇灌沥青，等到风干后通过高压电火花仪器实施检查，若电压值在规定范围内，则一切正常。

其次，要采用高密度焦炭回填的方式，降低阳极体外部填充料的电阻，且填充料不应存在任何杂质，填充料填充完毕后，要适当浇水润湿。

5 故障维修后的运检

对阳极地床实现改造后，应进行检测。首先，阳极体接地电阻应在2Ω之内。其次，恒电位仪输出电压应为2～30V，电流应为1～15A；天然气长输管道头尾保护电位应在(0.85～1.20)V之内等。若检测后发现相关检测结果与上述要求相符，则代表故障被彻底清除，阴极保护设计成功，可以维持管道的正常运行。

6 结语

天然气长输管道在长时间的使用中，受到内外因素影响，难免会发生外加电源阴极保护故障。但是，只要合理应对、科学处理，必然可以快速处理故障，确保管道线路的正常使用。

[1]天然气长输管道的安全隐患及对策探讨[J].杨丰繁.化工管理.2016(21)：257.

[2]天然气长输管道优化策略探讨[J].桂巍.石化技术.2016 (08)：32,34.

[3]天然气长输管道疲劳可靠寿命预测分析[J].沈佳园.新技术新工艺.2015(06)：145-147.