埋地航煤输油管道阴极保护施工方案概述

朱 浩

（北京中航油工程建设有限公司，北京 100621）

0 概述

阴极保护作为防止金属腐蚀的有效技术，自1965年引入国内，经过40多年的发展，取得了显著的经济效益，在国民经济的多个领域都得到了广泛的应用。随着国内民航机场快速发展，作为机场供油配套设施，航煤需求量的快速增加，使得航煤输油管道的地位逐渐显现出来，在国内主要干线机场航煤输送中有着非常重要的作用。而作为埋地输油管道腐蚀防护必不可少的技术措施，阴极保护系统在航煤输油管道也得到极大的应用。航煤输油管道特点是输送距离不太长，管径不太大，主要位于城镇周边地域，充分保证管道本体的安全，降低对周边的不利影响。

结合国内某机场航煤输油管线工程，管道长度约100km，管径DN400，材质L360，外防腐采用3层PE加强级，无内防腐。根据工程情况，制定了以强制电流为主，穿越段采用牺牲阳极加强保护为辅的阴极保护方案。本文重点介绍阴极保护方案施工方法、注意事项以及调试和检测方法，同时给出排除杂散电流干扰措施的实施方法。

1 阴极保护准则

强制电流法和牺牲阳极法共同的特点就是给油气管道提供电流，避免金属管道因电子流失而发生腐蚀，管道阴极保护电位应为-850mV或更负，阴极保护状态下管道的极限电位不能比-1200mV（CSE）更负，避免保护电位不足或过负。此外，上述保护电位准则难以达到时，可采用阴极极化电位差大于100mV作为判断依据[1,3]。

2 阴极保护施工方案

本工程采用强制电流保护为主、穿越段采用牺牲阳极保护为辅的阴极保护方案，沿线共设置2座阴保间，辅助阳极地床采用浅埋的方式。主要介绍阳极地床、牺牲阳极、参比电极、测试桩、杂散排流、通电点及电缆等安装工艺。

2.1 施工工艺安装方案[2,4]

（1）浅埋辅助阳极床

每个浅埋阳极地床长40m，深不小于1.5m，宽1.2m，含铬高硅铸铁阳极Φ75×1500mm 共计20支，阳极预包装规格为Φ219×2000mm，辅助阳极安装间距为2m。

阳极床尽量选择在地下水位较高或潮湿低洼处，土壤电阻率50Ω.m 以下的地点，土层厚便于施工的地方，对附近的地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管道之间不宜有其他金属构筑物，阳极地床与被保护管道的垂直距离不宜小于300m，如图1所示；

（2）牺牲阳极

牺牲阳极地床距离管道的净距离为5m，阳极间距为2.5m，水平埋设深度2m。4支一组，阳极规格为14kg。长效参比电极1套，埋设在冻土以下，埋设在距管道侧壁不大于1.0m的土壤中，如图2所示；

图1 浅埋阳极地床安装示意图

图2 牺牲阳极保护安装示意图

（3）测试桩

测试桩采用钢质，距离管道1.5m介质流向的左侧。电位测试桩每1Km设置一个，电流测试桩每8Km设置一个，兼做线路里程桩。同时为方便施工完成后对输油管道进行密间隔管地电位（CIPS）测试及特殊重要地段的监测，在铁路、高速公路、等级公路穿越单侧及与外部管道交叉处设置电位桩1个；河流大型穿越、定向钻穿越的两端各设置1 个电流测试桩；绝缘接头测试桩在管道绝缘接头处设置安装测试桩进行测试[3]，如图3所示；

图3 电位桩、电流桩及用绝缘接头测试桩安装示意图

（4）排流施工方案

本工程在交流干扰段采用固态去耦合器加裸铜线的排流保护措施，固态去耦合器可以起到防雷及故障电流排放作用，初期考虑与高压线并行段每1km安装1处，穿越电气化铁路一端安装1处[5]。裸铜线排流床为长30m或2条15m的排流地床，深1.5m，安装原则同辅助阳极地床，如图4所示；

图4 去固态耦合器+裸铜线排流安装示意图

（5）通电点及电缆安装

电缆铺设主要是阴极保护站电缆的铺设，包括阴极点阴极电缆、零位接阴电缆、参比电极电缆以及阳极井到阴保间的阳极电缆，电缆的起点处均从阴保间接出。

电缆应敷设于冻土层以下，并用PVC管保护。电缆间连接采用铜管压接，采用电缆热缩套密封防腐；电缆与设备或测试桩连接时，采用压接铜鼻子方式连接；穿越院墙、站内公路处，加镀锌钢套管保护，套管两端至少长出300mm，并用矿腻子等材料封堵端部。

通电点位于进出站管道绝缘接头保护端处，主要为阴极电缆与管道焊接、零位电缆与管道焊接、长效铜/硫酸铜极化探头。阴极、零位电缆采用铝热焊与管道连接，不得虚焊或脱焊，通电点连接后必须用热溶胶加热缩带进行防腐绝缘处理。

2.2 施工技术控制点

2.2.1 阳极地床的安装

本阴保工程采用浅埋式阳极地床，其中阳极地床位置的确定非常关键。阳极地床位置的确定要综合考虑以下几个因素：

（1）地下水位较高或潮湿低洼处；

（2）土壤电阻率50Ω.m以下的地点；

（3）土层厚，便于施工的地方；

（4）对附近地下金属构筑物干扰小，阳极地床与被保护管道之间不宜有其他金属构筑物；

（5）阳极地床与被保护管道的垂直距离不宜小于300m。

另外在阳极地床施工过程中需仔细检查每支阳极头引出电缆及引出电缆与阳极主电缆的连接是否牢靠，阳极引出线与阳极的接触电阻应小于0.01Ω，拉脱力数值应大于阳极自身质量的1.5倍，接头密封可靠；高硅铸铁阳极易断裂，运输与施工中应小心轻放，凡断裂后不得再使用；焦炭粒径不大于15mm，均匀铺洒在阳极周围，在土壤电阻率偏大的地区，必要时可以添加降阻剂。

2.2.2 电缆与管道的焊接与防腐

本工程电缆与管道的连接均采用铝热焊，焊接点制作时先在管道防腐层上开适合焊模的口子（约30cm2左右），直至露出金属本色；将金属表面清理干净并打毛，用铝热焊焊接测量电缆；焊点用热熔胶加补伤片防腐密封，并把搭接宽度100mm范围内的防腐层打毛，剪一块补伤片，补伤片的尺寸应保证其边缘距防腐层孔洞边缘不小于100mm，剪去补伤片的四角，将补伤片的中心对准破损面贴上。防腐完毕，在焊接点附近将电缆敷设成一个大的蝴蝶结，并用绝缘带将其固定在管道上，以减轻拉力。并在回填前测试检查电缆有无断裂和虚焊。

2.3 阴保保护调试方案

阴极保护站最佳恒电位仪控制电位值的调试确定原则是：管线各处管/地电位以沿线各点的断电电位处于-0.85～-1.5V的合理范围内，不出现欠保护和过保护状态，并以断电电位进行评价，尽量减小杂散电流对测试结果的影响[6]。站场部分投产测试内容包括：（1）阳极地床接地电阻；（2）绝缘接头绝缘性能；（3）阴极通电点电位（Uon及Uoff）；（4）仪器输出电流、电压[4]。

2.4 排流的措施与实施

采用新建大型排流地床排流为主，以外加电流阴保站强排为辅相结合的方式。具体的实施方案如下：

（1）通过加大管线外加阴极保护电流的输出，使通电电位负移，消除电位正移的危害，但通电点处的断电电位尽量控制在-1.5V 以内；

（2）在管线路杂散电流干扰严重区域预设置大型排流地床，个别干扰严重区域因条件限制，考虑在稍远位置增加外加电流强排阴保站；

（3）使用便携式极化探头进行管地断电电位有效测试，在一定程度上降低杂散电流的干扰，更真实的评估管线阴保的运行状态。

通过以上措施，使管地电位分布均匀，任意点上的管地电位达到阴极保护电位标准，不对防腐层产生阴极剥离，尽可能不对保护系统以外的埋地管道或金属构筑物产生干扰[5]。

3 结束语

在根据阴极保护设计方案施工前，及时核算设计所确认的阴极保护参数。阴极保护牺牲阳极、电位测试桩、电流测试桩等与管线线路施工同时进行，避免二次开挖。

阴极保护施工难点在于杂散电流的排流，对于已知的杂散电流源，根据杂散电流的情况制定合理的排流方案，再根据地质情况综合考虑土壤电阻率、地势情况、征站地情况、与工艺区及管道的相对位置等因素，选择合理的地方安装排流装置，最终达到排流目标。

全线阴极保护系统调试，使管线各处管/地电位以沿线各点的断电电位处于-0.85～-1.5V 的合理范围内，并对站场部分阳极地床接地电阻、绝缘接头绝缘性能、阴极通电电位以及仪器输出电流电压等进行测试。