燃气输配管网阴极保护系统失效问题的有效应对措施及分析探讨

尚本玉

摘 要：城镇的燃气输配管网的阴极保护系统常常会因为城市的开发建设、人为破坏或自然腐蚀造成损伤，从而造成阳极组失效，使管道保护电位下降，带来安全隐患。本文对现实中的情况进行了统计分析，找出了一些可能造成阴极保护系统失效的原因，并提出了如何减缓腐蚀、解决阴极保护系统失效等问题的方案，希望能够遏制保护电位下降的现象，使阴极保护系统能够充分发挥作用。

关键词：燃气输配管网;阴极保护;失效问题;应对措施

0 引言

燃气，是城市中不可缺少的能源供应。在我国城镇化建设的当下，城市已经建成了复杂庞大的管道网络。因此，对管网的安全可靠性都提出了严格的要求。城市里的管道大多配有阴极保护系统，目前造成输配管网阴极保护系统失效最主要的原因就是管道腐蚀。腐蚀指的是在周围介质化学、电化学的作用下，金属产生的一种破坏现象。而输配管网长期埋藏于地下，很容易就会在长期使用的情况下受到腐蚀，进而引起穿孔、断裂等情况，造成漏气，甚至引发爆炸和火灾等恶行事故。这样不仅破坏了正常的供气，也会给人民的生命财产安全带来巨大隐患。而要想提高防腐质量，就需要加强阴极保护系统。

1 阴极保护系统存在缺陷的发现及原因

阴极保护效果的检测方法有自然腐蚀电位和管道极化电位法。前者是先将已经施加阴极保护的管道进行完全的24h断电，然后把硫酸铜参比电极放在管道上方的土壤上，将管道和硫酸铜参比电极连接到电压表上并读数;后者是按照管道牺牲阳极保护法的测试要求，根据管道通断电位的测试结果和自然电位测试数据来计算管道的极化电位。城镇燃气输配管的阴极保护系统能够有效防止因为腐蚀而导致的破坏，从而避免燃气泄漏事故的发生，使管道的使用寿命增长，保证输气系统的安全。而为了保证燃气管道整体的稳定运行，管理人员会定期对阴极保护系统进行保护电位的跟踪测量，并发现大多数位置的电位是正常的，不过也有少部分电位下降的幅度较大。经过分析发现，引起反常现象发生的主要原因是个别地段由于城市建设的开发和地形地貌的变化，尤其是在管道附近进行的施工、挖掘和其他管道的建设，造成了相应阳极组的失效，最终导致了阴极保护电位的大幅下降。下面对原因做出具体解释。

1.1 管道在设计的不合理

管道通过的区域是管道强度设计的基础，如果不清楚管道沿线勘察的结果，不明确管道路线的地区划分，就会造成强度设计的系数不合理，计算出的管道壁厚就会偏低，不能满足实际需要。例如，如果管道穿过河道时没有考虑到河床受水流冲刷而埋深变小的情况，就会造成管道悬空情况的出现。而如果是管道的应力分析、强度、刚度和稳定性校核出现失误，就会导致管道变形、弯曲甚至断裂。

1.2 施工阶段存在的漏洞

施工质量的好坏不仅会影响到管道使用年限的长短，还关系到管道自身的安全情况和可靠度。如果不能及时发现并消除管道施工过程中出现的质量问题，比方说出现了钢管暴露、接口渗水、与土壤接触（直接或间接）等这些极易腐蚀管道的情况，就会极大缩短管道的使用寿命。管道施工中的漏洞主要有以下几点：①焊接缺陷。目前管道的敷设还是要靠焊接技术完成，因此，焊接的质量直接影响到了工程的质量，焊接也就成了管道施工工作中最重要的一节。如果焊接存在问题，那么管道运行的安全稳定就无法得到保证;②防腐层补口和补伤的问题。上文中提到过，在进行施工时，很容易因为各种原因例如是管道和土壤直接进行接触而导致钢管防腐层的损坏。而使得管道腐蚀情况发生最主要的原因就是外防腐层的损坏。如果在施工、检验和验收等环节忽视对防腐层的质量控制，就会直接影响到管道质量，埋下安全隐患;③管沟开挖和回填的质量不良。如果进行回填压实前对管道开挖的深度没有达到要求，没有夯实基础，尤其是采用机械压实时，就会容易使管道发生弯曲、变形;回填土要求达不到标准时，石块就会划坏防腐层;回填的高度、夯实的质量不达标，管道埋得就会不够深，管沟基础也就不够扎实，这会使得管道受力情况不均匀，局部应力集中，为应力腐蚀制造条件。

1.3 外力造成的破坏

外力分无意的和有意的。无意的伤害指施工过程，农田、河床挖沙、违章建筑占压管道时造成的破坏;有意伤害指不法分子非法进行盗油盗气时，进行的诸如在管道上打孔、偷盗阀门、仪表、阴保桩等蓄意破坏管道设施、直接或间接破坏防腐层或管道时造成的损坏。

2 阴极保护系统失效的应对措施

2.1 补增阴极保护设施

通过加装可换性镁带阳极组的方式改变阳极和阴极的面积比，从而对管道进行阴极保护，这样做可以为管道提供长距离的保护和稳定的电流，不但能够调节全线的阴极保护电位，镁带阳极组也能够分批在不同时间投入，这就同时避免了传统锭状镁阳极牺牲阳极保护法时“过保护”和“欠保护”的问题。通过对相关管道所需镁的面积、保护电流的强弱和增补阳极桩的数量，就能够算出阳极镁的使用寿命。如，管道所需保护面积=π×管道外径×管道长度;保护电流大小=保护电流密度×保护面积×10^（-6）;镁阳极的使用寿命=（镁带阳极长度×镁带阳极利用系数×镁带阳极电容量+锭状镁阳极重量×镁块阳极利用系数×镁块阳极电容量）/（保护电流×8760）。

经过对实施结果的调查统计发现，原保护电位下降的趋势被遏制住，并且明显恢复到有效保护范围内。所以，采用增设阴极保护设施的方法，是一種在由于外来因素而导致管网阴极保护不充分情况发生时的行之有效的策略。

2.2 新埋设管道

在进行新埋地低中压管网建设时，尽量选择耐腐蚀性好、寿命长的PE材质的管材;如果建设地段的车辆载荷较大，高压和次高压管网还需要增设钢管，并使用防腐性能更好的3PE材料的防腐管道进行阴极保护。在进行防腐层的施工作业时，要加强对已经建设好的防腐层的维修和保护，下管后还需要进行完整性检测，确保防腐层的安全完善。

2.3 在役埋地钢管

虽然之前已经有过将埋地钢管全部更换为PE管，并且取得了非常好的使用效果，能做到长期安全稳定工作，但由于更换费用过高、开挖困难等原因，难以做到大规模推广。对检测出来的明显腐蚀点进行修复是一种较为被动的解决方法。而埋地钢质管道不追加阴极保护，不仅违反了国家规定，也无法保障运行安全，而且由于需要定期频繁维护维修，不仅造成了大量人力物力的浪费，安全风险也很大，也带来了较大的负面影响。国家在《埋地钢质管道阴极保护技术规范》中明确规定，必须对已建的、带有防腐层的管道进行补加阴极的保护措施。

3 结论

管道的防腐层在长期的使用过程中不可能保证不受损坏，也不可能将管道与环境、介质隔离开;并且由于防腐层所使用的材质大多都具有不同程度的吸水和透气效果，因此埋地后，必然会逐步老化。这时，具有遏制腐蚀情况的阴极保护系统的作用就不言而喻了。在对阴极保护系统进行管理时，需要遵守相关标准规定，尤其是加强对燃气管道附近的施工和特殊地段的监测，定期进行保护电位的测量和记录。发现异常数据需要及时分析原因并找出解决办法，使保护电位回升到正常情况，保证管网的安全稳定运行。

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