埋地管道阴极保护的施工与管理

2021-04-30陈冲

全面腐蚀控制 2021年2期

陈冲

（大庆油田工程建设有限公司安装公司第一工程部，黑龙江大庆 163000）

0 引言

埋地管道所在的环境比较复杂，很容易被腐蚀，而在埋地管道涂敷防腐绝缘涂层后，应及时展开电化学阴极保护，实现对管道的双重保护，从而延长埋地管道的使用期限，并提高其运行效率。电化学阴极保护主要包括强制电流法和牺牲阳极法，这两种方法对于安装、施工和管理方面都有着完全不一样的要求，而且各有各的优点和缺点。因此，必须加强二者的施工和管理工作。

1 强制电流法的施工

1.1 仪器设备的选择

恒电位仪属于阴级保护的专用设备，主要是为了将220V或380V的交流电源通过降压整流电路转化为低压直流，然后通过稳压和调节之后供给管道。当前常见的有PS系列和KKG系列等，结合管道的实际需要将输出电压控制在20～50V，将输出电流控制在10～100mA，将保护电位控制在0～-2V。

1.2 恒电位仪的安装

首先把管道上的阴极汇流点，也就是通电点连接到恒电位仪的阴极端子，同时把埋设在管道旁边的阳极组连接到阳极端子，把汇流点附近的参比电极连接到参比端子，这时候恒电位仪的外部接线就算成功了（如图1所示）。恒电位仪的运行始终在微型计算机的监测中，所以应把仪器输入的模拟量通过A/D转换器转变为微机可以识别的数字量之后再进行操作，最后再展开监测。根据设计的具体要求，按时打印输出电流、电压和保护电位值，与此同时详细观察恒电位仪的运行情况，包括故障发生的时间和停止输送电流的时间，并做好记录，最后打印出恒电位仪的运行趋势图，确保恒电位仪保持自动控制状态。

图1 强制电流法阴极保护连接原理示意图

1.3 阳极组的安装

使用高硅铸铁制成阳极，高硅铸铁的化学成有ω（Si）=14%～15%，ω（Mn）=0.5%～0.8%，ω（C）=0.8%～1.05%，剩下的含量是铁。高硅铸铁的阳极形状呈圆棒形，通常选择φ100mm×1500 mm，其技术特点包括允许电流密度（5～80A/m2）和消耗率[＜0.5 kg/(A·a)]。阳极组的安装示意图如图2所示。首先将高硅铸铁阳极以垂直的方式进行埋设，需要埋入到地下1.5m的深处，阳极间的距离保持3.0m，选择VV型电缆进行连接，并连接到接线箱；其次通过架空电线连接到恒电位仪的输入端子。最后将阳极埋设在低洼潮湿的土壤中，并使其远离管道50m以上。

图2 强制电流法阴极保护阳极组安装示意图

1.4 阴极汇流点—通电点的安装

阴极汇流点，也就是通电点需要用到气焊。如图3所示，首先通过气焊把加强极焊接到管道上；其次把φ16mm铜管搪锡，把电缆铜线插进后焊接牢固，同时把铜管焊在加强板上。最后通过管道的防腐涂层对铜管进行封闭处理，电缆线通过埋地或者架空的方式连接到恒电位仪的输入端。

图3 阴极汇流点—通电点的焊接示意图

2 强制电流法阴极保护的运行管理

要想使整个系统能够正常运行，日常维护工作和管理必不可少，应成立专门的管道防腐和阴极保护小组，实现“管线有人护、出漏有人补、仪器有人保”[1]。具体来说，在微型计算机的监测下，明确恒电位仪的核心参数，每8h就要收集一次恒电位仪的输出电压、输出电流和汇流点保护电位等三大主要参数，一旦发生电源故障、线路短路或中断等情况，必须准确记录故障的发生时间和结束时间。上述数据应保存在RAM芯片中，每个月月底的时候制作整月报表并打印出来，同时统计出整个月停电和设备故障的累积时间，从而使阴极保护系统能够实现自动化管理，只需要在每个月底的时候打印报表即可。由于管道中每1km需要安装一具测试桩，因此有必要根据规定要求每个月测量一次保护电压值。由于阳极组是埋设在地下的，它的接地电阻会受到季节变化的影响，所以需要每个月测量一次接地电阻，一旦发现异常情况，必须采取合理的应急措施，从而确保整个系统能够正常运行。

3 牺牲阳极法的施工

3.1 阳极的处理

在施工过程中，必须严格控制施工材料的质量和制造商的资质，严禁不达标的材料进入施工现场[2]。在制造商检查并认证了阳极的质量之后，需要等待一段时间才能运送到施工现场，在运送过程中阳极的外表面已经被污染，因此，在安装阳极之前，必须先抛光其外表面的氧化皮和灰尘等污染物，然后使用乙醇擦拭干净，最后保存到袋装填料中。除此之外，在埋设阳极过程中一定要避免摔、碰，使阳极以舒展的状态埋设到地下。

3.2 阳极的安装

根据《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范》SY/T 0019-97的具体要求，建议管道阴极保护电位为-850mV～-1200mV（CSE）[3]。阳极需要埋设在管道的一侧并要与管道保持2m的距离（详见图4），每组阳极之间的距离也要保持在2m，通过VV型铜芯电缆进行连接。电缆的规格应为耐压500V、线径1×10mm2。每组有5支阳极，并联后把中间阳极通过焊接的方式和管道阴极汇流点连接到一起（如图4所示）。

图4 牺牲阳极法阴极保护安装示意图

3.3 测试桩的安装

为了监测阳极的运行情况，每500m应安装一个测试桩，并使用电缆将保护电位和运行电流等参数连接到地面的测试箱，同时将参比电极和检查片安装在测试桩下面。

4 牺牲阳极法阴极保护的管理

一方面，应按时检查阳极的开路电位、管路的保护电位、阳极组的输出电流等参数，一旦发现无法满足标准要求，必须采取合理的解决措施，该项检查应保证每个月进行一次；另一方面，应每年进行一次全面检查，主要测试单个阳极的开路电势、闭合电路电势、输出电流和接地电阻，通过对每个阳极的判定，及时更换不达标的阳极。定期检查和全面检查的数据都应做好详细记录并进行整理归档，同时保存到本单位管道保护数据库，从而保证埋地管道阴极保护管理的科学性。