某城镇燃气管道牺牲阳极服役情况测试及改进建议

2023-12-12刘旭文

全面腐蚀控制 2023年11期

刘旭文

（中央制塑（天津）有限公司，天津 300392）

0 引言

阴极保护技术作为一种经济有效的防腐措施在国内外得到了广泛的应用。阴极保护技术根据保护电流的供给方式，可分为牺牲阳极阴极保护法和外加电流阴极保护法[1-3]。采用牺牲阳极法的主要优点有：无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其他建筑物，因此特别适合于城镇燃气管道的防护[4,5]。然而，目前关于燃气管道牺牲阳极服役性能的研究较少。同时，牺牲阳极的保护情况相关的信息缺乏系统的测试和研究，因此无法全面掌握燃气管道牺牲阳极的服役状况及保护效果，无法保证阴极保护系统的有效运行。

某城镇燃气公司对其埋地燃气管道采用了镁合金牺牲阳极阴极保护技术以来，现有牺牲阳极服役时间已经达到10年以上。目前燃气需求量和管道的重要性不断提高，对燃气管道的安全性提出了新的要求。社会基础设施的大力兴建也会使管道遭受交、直流干扰的风险日益增高。为了掌握埋地燃气管道牺牲阳极的服役状况，本文通过对此管段涉及到的牺牲阳极的服役参数进行全面的现场测试，对燃气管道牺牲阳极阴保系统的保护效果进行了分析评价，以便于有针对性的提出合理有效的改进建议。

1 检测仪器及现场测试内容

1.1 牺牲阳极系统检测设备、仪器（如表1所示）

表1 采用的检测设备、仪器

1.2 牺牲阳极现场测试的参数

每个牺牲阳极测试桩现场测试的参数包括6项：管道自然电位，管道保护电位，镁阳极开路电位，阳极输出电流，阳极接地电阻，土壤电阻率。

2 检测方法及步骤

2.1 检测方法原理

（1）管地电位检测

在阴保测试桩处，采用数字万用表将其负接线柱与饱和硫酸铜参比电极（Cu/CuSO4）连接，正接线柱与管道连接，参比电极放置在管道的正上地表的潮湿土壤上，以减少参比电极与土壤的接触电阻。将数字万用表调到直流电压量程上，测得电压即为管道相对于参比电极的自然电位值；

（2）保护电位检测

测量前，确认管道处于极化状态。测量时，将饱和硫酸铜参比电极放置在管道的正上地表的潮湿土壤上，应保证参比电极底部与土壤接触良好，数字万用表的负接线柱与硫酸铜参比电极连接，正接线柱与牺牲阳极和管道的连接片连接，将电压表调至适宜的量程上读取并记录数据；

（3）牺牲阳极开路电位检测

断开牺牲阳极与管道的连接，将万用表的正极与牺牲阳极连接，负极与饱和铜/硫酸铜参比电极连接，将参比电极放置在牺牲阳极埋设位置正上方的潮湿土壤上，应保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好。数字万用表调至适宜的量程上，读取数据，做好电位值记录；

（4）牺牲阳极输出电流检测

牺牲阳极（组）的输出电流可采用直测法。断开牺牲阳极，将万用表正极与管道连接，负极与牺牲阳极相连，量程调至10A，直接读取电流值；

（5）牺牲阳极接地电阻检测

接地电阻测量采用额定电流变极法（接地电阻测量原理如图1所示），即在测量对象E接地极和C（H）电流极之间流动交流额定电流I，求取E接地极和P（S）电压极的电位差V，并根据公式R=V/I计算接地电阻值R。

图1 接地电阻测量原理图

阳极接地电阻采用四线法测量（四线精密测试接地电阻如图2所示），增加ES辅助地极，实际测试时ES与E夹在接地体的同一点上。从被测物体开始，一般间隔5～20m，分别将P（S）、C（H）辅助接地棒呈一直线深埋入大地，将接地测试线（黑、绿、黄、红）从仪表的E、ES、P（S）、C（H）接口开始对应连接到被测接地极E、辅助电压极P（S）、辅助电流极C（H）上，然后进行测试。完成测试后显示稳定的阳极接地电阻值；

图2 四线精密测试接地电阻

（6）土壤电阻率检测

土壤电阻率ρ是决定接地体接地电阻的重要因数。不同性质的土壤，固然有不同的土壤电阻率，就是同一种土壤，由于温度和含水量等不同，土壤电阻率也会随之发生显著的变化。因此，为了在进行接地装置设计时有正确的依据，使所设计的接地装置更能符合实际工作的需要，必须进行土壤电阻率的测量。

土壤电阻率采用四极法进行测量。根据公式ρ=2πaR（Ωm）计算土壤电阻率ρ，单位为Ωm，其中：a-电极间距R-P（S）-ES电极间土壤的电阻，（土壤电阻率测量原理如图3所示）。

图3 土壤电阻率测量原理

土壤电阻率（ρ）测量采用四极法，测量流程：（四极法精密测试土壤电阻率如图4所示），连接测试线，注意辅助接地棒间的间距及埋入深度，分别将C（H）、P（S）、ES、E辅助接地棒呈一直线深埋入大地，将接地测试线（红、黄、绿、黑）从仪表的C（H）、P（S）、ES、E接口开始对应连接到被测C（H）、P（S）、ES、E辅助接地棒上，然后进行测试。完成测试后显示稳定的土壤电阻率值。