李永貞 程勇 劉春熙

68078部隊(duì)

按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 21448—2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：“新建管道應(yīng)采用防腐層加陰極保護(hù)的聯(lián)合防護(hù)措施或其他業(yè)已證明有效的腐蝕控制技術(shù)”。從上世紀(jì)90年代起，我國(guó)建設(shè)的油氣管道大部分采用較先進(jìn)的3PE防護(hù)涂層。3PE 防護(hù)和陰極保護(hù)的聯(lián)合應(yīng)用是埋地鋼質(zhì)管道腐蝕防護(hù)普遍采用的一項(xiàng)技術(shù)，已在國(guó)內(nèi)數(shù)萬(wàn)公里管道上應(yīng)用，并取得了顯著效果。根據(jù)大量工程和管道后期運(yùn)行情況分析，筆者認(rèn)為在3PE防腐管道陰極保護(hù)設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題。

陰極保護(hù)方法選擇

油氣管道陰極保護(hù)有強(qiáng)制電流法和犧牲陽(yáng)極法兩種方法。不論何種方法，合理有效的陰極保護(hù)系統(tǒng)都可以獲得良好的保護(hù)效果，防止腐蝕發(fā)生。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)踐中應(yīng)區(qū)別情況使用。選擇陰極保護(hù)方法時(shí)考慮的主要因素有：管道防腐層性能、工程規(guī)模、保護(hù)電流大小、環(huán)境條件、土壤電阻率、管網(wǎng)現(xiàn)狀、交直流干擾情況、有無(wú)經(jīng)濟(jì)方便的電源及工程造價(jià)等。 目前的習(xí)慣是，強(qiáng)制電流陰極保護(hù)主要適用于郊區(qū)等地下管網(wǎng)單一地區(qū)的油氣主管道或城鎮(zhèn)燃?xì)猸h(huán)網(wǎng)。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)主要適用于人口稠密地區(qū)和城鎮(zhèn)內(nèi)各種壓力級(jí)制燃?xì)夤艿馈?o:p>

采用絕緣性能優(yōu)良的3PE防腐層管道需要的陰極保護(hù)電流比較小，大量資料表明，強(qiáng)制陰極保護(hù)中過(guò)負(fù)的陰極極化電位會(huì)造成電解質(zhì)更容易滲透防腐層引起陰極剝離，致使防腐層提早失效，而采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)則不會(huì)出現(xiàn)這種情況，再加上施工和維護(hù)成本等因素，在實(shí)踐中3PE管道一般采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法，其設(shè)計(jì)主要按照SY/T 0019—97《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求進(jìn)行。在土壤電阻率特別高，不適宜采用犧牲陽(yáng)極的地方，建議采用強(qiáng)制電流法。

套管對(duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽

穿越公路、鐵路的3PE燃?xì)夤艿溃�按照設(shè)計(jì)要求 ，施工時(shí)要加設(shè)套管，并且套管與主管之間要用絕緣的支架支撐，套管兩端用柔性的防水材料封堵，防止地下水進(jìn)入套管內(nèi)使主管道發(fā)生腐蝕。但通過(guò)對(duì)管道防腐情況的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，加設(shè)套管并不能阻止管道腐蝕的發(fā)生，而且加設(shè)套管的管段，主管道發(fā)生腐蝕的情況越嚴(yán)重。原因是套管內(nèi)主管道能夠得到有效陰極保護(hù)的必要條件是主管道與套管之間存在導(dǎo)電介質(zhì)，而嚴(yán)格按照規(guī)范施工的管道，套管與主管道之間設(shè)絕緣支架，套管兩端防水密封良好，地下水不能進(jìn)入，套管與主管道之間的介質(zhì)是空氣，導(dǎo)致沒(méi)有導(dǎo)電介質(zhì)。主管道雖然加設(shè)陰極保護(hù)，但陰極保護(hù)電流受空氣層阻斷被完全屏蔽，起不到任何作用，這就是套管對(duì)陰極保護(hù)電流產(chǎn)生了屏蔽。另外，在穿越套管施工時(shí)，人工拖、拽等操作往往會(huì)破壞主管道的防腐層，如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修補(bǔ)，管道埋地投用后，因?yàn)樘坠軐?duì)陰極保護(hù)電流的屏蔽，陰極保護(hù)不起作用，套管內(nèi)主管道防腐層的破損處會(huì)處于自然氧化、腐蝕的狀態(tài)，并逐步蔓延。解決陰極保護(hù)電流屏蔽的方法是：

（1）穿越公路、鐵路的管道，為控制腐蝕，可以加大壁厚及增加埋深，盡量避免使用套管。

（2）不可避免使用套管時(shí)，可在套管內(nèi)部采取局部的陰極保護(hù)。具體做法是：在套管內(nèi)的主管道上纏繞鎂陽(yáng)極帶或鋅陽(yáng)極帶或安裝鐲式陽(yáng)極。當(dāng)主管道外防腐層為3PE防腐時(shí)，推薦使用纏繞鎂陽(yáng)極帶的局部陰極保護(hù)。安裝鎂陽(yáng)極帶時(shí)，可采用機(jī)械打磨的方法，露出里面的鋼管3～5cm，主管道上開(kāi)鑿一個(gè)合適的焊點(diǎn)，采用電焊、鋁熱焊等焊接方式把鎂陽(yáng)極帶一端焊接到主管道上，根據(jù)不同的管徑按照一定的角度和間距，貼著管道的外壁緊緊纏繞（如圖1所示）。針對(duì)不同管徑，鎂陽(yáng)極帶有不同的纏繞角度：當(dāng)燃?xì)夤艿劳鈴健?19mm時(shí)，鎂陽(yáng)極帶沿管道外壁等距且與管道軸向成30°角纏繞；當(dāng)管道外徑為219～377mm時(shí)，沿管道外壁等距且與管道軸向成45°角纏繞；當(dāng)燃?xì)夤艿劳鈴健?77mm時(shí)，沿管道外壁等距且與管道軸向成60°角纏繞。鎂陽(yáng)極帶另一端也要和起點(diǎn)一樣，焊接在主管道上，而且兩個(gè)焊點(diǎn)都要做好絕緣防腐。鎂陽(yáng)極帶纏繞施工完畢，套管兩端應(yīng)采用柔性的防腐、防水材料密封，并保證密封良好，防止水或其他雜物進(jìn)入。纏繞鎂陽(yáng)極帶法的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單方便，缺點(diǎn)是鎂的電位較負(fù)，保護(hù)年限不是很長(zhǎng)。

圖1 帶狀犧牲陽(yáng)極的安裝圖

（3）不可避免加設(shè)套管時(shí)，還可采取用其他柔軟材料替代防水材料填充套管兩端的辦法，只要能防止沙石等雜物進(jìn)入即可。因?yàn)楫?dāng)套管內(nèi)有水或泥土存在時(shí)，能起到導(dǎo)電介質(zhì)的作用，陰極保護(hù)電流通過(guò)介質(zhì)形成回路，不會(huì)被屏蔽。套管可視為土壤介質(zhì)的一部分，陰極保護(hù)電流從套管外壁流入，從套管內(nèi)壁流出，再?gòu)闹鞴艿劳獠苛魅耄�主管道將受到很好的陰極保護(hù)。如果套管與主管道間有特定性能的電解質(zhì)物質(zhì)，導(dǎo)電性能會(huì)更好，主管道陰極保護(hù)的效果會(huì)更好，其原理如圖2所示。

圖2 主管與套管絕緣且套管兩端不密封時(shí)的陰極保護(hù)原理

雜散電流的防護(hù)

雜散電流是指在規(guī)定電路或意圖電路之外流動(dòng)的電流，雜散電流主要表現(xiàn)為直流電流、交流電流和大地中自然存在的地電流三種狀態(tài)，且各自具有不同的特點(diǎn)。以電氣化鐵路車輛直流供電牽引系統(tǒng)產(chǎn)生的直流雜散電流是造成油氣管道雜散電流腐蝕的主要原因。雜散電流腐蝕具有局部集中特征，當(dāng)雜散電流通過(guò)油氣管道防腐層的缺陷點(diǎn)或漏鐵點(diǎn)流出時(shí)，對(duì)該部位管道產(chǎn)生激烈的電化學(xué)腐蝕，短期內(nèi)就可以造成穿孔事故。防腐層的缺陷點(diǎn)或漏鐵點(diǎn)愈小，相應(yīng)的電流密度愈大，雜散電流的局部集中效應(yīng)愈突出，腐蝕速度愈快。

對(duì)雜散電流的防護(hù)，一是從源頭上控制和減小，選線時(shí)盡量不與電氣化鐵路等雜散電流產(chǎn)生區(qū)域交織。其他方法因需要對(duì)鐵路設(shè)施做出改變，現(xiàn)實(shí)中很難行得通；二是采取排流措施。排流的方法有以下四種。

（1）直接排流法。即把油氣管道與電氣化鐵路的負(fù)極或行走軌用導(dǎo)線直接連接起來(lái)。這種方法不需要排流設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，造價(jià)低，排流效果好。但當(dāng)管道的對(duì)地電位低于行走軌對(duì)地電位時(shí)，行走軌電流會(huì)流入管道內(nèi)產(chǎn)生逆流。故這種方法只適合管地電位永遠(yuǎn)高于軌地電位、不會(huì)產(chǎn)生逆流的場(chǎng)所，而這種機(jī)會(huì)不多，所以該方法有局限性。

（2）極性排流法。由于負(fù)荷的變動(dòng)，變電所負(fù)荷分配的變化等，管地電位低于軌地電位而產(chǎn)生逆流的現(xiàn)象比較普遍。為防止逆流，使雜散電流只能由管道流入行走軌，必須在排流線路中安裝單向?qū)�通的二極管整流器、逆電壓繼電器等排流裝置。這種防止逆流的排流法稱為極性排流法。該方法簡(jiǎn)單易行，應(yīng)用廣泛。

（3）強(qiáng)制排流法。就是在油氣管道和行走軌的電氣接線中加入直流電流，促進(jìn)排流的方法。在管地電位正負(fù)極性交變，電位差小，且環(huán)境腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，可以采用此防護(hù)措施。通過(guò)強(qiáng)制排流器將管道和行走軌連通，雜散電流通過(guò)強(qiáng)制排流器的整流環(huán)排放到行走軌上，當(dāng)無(wú)雜散電流時(shí)，強(qiáng)制排流器給管道提供一個(gè)陰極保護(hù)電流，使管道處于陰極保護(hù)狀態(tài)。強(qiáng)制排流法防護(hù)范圍大，鐵路停運(yùn)時(shí)可對(duì)油氣管道提供陰極保護(hù)，但對(duì)行走軌的電位分布有影響，需要外加電源。

（4）接地排流法。即;管道的排流電纜不是直接連接到行走軌上，而是連接到一個(gè)埋地輔助陽(yáng)極上，將雜散電流從管道上排出至輔助陽(yáng)極上，經(jīng)過(guò)土壤再返回到行走軌上。接地排流法使用方便，但效果不顯著，需要輔助陽(yáng)極，且輔助陽(yáng)極需要定期更換。

測(cè)試樁的設(shè)置

測(cè)試樁是陰極保護(hù)系統(tǒng)中必不可少的裝置,主要用于陰極保護(hù)效果和運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)。

在設(shè)計(jì)施工中，測(cè)試樁應(yīng)該和其他陰極保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)安裝。安裝測(cè)試樁應(yīng)該沿著被保護(hù)管道的方向設(shè)定位置，可設(shè)置在地下和地上，彼此相鄰的兩個(gè)測(cè)試樁間隔距離應(yīng)該在1～3公里之間。如果管道經(jīng)過(guò)城鎮(zhèn)或工業(yè)園區(qū)，測(cè)試樁相鄰間隔距離不應(yīng)該超過(guò)1公里。如果測(cè)試到受雜散電流干擾影響的地區(qū)，測(cè)試裝置的間隔距離更應(yīng)該適當(dāng)加密。測(cè)試樁安置的環(huán)境通常為：被保護(hù)管道與交流/直流電氣化鐵路交叉或者平行段；安裝絕緣接頭的地方；連接接地系統(tǒng)的地方；裝有金屬套管的位置；被保護(hù)管道與其他管道或結(jié)構(gòu)有連接的地方；輔助試片及接地裝置連接的地方；管道與周圍道路或者堤壩交叉通過(guò)的地方；穿越鐵路或者流水的地方；與外部金屬結(jié)構(gòu)建筑物相鄰的地方等。安裝測(cè)試樁時(shí)應(yīng)至少有兩個(gè)電纜與被保護(hù)管道相連接，而且使用的電纜應(yīng)該用顏色區(qū)別，或者做其他標(biāo)志進(jìn)行區(qū)分，并且要做到全線統(tǒng)一。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置足夠的測(cè)試裝置，且應(yīng)與陰極保護(hù)系統(tǒng)同步安裝。 

參考文獻(xiàn)：

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［2］孫慧潔 王文華《套管對(duì)埋地燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)電流屏蔽探討》

［3］曹阿林《油氣管道的雜散電流腐蝕與防護(hù)》