阴极保护技术在城镇燃气管网中的应用

阴极保护技术在城镇燃气管网中的应用

赵勇1,邵金凤2,何映秋2

关键词：阴极保护技术；城镇燃气管网；牺牲阳极法；防腐

1引言

天然气是一种清洁型能源，在全球环境污染问题日益严重的今天，天然气也成为目前各国推广的主要能源形式，在我国，随着西气东输工程的建设和完工，目前天然气已经在我国的城镇中基本普及，而且也广泛地应用于工业生产中。由于天然气是一种易燃易爆的气体，在天然气的传输过程中，其传输管道的安全性则显得至关重要，由于天然气管道为钢质管道，其常年埋在地下容易受到土壤及其他腐蚀性物质的化学腐蚀作用，导致管道腐蚀破损而造成天然气泄漏事故。阴极保护技术是电化学保护技术中的一种，是一种常用的通信线路和金属设备的防腐蚀措施。在目前天然气管道敷设里程日益增加的今天，研究利用阴极保护法对燃气管道进行防腐蚀保护的方法十分必要。

2我国城镇燃气管网的防腐现状

目前我国的城镇燃气管道采用的主要防腐措施是在敷设管道之前在管道表面涂覆防腐涂层，防腐涂层主要有环氧煤沥青涂层、沥青玻璃布涂层和低密度聚乙烯涂层等等。钢质管道的防腐涂层通常实在管道的生产过程中涂覆上去的，其在运输、保管、敷设的过程中容易遭到破坏，加之本身具有的针孔质量缺陷，使之在地下土壤和其他腐蚀物质的作用下出现小孔或者涂层剥落的现象，此时如果缺少阴极保护，就容易导致局部腐蚀或穿孔而发生燃气泄漏事故等。早在本世纪初，我国的燃气管道普遍采取涂层保护措施，据不完全统计，燃气管道的使用寿命仅有3～５年，而采用阴极保护方法对燃气管道进行防腐保护，可以有效避免点蚀和穿孔，排除杂散电流的干扰，延长管道的使用寿命，加之防腐涂层进行辅助保护，还可以减少阴极保护金属电流的需求[1]。

3阴极保护的方法和选择

阴极保护技术采用的是电化学腐蚀原理，即当金属处于满足腐蚀条件的电解质溶液中时，金属会作为阳极不断发生氧化反应，电解质溶液中的杂质等作为阴极发生还原反应，使腐蚀持续进行。电化学阴极保护就是利用这种原理，将被保护的金属作为阴极，利用给金属外加补充电子或者牺牲阳极给金属提供电子的方法，使其处于电子过剩状态，从而保护金属不容易发生腐蚀反应。阴极保护方法主要有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法两种[2]。

3.1牺牲阳极的阴极保护法

此方法简称为牺牲阳极法，其原理采用的是上述电化学腐蚀原理，将需要保护的金属与比其电子电位更低的金属或合金用电气或导电介质连接，将被保护金属作为阴极，电位低的活泼金属或合金作为阳极，地下潮湿的空气和水作为电解质溶液，从而满足腐蚀电池的条件，阳极的电子向电位高的阴极不断地提供电子，使其电子富集而不产生离子，所以阳极的材料被优先腐蚀，从而对阴极材料起到保护作用。

3.2外加电流的阴极保护法

此方法又被成为强制电流法，其原理也是上述电化学腐蚀的原理，与牺牲阳极法不同的是，此方法通过向被保护金属外加直流电源的方式，使被保护金属电子富集，发生阴极极化，而给一个辅助阳极（挺长为高硅铸铁或废钢）施加阳极电流，形成腐蚀电池效应，使被保护金属在腐蚀性的电解质溶液中作为阴极而不容易被腐蚀。

3.3阴极保护的选择

阴极保护法比较适合于埋地的钢质管道防腐，而其中外加电流法具有输出电流可控、保护范围大、不受大地电阻率的限制、对管道防腐涂层要求低、被保护金属寿命长等优点，但是此方法对邻近的地下金属构筑物干扰和腐蚀性较大，维护管理复杂，所以比较适用于郊区等地下管网比较单一的地区，不适用于地下管网结构复杂的城镇区域。

牺牲阳极法具有不需要外接电源、对临近的地下金属构筑物干扰和腐蚀小、后期维护管理简单等优点，但是其保护范围较小，且不能实时监测输出电流的大小，所以不能监测管道防腐涂层的状况，比较适用于地下管网比较复杂的城镇地区。

4牺牲阳极法在城镇燃气管网应用中的控制要点

4.1设计环节的控制要点

在采用牺牲阳极法应用于城镇燃气管道中时，应首先对管道敷设区域的土壤的电阻率大小进行测定，根据电阻率的大小选择牺牲阳极的种类，然后根据保护电流的大小确定阳极规格。在城镇燃气管道的实际施工中，通常采用棒形镁或锌作为阳极材料，土壤的电阻率较高时通常采用带状镁作为阳极材料。

工艺计算环节主要是对燃气管道的阳极接地电阻、输出电流、阳极的数量和工作寿命的计算，根据工艺计算结果选择合适的安装方式，并根据管道长度、埋深深度、土壤具体特性和空间位置等确定阳极地床的布置方式，在安装过程中，尽量降低阳极周围的接地电阻，增加其电流输出，并减少不必要的阳极极化，增加其使用寿命。

阳极分布方式和埋设方式的选择应综合考虑管道长度、土壤特性和空间位置等因素，可选用的分布方式主要有单支式和集中式，埋设方式则有立式和水平式，埋设方向分轴向式和径向式。此外，为了使阴极保护能达到最佳效果，在进行阳极埋设时还应注意其与周边物体的距离，距墙壁宜控制在3~5米，且应大于0.3米；与被保护钢管的距离应不小于0.3米，且不应超过7米，实际埋设中通常宜选择0.6～0.7米。另外还要求埋设深度宜与被保护钢管的深度相同，且应在冻土层以下。阳极在成组埋设时，阳极之间的距离宜为2～3米，且每组之间的距离宜为200～300米。

4.2施工环节的控制要点

在城镇燃气管道的牺牲阳极防腐措施的施工过程中，首先应在施工之前对现场作表面防腐的管道做机械性能检测，防腐处理时应确保管道表面无铁锈、氧化皮和浮灰等，防腐材料的选择应选用防腐性能和电绝缘性能良好的材料，绝缘层的电阻也应符合耐电压测试标准；此外经过防腐处理的管道在运输过程中应注意防腐层不被破坏，在管道安装之前应对每跟管道进行防腐层完整性检查，并进行电火花测试。

对管道的焊接和连接部位进行电阻值测试，保证管道的连续导电性，确保阴极保护电流通畅，而且应特别注意在电缆接头处要进行去锈、去漆处理，并保证电缆结合的严密性和牢固性。

阳极材料与管道的连接应采用铜鼻子和加强板进行连接，确保连接的可靠性；对燃气管道进行电绝缘处理，防止保护电流流到非保护金属构筑物上，绝缘的设置应考虑以下部位：干管与支管连接处；新旧管道连接处；裸管和覆盖层管道连接处；电气接地处；套管穿越处；跨越管道的支架与管道处；大型穿、跨越段两端。同时要注意在绝缘接头两侧应设有预防雷击和过电流的保护设施，以防止绝缘接头被瞬间的电流击穿。

4.3管理环节的控制要点

对城镇燃气管道的牺牲阳极防腐措施的管理重点做好燃气管管道的日常巡检工作，主要检查牺牲阳极测试桩的技术参数，对数据异常情况进行及时处理，并定期进行阳极材料的更换。

5结语

阴极保护技术是一种采用电化学腐蚀原理对金属管道或设备进行防腐蚀保护的措施，阴极保护法有外加电流的阴极保护法和牺牲阳极的阴极保护法两种，这两种方法各有优缺点，其中牺牲阳极法比较适用于城镇燃气管网的防腐蚀，但是需要在应用中注意牺牲阳极法的设计、施工和管理环节的重点控制要点，科学合理的利用阴极保护法对燃气管道施加防腐保护措施。

参考文献：

[1]黄辉,刘艳.阴极保护技术及其在埋地钢质管道中的应用[J].管道技术与设备,2009(2):46-48

[2]张峰.阴极保护技术在城镇燃气管网中的应用[J].江西建材,2009(1):24-26