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城市埋地燃气管道阴极保护防腐技术研究伍仕军

发表时间：2020/11/5 来源：《基层建设》2020年第21期作者：伍仕军

[导读] 摘要：虽然城市埋地燃气管道施工过程中已采取了多种防腐措施，但受使用年限、深埋土壤环境、雨水侵蚀等因素影响，仍会出现严重的腐蚀问题，导致发生燃气渗漏等能耗问题。

        肇庆新奥燃气有限公司广东肇庆 526040
        摘要：虽然城市埋地燃气管道施工过程中已采取了多种防腐措施，但受使用年限、深埋土壤环境、雨水侵蚀等因素影响，仍会出现严重的腐蚀问题，导致发生燃气渗漏等能耗问题。当前阴极保护技术大多应用在长输管道施工中，在城市埋地燃气管道中的应用较少，因此，研究阴极保护技术在城市燃气管道的应用十分必要。鉴于此，文章首先分析了城市埋地燃气管道的腐蚀原因，然后对阴极保护技术的应用进行了研究，以供参考。
        关键词：地埋管道；阴极保护；技术应用
        1城市埋地燃气管道的腐蚀原理及成因
        涂层防腐是当前城市埋地燃气管道所采用的主要防腐措施，如3PE防腐涂层、环氧煤沥青防腐涂层等，这些措施能有效降低管道的腐蚀速率。然而，由于防腐涂层材料在加工、运输等方面存在缺陷，使得涂覆过程中经常会出现针孔等漏涂现象，比如针孔缺陷。管道深埋于地下后，由于地表人员以及车辆活动，以及土壤环境等影响，会导致涂层缺陷进一步扩大，失去了防腐作用。燃气管道腐蚀如果不得到及时有效的处理，轻则增加燃气消耗，重则产生严重的安全事故。引起城市埋地燃气管道腐蚀的原因主要为：第一，城市环境中的杂散电流极易干扰管道涂层的正常使用，杂散电流不仅会破坏管道涂层，还会加速管道的腐蚀；第二，燃气管道涂层检测标准在我国还不太成熟，涂层材料质量往往会出现参差不齐。经过长时间的使用后，由于涂层黏接力不足的影响，管道涂层会出现凹凸不平等问题。第三，深埋施工过程中，由于施工单位和人员问题也会造成管道涂层的一定损伤，损坏涂层的严密性，长期运行后势必出现管道腐蚀问题。第四，在部分地下水位较高的城市地区，土壤透气性较差，再加上土壤中的大量腐蚀性细菌，会增加埋地燃气管道的腐蚀速率。
        2阴极保护在埋地燃气管道中的应用
        2.1外加电流阴极保护技术
        外加电流阴极保护系统主要由以下部分组成：外部防腐层、测试桩、阳极地床、绝缘法兰等，这一保护的基本原理为：凭借外加直流电源来帮扶阳极，确保电子流能够自土壤流出，转移至被保护金属，这样其结构电位则会降低，具体则是参照氧化还原反应的相关理论，把将要受保护的金属物质看作阴极，将非溶性物质当作阳极，双方在同样的电解质内，可以将极性不同的直流电源设置在二者中间，从而使得通电以后，将有很多电子能够强制性地自电解质朝着受保护金属物流动，导致钢铁表层不断积累负电子，从而控制了钢铁的失电子现象，控制了钢铁的腐蚀，这一模式一般是为了保护土壤中的金属物质，最常见的地下管道、群管等。这一阴极保护的优势体现在：驱动电压更高，可以高效、灵动地大范围减少阴极保护电流的输出，通常能够有效适应保护范围更广的场合。而且这一阴极保护模式的适应能力较强，对于任何复杂、恶劣的环境都能发挥保护作用，如果采用了微溶性辅助阳极，能够实现长时间的保护，各个辅助阳极床有更大的保护范围，如果管道防腐层自身有着较高的质地，阴极保护则能有效拓展保护的面积，即便一些特殊的低质量管理，例如：防腐层受损时也能达到阴极保护的目的。当然，外加阴极保护实际使用中也存在缺点，具体体现为：需要更多的成本投资，而且还要支付一定额度的电费，系统实际工作中必须进行特定的维护，更重要的是这一系统的运行需要全面供电，电源难觅是一个大问题。
        2.2牺牲阳极的阴极保护
        此系统的主体结构包括：外防腐层、测绘桩、绝缘法兰等，其运行原理为：选择负电位金属，例如：铝片、合金等，接在受保护的金属上，让负电位金属来逐渐吸收、溶解电流对应实现对其他金属的保护。

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这一阴极保护模式的优势体现在：成本低、费用低、整个使用中没有额外的支出，而且保护电流能够被充分使用，防止出现过保护现象，同时，不会对附近或周围的地下金属带来干扰问题，能够有效适应分散管道的保护，能够充分发挥保护功能，施工过程相对简单，无需额外的专业维护。这一保护也存在一定的不足，体现在：驱动电位较低，保护电流的调节范围受限，保护范围更小，而且其适用范围相对有限，要考虑其所处的土壤的条件，例如：干湿度、电阻率等，当土壤电阻率较高，超出50欧姆时，则不适合采用这种保护模式，同时，一些高强电流的扰动区域，也不适合选择这一保护模式，因为过强的电流干扰很容易造成阳极性能的逆转，而且所牺牲的阳极也有一定使用周期限制，必须定期进行检查。
        3天然气管道阴极保护防腐蚀系统的维护工作要点
        （1）为了更进一步对管道进行保护，现在很多管道都大量使用了套管，但这些套管会对阴极保护的效果产生一定的影响，直接提高了管道的腐蚀速度。为此，不仅采用绝缘性能较好的混凝土的套管对管道进行维护，还应该在套管和管道的中间位置，布放绝缘效果较好的绝缘支架，确保套管和管道具有一定的绝缘作用，这样可以有效提高流经管道的阴极电流量，从而提高对管道的保护效果。恒电位仪是阴极保护中的重要设备，它的工作状态直接决定着阴极保护系统保护的好坏。为此，应该充分做好对恒电位仪的日常维护，应该认真落实恒电位仪每日巡检制度，定时对输出电流大小、反馈电压大小、参比电位进行检测并记录。还应及时打扫设备室卫生，保持设备的温度、湿度，为恒电位仪的运行提供创造一个较好的运行环境。如果有条件尽量设置A/B机，并且每半月更换一次，并及时对更换下来的设备进行维护。应该每隔一定时间对测试桩进行一次电位测试，检查恒电位仪的工作状态是否正常，全面监控恒电位仪运行状态。
        （2）雷击电流和故障电流会对阴极保护效果产生很大的影响，为此我们可以采用固态去耦器进行排流，有效增加管道的使用年限，它的低压阀值电压与雷电冲击漏泄电流量大，能够有效降低感应电压，具备方便管理、适用强的特征，但花费的成本较高。在阴极保护系统的实际工作中，其也会产生很多的故障，这些故障大部分是线路连接问题和恒电位仪设备故障，如果是线路连接问题，只需对线路进行仔细的排查，排除线路的故障即可。如果是恒电位仪故障，这需要工作人员首先弄清故障发生时的现象，在根据故障排除手册找出故障发生的原因，再对其进行针对性的修理。例如，如果恒电位仪发生无保护电流输出情况，这时应该对恒电位仪保险丝进行检查，查看是否保险丝已经断开，如果发现断开，应该及时更换新的保险丝。恒电位仪整流器上无电压输出，这时应该检查过压开关的状态，如果发现开关断开，应该是电源过电压或者遭受雷击所致，此时应该对整个装置进行绝缘检测，安装防雷、防高压装置，是有效避免这种现象的措施，并检查接地电阻是否再正常范围之内在实际的阴极保护过程中，阴极保护电流密度大小非常重要，一般选择10-30Ma/m2，如果其不能有效维持在该区间，表示该系统出现了问题，问题可能出现在管线，也有可能出现在恒电位仪上，需要仔细进行排查。做好对阴极保护系统的定期维护工作，合理安排维护的周期，通过各种现代技术手段的应用，对系统运行过程中出现的各种问题，采取有效措施进行解决。
        结语
        综上所述，对于长输燃气管道来说，城市埋地燃气管道由于地表人员活动复杂、土壤环境多变、杂散电流干扰等因素，在加之现有的保护涂层存在一定的缺陷，因此城市埋地燃气管道更容易出现腐蚀现象。结合城市区域特点，采用牺牲阳极防腐保护技术能起到较好的效果。在技术实施过程中，要结合实际情况对阴极保护技术进行科学应用，并制定完善的维护方案，以保证阴极保护技术的效果得到最大化发挥，保证管道使用的安全性与稳定性。
        参考文献：
        [1]李佳琳.输气管道阴极保护问题排查及思考[J].化工管理，2020（2）：154-156.
        [2]赵忠旺.天燃气长输管道阴极保护防腐技术的应用[J].化工设计通讯，2019，45（12）：134，145.