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摘要：埋地钢质管道由于所处环境的复杂性，容易存在腐蚀现象，进而缩短管道的使用寿命，导致输送介质泄漏问题的产生。为此，在埋地钢质管道作业中，有必要加大对管道的保护力度，采取有效的处理措施，降低腐蚀影响，加大管道使用率。本文就对埋地钢质管道阴极保护及维护加以分析探讨，以供参考。
关键词：埋地钢质管道；阴极保护；维护；
埋地钢质管道施工中因与土壤中的水分及空气产生电化学反应，致使自身结构不断被腐蚀，性能逐渐降低。土壤中二氧化碳、卤素离子均会加剧钢质管道的腐蚀，而埋地管道腐蚀后发生安全事故的几率也随之增加，进而产生严重的危害。
本人有幸全程参加了2019年无锡海辰半导体项目，空气化工公司室外埋地高压氮气管道的施工。该项目设计采用无缝钢管，沿厂区埋地敷设，焊口100%拍片。总长度约5KM，埋地管道防腐采用阴极防护设计方案。本项目也是本人第一次施工中使用阴极防护方案，翻阅了大量的资料，做了一些总结工作供大家参考使用。
1阴极保护系统
阳极保护系统可分为两种形式，一是牺牲阳极阴极保护系统，一是强制电流阴极保护系统。两者唯一的差别是电源来源方式不同。前者电流的产生以金属或合金材料为主，利用低于钢质管道电位的金属或合金材料作为阳极，完成系统电流供应。后者主要是以太阳能电池、整流器、恒电位仪等作为电流产生的主要设备，达到系统电源供应目标。在实际作业中，工作人员要根据现场实际情况及钢管腐蚀特征，采取科学有效的阴极保护方式。在无锡海辰半导体项目中，最后采用的是牺牲阳极阴极保护系统。
2金属管道牺牲阳极阴极保护
2.1系统
1）合理选择牺牲阳极
牺牲阳极阴极保护方式可应用的范围较多，如电阻率较低的土壤内；沼泽等恶劣环境下，不过该环境下只适用于小管径管道的保护；短距离钢管；带有防腐层的大口径钢管等。牺牲阳极阴极保护方式下，选择的低电位金属材料以镁合金、锌合金或铝合金为主。
2）牺牲阳极安装的具体要求
牺牲阳极埋设方式会根据轴向和径向的不同分为水平和立式两种。通常，牺牲阳极管道为3-5m，阳极顶部与地面的距离在1m以上。在成组布置方式下，阳极间距控制在2-3米，并直接埋设在冻土层下。如区域较为干燥，则可结合实际适度增加埋深。埋设于河床当中的阳极需采取防护措施，规避洪水冲刷，以免在河床清淤的过程中受损。如阳极直接埋设在土壤当中，则腐蚀速度也会明显加快，进而破坏阳极损耗的均匀程度。所以，在埋设于土壤中时，需适度使用具有较强吸水性的回填材料，从而降低电阻，提高阳极效率，使阳极表面的平均消耗满足既定要求。
2.2电缆
1）合理选用电缆
阴极保护电缆一般以铜芯电缆为主，如果电缆截面设置成牺牲阳极，面积要在4平方毫米以上，多股连接导线，每股导线的界面均在2.5mm2以上。
2）电缆施工要点
电缆主要埋设于冻土层下方，电缆与管道处于相交状态时，规定垂直距离在0.5m以上，焊接过程中要保证弯头与管道间的距离在200毫米以上，以15克以下的铝热焊方式完成焊接工作，如焊接电缆的界面在16mm2以上时，要将电缆芯分为几股独立焊接。管道连接位置上设置绝缘防护，焊点位置缠绕250毫米的热吸收带，径向搭接长度100毫米。
2.3绝缘装置
1）绝缘装置的类型
阴极保护管道需按照要求设置绝缘保护装置，绝缘形式较多，如绝缘接头、绝缘短管、套管内绝缘支撑和管桥上绝缘支架等。
2）绝缘装置施工要点
爆炸危险区设置绝缘装置时要采用防爆火花间隙做好跨接处理，且绝缘装置内部也要采用规避意外高压击穿的各项保护措施。阴极保护管道中的管道附件、管道支撑物以及管道与套管之间均需注重其电绝缘性能，管道与套管端口位置做好密封工作。
2.4测试装置
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海辰半导体项目阴极防护电缆线施工
1）合理设置测试装置
沿管线走向设置测试装置，测试装置的间距为1-3km，城区及工业区相邻的间距在1km以内，若区域内有杂散电流干扰，可结合实际适度缩短间距。在不同沟内设置多条平行管道时，每条管道均要设置单独的测试装置，且测试装置应用两根以上的电缆与管道相连。
2）装置安装
测试装置要与阴极保护系统共同安装，测试桩与管道中心线距离为1.5米，桩体应固定于管道上方，采用率热焊接工艺完成焊接处理。
2.5牺牲阳极运行与维护
牺牲阳极埋设完成，且填包料浇水10天后，就可对牺牲阳极保护加以测试，确定各项参数指标是否符合具体需求。牺牲阳极在运行过程中，相邻阳极间的管道保护点位应保持在最小值内，同时安排专人加以监管，每隔6个月完成管道保护电流及阳极输出电流的测量工作，根据实际开展加密测试。牺牲阳极系统应以年为单位实施维护处理。维护过程中，需尽可能的将金属管道和直流电源的负极电位差加以清除，以降低腐蚀率，提高埋地钢质管道质量，延长使用寿命。
3辅助阳极
辅助阳极在阴极保护中起到电流引导的作用，直接将保护电流引入到土壤中，再从土壤流入到电源负极内。金属管道作为系统中的阴极，表面会产生氧化反应，而辅助阳极在上述作业下也会产生氧化反应，两者之间碰撞可很好的抵消辅助阳极。
3.1常用辅助阳极
高硅铸铁阳极电流密度在每平方米5-80安左右，自身损耗率在0.5kg/(A•a)以内。可应用于土壤和淡水。石墨铸铁阳极电流密度在每平方米5-10安，消耗率约为0.6kg/(A•a)。
钢铁阳极的损耗率为8-10kg/(A•a)。柔性阳极的最大输出电流密度为82mA/m。钛基体上覆盖的具有导电性的金属氧化物也会形成阳极，电流密度在每平方米10安左右，且该阳极的消耗率较低，使用寿命长，可有效达成保护效果。
3.2填充料的作用
填充料作为增加与土壤接触面，降低阳极电阻的作用，在实际应用中，需结合阳极种类，科学选择填充料内容。填充料的使用要求为：含碳量控制在85%以上，填充料的最大粒径不得超过15毫米，厚度在100毫米以内，如果采用柔性阳极，最大粒径控制在3.2毫米以内。
3.3阳极地床埋设形式
阳极地床可分为浅埋式、立式、水平式、深埋式这四种。浅埋式阳极地床的深度在1-5米左右；立式阳极地床是将一根或多根阳极处置埋入地下的一种方式，阳极间的连接直接以扁钢拦截为主。立式阳极地床的接地电阻相对较小，尤其是在尺寸相同的情况下，接地电阻值最小。水平阳极地床以水平方式将阳极埋入到底层空间内，较上两种方式简便很多，可加强后期维护检查的便利性。而深埋式阳极地床的应用一般针对埋设环境存在干扰性金属结构或屏蔽结构时，目的是保证阳极性能的充分发挥。埋设深度以次深、中深和深三种为主。
3.4附属设施
阳极地床埋设作业完成后，在其周边需设置测试桩，对管道阴极保护的实际情况加以勘测，获取准确的参数数据，确定阴极保护合理性与否，及时了解埋地钢质管道的质量和性能，延长使用寿命。另外，为将保护与非保护管道区隔开来，还会设置电绝缘装置。常见的电绝缘方式以绝缘法兰、绝缘接头两种为主。
4结语
阴极保护及其维护中，要有针对性的制定保护方案，严格按照规范技术要求开展多样化管理工作，以减少外界因素对埋地钢质管道的影响，延长管道的使用寿命，避免安全事故的发生，进而推动城市内相关活动的有序开展。
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