樊雪峰 施昱材
中国市政工程西北设计研究院有限公司 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：分析目前钢制燃气管道防腐的种类和适用环境，讨论外层防腐、牺牲阳极阴极保护、强制电流阴极保护的优缺点，在实际工程中，根据项目类型和周边环境来确定管道防腐做法，保证管道的使用寿命和安全运行。
关键词：外防腐层；牺牲阳极阴极保护；强制电流阴极保护；浅埋阳极地床；深井阳极地床；柔性阳极地床
1概述
天然气作为清洁能源，目前被广泛应用于工业和民用领域，天然气的输送主要采用埋地钢制管道，钢制管道于周边的土壤容易发生化学反应，产生腐蚀，为了保护燃气管道被腐蚀，需要对管道进行相应的防腐处理，保证管道的使用寿命和安全运行。目前国内管道防腐主要采用外防腐层和外防腐层加阴极保护方式。
2外防腐层
外防腐层是对埋地管道外壁的面保护，外层防腐主要采用挤压聚乙烯三层结构，分别是：环氧粉末层、胶粘剂层、聚乙烯层，补口使用的是热收缩套、交联聚乙烯热收缩带。
防腐层涂敷前，先清除钢管表面的油脂和污垢等附着物，并对钢管预热后进行抛射除锈。防腐层涂敷时，用无污染的热源将钢管加热至合适的涂敷温度，最高加热温度应不明显影响钢管的力学性能，环氧粉末涂料应均匀地涂敷到钢管表面，胶粘剂涂敷应在环氧粉末胶化过程进行，聚乙烯层包覆后应用水冷却至钢管温度不高于60℃，并确保熔结环氧涂层固化完全。
外层防腐主要适用于低压燃气管道和部分小管径中压燃气管道。
3外防腐层加阴极保护方式
对于重要的中压、次高压、高压燃气管道，除了管道需要做外防腐外，还需要设置阴极保护。阴极保护是电化学保护的一种，其原理是在被腐蚀金属表面施加外加电流，被保护金属成为阴极，使金属上的电子不易转移，避免和腐蚀的发生。阴极保护分为牺牲阳极阴极保护和强制电流阴极保护。可以根据工程规模、土壤环境、管道防腐层、绝缘性能等因素，经济合理选用。
3.1牺牲阳极阴极保护
牺牲阳极阴极保护是在待保护的金属上焊接更活泼的易腐蚀金属，外界电解质溶液形成原电池。活泼金属作为阳极，氧化还原电势低，使待保护金属的电势低于其本身的氧化还原电势，从而避免阴极被腐蚀。
要使埋设的燃气管道得到充分的保护，就要证有足够的电流使管道不受到腐蚀。钢管需要的最小保护电流是阴极保护设计最重要的参数之一。通过最小保护电流、土壤电阻率、牺牲阳极材料等数据，可以计算出总牺牲阳极材料的质量。
牺牲阳极材料（活泼金属）可以根据电阻率选择，主要是锌合金牺牲阳极（适用于土壤电阻率小于50Ω·m）、镁合金牺牲阳极（适用于土壤电阻率50~100Ω·m）。
牺牲阳极埋设方式有立式和卧式两种。立式采用钻孔法在埋设阳极处将阳极以垂直于管道的方向埋入地下，这种方式不需大面积开挖，但保护效果不如卧式阳极，适用于已建管道。卧式阳极采用开槽法施工，在管道敷设时与管道同沟放置，既节省单独开挖的费用，又起到良好的保护效果。
该系统适用于保护敷设在电阻率较低的土壤、水、沼泽或者湿地环境中的小口径或距离较短并带有优质防腐层的管道[1]。
3.2强制电流阴极保护
强制电流保护是通过外加直流电源以及阳极地床，给金属补充大量电子，使被保护金属处于电子过剩的状态，使金属表面各点达到同一负点位。该系统适用于大型、土壤电阻率高的环境。
强制电流阴极保护系统由直流电源、阳极地床、参比电极、连接电缆等构成。
1）直流电源
在外加电流阴极保护系统中，需要有一个稳定的直流电源，以提供保护电流。目前，广泛使用的有整流器和恒电位仪两种。一般，当被保护的结构物所处的工况条件（如浸水面积、水质等）基本不变或变化很小时，可以采用手动控制的整流器；但当结构物所处的工况条件经常变化时，则应采用自动控制的恒电位仪，以使结构物电位总处在最佳保护范围内。
2）阳极地床
阳极地床又称为辅助阳极，是强制电流阴极保护系统中重要的组成部分，将保护电流从电源引入土壤中的导电体。通过辅助阳极把保护电流送入土壤，经土壤流入被保护的管道，避免管道被腐蚀。
阳极地床主要有深井阳极地床、浅埋阳极地床、柔性阳极地床：
a）深井阳极地床
深井阳极地床是指将一支或多支阳极垂直安装于地下30m或更深的井孔中，以提供阴极保护的辅助阳极地床方式。然而，深井阳极受地质情况局限，在多岩石区段无法打井，而土壤电阻率特别高的区域需要打的井非常深，有时甚至需要达到80m以上，不仅造价比较高，也很难施工和维修[2]。
b）浅埋阳极地床
浅埋阳极地床是指将一支或多支阳极垂直(或水平)安装于地下1m或更深的土壤中，以提供阴极保护的辅助阳极地床方式。然而，该种方式受地形限制较大，存在阳极地床气阻随时间延续逐渐严重的问题，会造成电位正移、电位梯度增大，并对周围其他构筑物的杂散电流干扰严重，因此不适用于高土壤电阻率环境、站场区域和市政用阴极保护系统。
c）柔性阳极地床
在现有技术中，为了克服上述缺陷，采用柔性阳极地床替代上述两种地床。柔性阳极地床是指将一种线型、柔韧的辅助阳极沿着被保护体近距离敷设，以提供阴极保护的辅助阳极地床方式。柔性阳极是目前最新一代的辅助阳极，输出电流均匀、稳定，解决了岩石、高电阻率区段无法敷设阳极的问题，具有无可替代性，在全世界范围内得到了广泛的应用。
在柔性阳极的敷设和运行过程中，由于回填、铺设沥青砂、轧路机压实或者自然灾害等，柔性阳极经常出现意外断点，如果不能及时发现并修复断点，金属构筑物(包括但不限于埋地管道、储罐等)会失去阴极保护而加速腐蚀，尤其防爆区域的金属构筑物如果得不到足够的保护甚至会引发灾难性爆炸事故，威胁到人民生命财产安全和绿色环境。然而，由于柔性阳极与检测设备存在电磁干扰及其内部的电连接，导致本领域技术人员对于柔性阳极的断点不可测[3]。
3）参比电极是测量电极电势时作参照比较的电极。当管道金属位于某种电解质中时，那么管道的电位不是稳定的。参比电极是这样一种半电池，它由单一的、可逆的反应这一特性所决定具有稳定的、可逆的电化学位。参比电极的稳定性使其在作为电参考点或用于测量位于土壤或水中的其他金属电位方面非常有用的。当参比电极通过电压表处于土壤或水中的其他金属连接时，参比电极便成为半腐蚀电池。用于测量埋地或水下管道电位的参比电极所具有的电位值通常比钢铁的电位更正。参比电极一般可分为硫酸铜参比电极、甘汞参比电极、高纯锌参比电极等。
4总结
选择防腐措施时，不仅要保证管道的使用寿命和安全运行,同时还需要考虑经济成本、周边环境、施工难易等各方面因素，确定合理的管道防腐措施。
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2.一次性投资大
参考文献：
[1]李帆,茅斌辉.燃气钢质管道牺牲阳极阴极保护实践[J].煤气与热力,2010(11):27-31.
[2]高鹏,王亚平,康志刚,等.新建埋地钢质燃气管道强制电流阴极保护设计[J].煤气与热力,2008(12):307-308.
[3]周新荣,金永旺,于清涛,等.浅谈阴极保护之柔性阳极的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2013,000(014):60-61.