溫世成（中石油渭南煤層氣管輸有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000）

針對(duì)外加電源陰極保護(hù)在天然氣長(zhǎng)輸管道中的故障分析

溫世成（中石油渭南煤層氣管輸有限責(zé)任公司，陜西 渭南 714000）

天然氣長(zhǎng)輸管道，是我國(guó)運(yùn)輸天然氣資源、滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源通道。但是，天然氣長(zhǎng)輸管道中外加電源陰極保護(hù)故障現(xiàn)象問(wèn)題影響了管道的正常使用，因此本文將對(duì)此進(jìn)行分析。

外加電源陰極保護(hù)；天然氣長(zhǎng)輸管道；故障處理

外加電源陰極保護(hù)法是保護(hù)天然氣長(zhǎng)輸管道正常運(yùn)行的重要措施，因此做好外加電源陰極保護(hù)故障研究，有助于確保天然氣長(zhǎng)輸管道的正常運(yùn)行。

1 天然氣長(zhǎng)輸管道采用的外加電源陰極保護(hù)原理

外加電源陰極保護(hù)措施屬于電化學(xué)典型防腐措施，在天然氣管道中運(yùn)用的原理是通過(guò)使用管道設(shè)備和周?chē)h(huán)境的電位差，確保管道自身電子不會(huì)流失，進(jìn)而避免電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

外加電源陰極保護(hù)法使用了在外界搭配輔助陽(yáng)極并安裝直流電源的方式，確保了電流是從土壤向金屬管道流動(dòng)的趨勢(shì)，避免了管道金屬向外擴(kuò)散的現(xiàn)象，從而就使得管道金屬時(shí)刻維持在低電位環(huán)境水平當(dāng)中。

電源陰極保護(hù)的原理主要是，天然氣長(zhǎng)輸管道暴露在潮濕的空氣中，管道材質(zhì)自身的鐵（Fe）由于雜質(zhì)的關(guān)系，與氧氣和水分子構(gòu)成原電池形態(tài)。其中，鐵在吸氧作用下形成了負(fù)極（Fe-2e=Fe2+），而正極則有材質(zhì)本身含有的碳元素以及土壤中的其他成分提供（2H2O+O2+4e-=4OH-）。當(dāng)天然氣管道金屬才是失去了很多電子后，金屬上就會(huì)出現(xiàn)氫氧化鐵，然后就會(huì)和水分子反應(yīng)變成鐵銹（氧化鐵）。由此可見(jiàn)，引發(fā)管道腐蝕的根本原因就是鐵元素的電子減少，然后和空氣中的氧氣、水發(fā)生了反應(yīng)。[1]

2 天然氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)故障案例

某天然氣長(zhǎng)輸管道全長(zhǎng)560km，管道材料是L360，輸氣管道使用了煤焦油瓷漆防腐層與外加電源陰極保護(hù)，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中表現(xiàn)正常。但是在2016年5月，陰極保護(hù)站恒電位儀突然像是保護(hù)電位變低、輸出電流變大等故障現(xiàn)象，因此決定對(duì)故障實(shí)施處理。

3 導(dǎo)致陰極保護(hù)喪失作用的原因

檢測(cè)人員第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)長(zhǎng)輸天然氣管道的防腐層、四周金屬構(gòu)筑物分布規(guī)律、電源情況、土壤電阻率等進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)分析得出以下四點(diǎn)原因：①輸氣管道敷設(shè)于河灘、地勢(shì)低洼區(qū)域，該區(qū)域土壤電阻率為6.9～73.6Ω·m，土壤平均電阻率為26.4Ω·m，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)9成以上土壤為中等腐蝕性土壤。很多管線和電氣化鐵路距離較短，在回填施工期間，碎石等砸壞了管道外防腐層，進(jìn)而引發(fā)管道腐蝕。②絕緣法蘭性能不達(dá)標(biāo)，讓保護(hù)距離變大。③長(zhǎng)效參比電極損壞，電極液滲漏。④輔助陽(yáng)極的連接點(diǎn)路橋腐蝕嚴(yán)重，發(fā)生斷裂，陽(yáng)極地床所剩無(wú)幾，使得接地電阻變高。[2]

檢測(cè)人員馬上將管道和陽(yáng)極地床挖開(kāi)，發(fā)現(xiàn)管道部分外防腐層被嚴(yán)重腐蝕，陽(yáng)極地床也已經(jīng)損壞。然后分別對(duì)保護(hù)電位與陽(yáng)極體接地電阻、管道防腐絕緣性實(shí)施測(cè)量，結(jié)合數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)得出以下結(jié)論：陽(yáng)極地床接地電阻太高是導(dǎo)致恒電位儀保護(hù)電位突然降低、輸出電壓及電流忽然升高的原因。

4 外加電源陰極保護(hù)在天然氣長(zhǎng)輸管道的故障處理

4.1 科學(xué)選擇陽(yáng)極地床材料

首先，通過(guò)對(duì)使用頻率比較高的石墨、鍍鉑、混合金屬、廢鋼鐵、高硅鑄鐵、聚合物等埋地外加電源陽(yáng)極體的研究，結(jié)合天然氣長(zhǎng)輸管道陽(yáng)極故障實(shí)際現(xiàn)象，應(yīng)該選擇抗腐蝕性強(qiáng)、腐蝕速率慢、穩(wěn)定性高的高硅鑄鐵材料作為陽(yáng)極體。

其次，陽(yáng)極體周?chē)鷳?yīng)該填充焦炭材料，這樣可以使導(dǎo)電的面積、空隙變大，降低了氣阻。同時(shí)，也使陽(yáng)極體接地電阻變小、導(dǎo)電性表大，實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)極體的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕速度。因此，可以選擇直徑為6～15毫米的連續(xù)性接觸表面的焦炭顆粒作為材料。

最后，要使用高硅鑄鐵管替換水平接地連接裝置，然后通過(guò)防腐處理，提高陽(yáng)極體水平連接裝置的防腐性。

4.2 優(yōu)化陽(yáng)極地床結(jié)構(gòu)

為延長(zhǎng)陽(yáng)極地床使用時(shí)間，要使用聯(lián)合式地床結(jié)構(gòu)形式。并在存在地下水的方位地面2m以下敷設(shè)陽(yáng)極地床，陽(yáng)極地床陽(yáng)極體由12根2m長(zhǎng)高硅鑄鐵管構(gòu)成。同時(shí)要完善陽(yáng)極體阻隔，且阻隔長(zhǎng)度為3m,敷設(shè)時(shí)讓陽(yáng)極體垂直于被保護(hù)管線且連成一排，這樣可以提高陽(yáng)極體抗電流干擾能力。

陽(yáng)極體外部填充料的直徑為1000mm，填充料周?chē)畛浼?xì)砂。高硅鑄鐵管陽(yáng)極體規(guī)格為φ133×5，高度為2000mm，水平接地連接裝置(高硅鑄鐵管)規(guī)格為φ89×5。[3]

4.3 具體措施

首先，要保證水平接地連接裝置與陽(yáng)極體焊接部位的牢固性，焊接縫要使用高強(qiáng)度防腐絕緣材料包裝處理。并使用焊接方式連接匯流點(diǎn)，將鍍鋅鋼管套在電纜上，然后在鋼管和電纜見(jiàn)澆灌瀝青，等到風(fēng)干后通過(guò)高壓電火花儀器實(shí)施檢查，若電壓值在規(guī)定范圍內(nèi)，則一切正常。

其次，要采用高密度焦炭回填的方式，降低陽(yáng)極體外部填充料的電阻，且填充料不應(yīng)存在任何雜質(zhì)，填充料填充完畢后，要適當(dāng)澆水潤(rùn)濕。

5 故障維修后的運(yùn)檢

對(duì)陽(yáng)極地床實(shí)現(xiàn)改造后，應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)。首先，陽(yáng)極體接地電阻應(yīng)在2Ω之內(nèi)。其次，恒電位儀輸出電壓應(yīng)為2～30V，電流應(yīng)為1～15A；天然氣長(zhǎng)輸管道頭尾保護(hù)電位應(yīng)在(0.85～1.20)V之內(nèi)等。若檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)相關(guān)檢測(cè)結(jié)果與上述要求相符，則代表故障被徹底清除，陰極保護(hù)設(shè)計(jì)成功，可以維持管道的正常運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

天然氣長(zhǎng)輸管道在長(zhǎng)時(shí)間的使用中，受到內(nèi)外因素影響，難免會(huì)發(fā)生外加電源陰極保護(hù)故障。但是，只要合理應(yīng)對(duì)、科學(xué)處理，必然可以快速處理故障，確保管道線路的正常使用。

[1]天然氣長(zhǎng)輸管道的安全隱患及對(duì)策探討[J].楊豐繁.化工管理.2016(21)：257.

[2]天然氣長(zhǎng)輸管道優(yōu)化策略探討[J].桂巍.石化技術(shù).2016 (08)：32,34.

[3]天然氣長(zhǎng)輸管道疲勞可靠壽命預(yù)測(cè)分析[J].沈佳園.新技術(shù)新工藝.2015(06)：145-147.