摘要：天然气管线在施工及运行过程中防腐层产生破损在所难免，导致管材与土壤电位存在差异，产生电化学腐蚀，因此管网应采取防止电化学腐蚀的措施 —阴极保护法。埋地防腐管线在确保防腐层质量良好、施工及运行中防止破损外，牺牲阳极的保护是必不可少的。
　　关键词：燃气，阴极保护，牺牲阳极
　　中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：
　　一、前言
　　天然气是一种公认的清洁高效优质的能源，城市燃气在工业和民用领域有广泛的应用前景。由于土壤对管道的腐蚀、管内输送介质的腐蚀、防腐层的缺陷和早期技术的限制，我国大部分城市燃气管线只采用了涂覆层而未采用阴极保护措施，使早期投入使用的燃气管线频繁发生腐蚀穿孔泄漏事故，导致管线经常出现非计划维修或更换，严重影响燃气管网的安全运行，缩短了管线的使用寿命，造成了较大的经济损失。
　　实践证明，城市燃气管线外防腐措施采用涂覆层加阴极保护的所谓“双保护技术”是有效的，管线安全性得到了更可靠的保证，管线使用寿命延长一倍以上，事故明显减少，经济效益得到很大提高。
　　二、阴极保护设计
　　1、阴极保护类型的确定
　　阴极保护属于电化学保护，是利用外部电流使金属腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀速率的防腐蚀技术。埋地钢质管道阴极保护分为强制电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种。
　　强制电流阴极保护主要适用于郊区等地下管网单一地区的燃气主管道或城镇燃气环网。其优点是输出电流大而且可调，不受土壤电阻率限制，保护半径较大；系统运行寿命长，保护效果好；保护系统输出电流的变化可反映出管道涂层的性能改变。其缺点是需设专人维护管理，要求有外部电源长期供电，易产生屏蔽和干扰，特别是地下金属构筑物较复杂的地方。
　　牺牲阳极阴极保护主要适用于人口稠密地区和城镇内各种压力级制燃气管道。其优点是不需外加电源，施工方便，不需进行经常性专门管理，不会生屏蔽，对其他构筑物也不会产生干扰，保护电流分布均匀、利用率高。其缺点是输出电流小，保护范围有限；需定期更换，不能实时监测输出电流分的变化，也不能反映管道涂层的状况。
　　根据以往的经验和我们的实践得知，城镇燃气埋地钢质管道宜采用牺牲阳极阴极保护来减缓土壤对管道的电化学腐蚀。
　　2、牺牲阳极的选取
　　① 土壤电阻率
　　土壤电阻率反映了土壤介质的导电能力。一般电阻率低的土壤腐蚀性强，反之腐蚀性弱，通常根据土壤电阻率选取适宜的牺牲阳极。无论采用哪种牺牲阳极，都需要先测出管道所在位置的土壤平均电阻率。土壤中所含成分的比例不同，造成各个地方电阻率也不同，即使同一地点不同埋深的电阻率也不同，因此我们常采用管道所在埋深处的电阻率的平均值。
　　② 牺牲阳极的选用
　　牺牲阳极主要有两大类型，即镁合金阳极和锌合金阳极。根据勘测出来的土壤电阻率(ρ)，可以选择采用锌阳极或镁阳极。一般ρ<5Ω·m时，选用锌阳极；5Ω·m≤p≤100Ω·113时，选用镁阳极；p>100Ω·m时，选用带状镁阳极。在土壤潮湿的情况下，锌阳极使用范围可扩大到30Ω·m。
　　3、牺牲阳极的布置
　　① 在布置牺牲阳极时，注意阳极与管道之间不应有金属构筑物。
　　② 牺牲阳极必须埋设在冰冻线以下。在地下水位低于3m的干燥地带，阳极应适当加深埋设。在河流下阳极应埋设在河床的安全部位，以防止洪水冲刷和挖泥清淤时损坏。
　　③ 牺牲阳极埋设方式有立式和卧式两种。立式阳极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。阳极哩设位置在一般情况下距管道外壁3～5m，最小不宜小于0.3m，但由于考虑到同沟敷设的方便性。一般将间距控制到0.3～0.5m，留出一定操作空间即可。埋深以阳极顶部距地面不小于1m为宜。成组布置时，阳极间距以2～3m为宜。
　　④ 通常应在管段上相邻两组牺牲阳极的中间部位设置测试桩，测试桩的间距以不大于500m为官。
　　4、设计修正
　　当计算结束后，在管道上布置牺牲阳极时，还要考虑到一些特殊的情况，对总体设计进行调整。比如在定向钻的穿越出入土点，当采用的牺牲阳极保护半径不够时，可在出入土点增加阳极的数量或增大阳极的规格，使其能够起到完全保护穿越管道的作用。
　　5、牺牲阳极的施工要求
　　① 阳极的埋设：按比例配制、调匀好填料，装入φ300×1000的棉或麻布袋中，将经过用铁砂纸打光及表面清洁处理的阳极及时插人填料中心位置，并压实；包外用铁线缠绕绑实平卧或竖直埋设在管道侧边的2-3M处，埋深应与管道埋深相同，并要在冰冻线以下，用细原土掺盐分层浇水湿润后回填混凝土。
　　 ② 所有的电缆与阳极、铜鼻子、管道、加强板的连接采用锡焊（分线盒内的连接除外），焊接前都要剥去防腐绝缘层，清洁、打光焊接处；在焊接处及电缆的外裸部位必须做好绝缘防腐处理；电缆加PVC保护套管松缓自然埋设，埋深与管道埋深相同。
　　 ③ 在防护罩内的电缆要有个0.8M的冗余长度（电缆冗余部分不加PVC保护套管），以便将分线盒提出地面检测参数；分线盒的两个出人线孔用浸过沥青的麻丝填实，再用沥青填平做防水处理。
　　 ④ 连接管道的电缆颜色应与其它电缆颜色区分开，以便辩认检测。
　　 ⑤ 分线盒在施工安装、检测完毕后，分线盒盖子须拧紧防水。
　　 ⑥ 阳极的埋设点必须做永久性标志，并填入"投产保护参数测量表"中，永久性标志可以包括周围建筑物。
　　三、设计时应注意的其他事项
　　1、绝缘连接
　　为防止阴极保护电流流到与大地连接的非保护构筑物上，应对阴极保护管道系统进行电绝缘。这样可以防止电流流失，减轻电偶腐蚀，避免不必要的干扰，控制电流流向。
　　绝缘的设置应考虑以下部位：a.干管与支管连接处；b.新旧管道连接处；c.裸管和覆盖层管道连接处；d.电气接地处；e.套管穿越处；f.跨越管道的支架与管道处；g.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。
　　2、交流干扰
　　城镇的强电线路对管道存在着交流干扰，其危害主要有两方面，一是强电线路的交流电压的长期存在会对钢质管道产生交流腐蚀；二是强电线路发生故障时，会产生瞬间感应电压，可能击穿管道中设置的绝缘装置，并威胁到人身安全。解决交流干扰的方法有三种，一是保证管道分期施工全部结束后，一次性完成牺牲阳极的施工，尽早进行阳极接地；二是加大管道和接地体的距离，至少应达到3m；三是在管道和接地体间、绝缘装置两侧分别串连接地电池，将瞬间感应电压转移到管道上，再通过管道的接地装置将电流散掉，防止故障电流对管道的影响。
　　3、管道破损点的补口
　　安装管道线、阳极和绝缘装置时，必须对管道涂层进行破坏，使原有防腐涂层失去了连续性。如果补口材料、技术和工艺不过关，那么涂层破损处就是一个非常危险的腐蚀源。在选择补口材料时，必须选用与原防腐层相容性极好的补伤材料，主要是补伤材料的里层与原防腐层的外层要有非常好的粘结力。补口技术和工艺是保证补口质量的关键，一般施工现场的设备和环境不如工厂好，因此在实施前必须通过反复试验确定补口方法和工艺流程。补口的防腐级别应在原涂层防腐级别的基础上加强一级。
　　4、系统的调试
　　阴极保护系统在建设过程中利用绝缘接头与非保护管道进行电隔绝而成为独立的电保护系统。每个独立的阴极保护系统在建成后必须由有经验的防腐工程师进行认真的检测和调试。在调试过程中，注意察看恒电位仪、阳极等设备是否正常工作；保护电位是否达到设计要求；检测绝缘接头两侧的电位，验证绝缘接头的效果；通过绘制保护电位曲线图，对异常部位要认真找出漏电原因，及时采取措施。
　　四、阴极保护系统的维护管理
　　由于城市燃气管道实施阴极保护技术的历史较短、數量较少、缺乏专业人才等原因，曾经对阴极保护系统的日常管理维护工作一直被忽视。自改革开放以来，我国城市面貌日新月异，新建桥梁、改造道路等市政工程难免对阴极保护实施造成毁坏。因此，燃气管道阴极保护系统作为燃气设施的一部分必须纳入到日常运行管理，进行定期检测和维修维护。
　　为了提高阴极保护检测的准确性、降低劳动强度、提高管理水平，我国已开发出阴极保护现场自动采集设备、遥控遥测设备和计算机管理系统。该项技术为城市燃气阴极保护的检测、分析和管理提供了良好的基础。
　　五、结束语
　　目前，人们已认识到了管道外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防蚀措施。要维持有效的防腐，就必需同时采取阴极保护，即联合保护。阴极保护对腐蚀反应进行积极的干预，它采阴极极化的电化学手段，保证了被保护金属体的电化学均匀性，抑制了腐蚀电池的产生。阴极保护不仅使用于新管的防护，也可应用于旧管线的改造和延寿。