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摘要：阴极保护技术是抑制管道腐蚀和延长管道寿命的重要手段。为了埋地管道免遭杂散电流、土壤的腐蚀，提高燃气管网的安全性、可靠性。本文对城市燃气管道阴极保护系统进行了探讨，根据现场具体情况，制定正确的设计方案，通过合理施工工艺，以达到最终的阴极保护效果。
关键词：城市燃气管道；阴极保护；技术
中图分类号：C35文献标识码： A
1.我国城市燃气管道腐蚀现状
1.1我国城市燃气管道腐蚀现状及原因
目前我国城市在役燃气管道普遍采用的防腐涂层主要为沥青玻璃布涂层、煤焦油瓷漆涂层、环氧煤沥青涂层、低密度聚乙烯涂层、熔结环氧粉末涂层、三层PE结构防腐层等。事实上所有的涂层，无论质量如何都有缺陷，也可以说有针孔，它们是在加工厂进行涂覆管的施工、运输和安装的过程中形成的。涂层的小孔也可以由于涂层剥落、土壤的压力、地下管道的运动或使用过程中形成。即使涂层可以有效地保护管道的大部分表面，但在小孔和剥落区域中的高腐蚀率可以导致管道的泄露和破裂。阴极保护管道上涂层的主要作用是减少在管道上暴露的金属的表面面积，从而减少阴极保护金属电流的需求。仅仅采用涂层进行保护的管道，运行3～5个管道涂层就有可能发生破损，且使管道表面遭受到一定程度的土壤腐蚀和杂散电流的腐蚀，存在管道穿孔的危险。
通常造成管道腐蚀以及管道穿孔原因如下：
(1)涂层的施工质量问题：管道运行几年后涂层出现凹凸不平，甚至上下两层皮，说明粘接力不合格，涂层施工不符合规范；
(2)缺乏专业性的施工队伍，管道在施工中遭到损伤：由于在施工中会不同程度地造成防腐层的划伤及补口的不严密，随使用时间的延長而产生的老化及涂敷层本身的漏水等因素；
(3)局部地区土壤腐蚀严重：管道所处地区地下水位较高，土壤含盐量高，有机物含量高，土壤透气性差等因素使该土壤腐蚀性较强，因而出现外防腐层的严重损坏，发生管道穿孔等现象，容易引起安全事故，同时使今后的运行存在隐患。
1.2阴极保护技术在燃气管道方面的作用
随着城镇燃气地下管网的迅速发展，钢质管道的腐蚀与防护问题也日益突出。为了延长埋地钢质管道的使用寿命，确保燃气安全生产、输送和使用，促进科技发展，保护人民的生命和财产安全已明确规定：设计压力大于0.4Mpa；管径大于DN100且设计压力大于等于0.01MPa的管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制系统，管道运行期间阴极保护不应间断；已建带有防腐层的管道应逐步追加阴极保护。
目前广泛采用的绝缘层防腐法是通过将管道与作为电解质的土壤隔开,并增大管道与土壤间的电阻减小腐蚀电流而达到防腐目的,但因绝缘层防腐法自身技术缺陷及工艺水平、材料性能的局限性,单一的方法不能根本性地消除管道的电化学腐蚀;阴极保护法是根据电化学腐蚀原理,使埋地钢管全部成为阴极区而不被腐蚀的,是埋地钢管重要的防腐方法,且应与绝缘层防腐法同时使用,一旦绝缘层被破坏,阴极保护法也很难奏效。
2.阴极保护技术设计与施工注意事项
2.1辅助阳极的选择与计算
2.1.1阳极位置的选择与考虑因素
由于阳极位置的选择直接关系着阴极保护的效果，所以辅助阳极在阴极保护系统中的作用是毋庸置疑的。通常情况下，管道干线阴极保护只有一组阳极地床，且它与管道的垂直距离都在数百米以上，同时与管道之间也没有屏蔽物体。因站区内保护体较多，分布范围较小，使区域性的阴极保护较为复杂的，若要减少被保护体之间的相互屏蔽，使被保护体的电位能够均匀分布，就必须设多组阳极，而阳极的位置重要性也凸显出来。在已经运行的站区阴极保护系统中，曾有过因选位存在无法克服的问题，令有的阳极床至今未能投入运行。因此，在设计过程中，不仅要考虑保护体间的屏蔽及电位均衡问题，而且还应考虑保护体的绝缘情况，应进行模拟实验后，通过计算来确定辅助阳极的位置。
2.1.2阳极数量与接地电阻
大约有60%的阴极保护电能要消耗在阳极接地电阻上，因此阳极材料的选择和埋设方式，以及场所的选择，都对减少电阻节约电能都是至关重要的。首要考虑所选择的阳极材料必须有良好的导电性能，能够在于与土壤或地下水接触时产生稳定的接地电阻，就算是在高电流密度下，有能够表面极化较小；化学稳定性好，在恶劣环境中腐蚀率小，有一定的机械轻度并便于加工和安装。
阳极数量与接地电阻成反比关系。在一定范围内增加阳极支数会起到降低接地电阻的作用。但是由于阴极的屏蔽效应，往往增加较多阳极，而降低电阻却很少。
2.2阴极保护主要参数及测量
2.2.1阴极保护参数
1）自然电位：自然电位会随着金属结构的材质、表面情况以及土质的状况、含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然点在-0.4～0.7V之间在雨季土壤湿润时，自然电位会浮动，一般取平均值0.55V。
2）最小保护电位：一般认为，金属在电解质溶液中，计划电位达到阳极区的开路电位，就能够达到完全保护。
3）最大保护电位：保护电位不是越低越好，是有限度的，所以必须将电位控制在比析出氢气电位稍高的电位支，此电位成为最大保护电位。0.85～-1.2v之间。
4）最小保护电流密度：使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度，称为最小保护电流密度，统称为10～30Ma/m2。
5）瞬间断电电位：在切断被保护结构的外加电源或牺牲阳极0.2～0.5秒钟内读取的结构对地电位。
2.2.2阴极保护参数的测量
近间距电位：本方法适用于对管道阴极保护的有效性进行全面的评价。本方法可以测得管道沿线的通电电位和断电电位，结合直流电位梯度法，可以全面评价管道的保护状况和查找防腐破损点。本方法不适用于保护电流不能同步中断的管道，以及破损点位于电解质接触位于电解质接触的管段。
3.燃气管道中的阴极保护方法的改进措施
根据燃气埋地管道的具体应用环境，检测桩结构除应遵从规范要求外，还应满足下列要求：
1）安装后不影响路面交通，埋地管道很多位于市政道路下方，检测井应与地面基本平齐。
2）检测操作简便、可靠、全面，数据采集后较容易地恢复连接。
3）具有较好的防水密封性，可有效防止下雨或地面积水造成电接头长期浸在水中。
4）具有防损功能，不会被拆盗。
5）检修时对周边环境的影响尽可能小。为此设计了牺牲阳极系统的专用测试桩，经过多年的安装运行，证实能很好地满足生产要求。安装时将检测桩横担压在铸铁阀井下，铸铁阀井盖高出地面5cm以内。检测桩内短接紫铜片的固定采用铜质蝴蝶螺母，可用手旋松固。检测井内回填细土，便于检测时插入饱和硫酸铜参比电极。检测桩底部悬空，且桩底穿线孔为防水密封设计。检测桩压盖螺母为圆形特制螺母，需专用扳手才能打开。要取出检测桩时，用气割切断桩横担，整改后将之焊回即可，而无须开挖。
6）阳极布局原则的调整。牺牲阳极在管道中的分布宜采用单支或集中成组两种方式。由于长输管道通常在郊野，阴极保护大多采用经济和可调的外加电流系统，牺牲阳极仅作为管道建设期间的临时保护措施，或用于外加电源难以落实的荒野地段，无需考虑杂散电流的影响。
7)对于城镇管道阳极组的位置，应根据排流需要确定，而无须均布，在杂散电流强烈的区域，应以单支分列为宜。即使在杂散电流较弱的区域，考虑到未来可能的变化，在条件允许的情况下，每组也不宜超过2支。对于城镇管道，每组阳极要保护的管道较短，不必拘泥于限定，但仍应采取措施，尽可能降低接地电阻，以提高输出电流密度。
8）测试桩布局原则的调整。管道上阀门大多位于加压站内，站间距数十乃至上百公里，站外出地管件很少，许多管段上根本没有，故将测试桩设置在两组牺牲阳极的中间部位宜。如果该处电位达到保护要求，可以认为整个管段均已达到要求。考虑到燃气埋地管道周边环境复杂多变，杂散电流干扰很普遍且严重，相临两组牺牲阳极管段的中间部位保护效果并不一定为最差。另外，燃气埋地管道阀门、凝液缸及上升立管等出地管件密布，几乎每两组阳极间都有，甚至不止一处，沿线电位检测可以从出地管件处用密间隔电位法（CIPS）取得，因而通常不必单设电位检测桩。
4.结语
总之，多数城市燃气管道仍采用传统的绝缘层防腐法对钢管腐蚀进行抑制，这种方式不但可靠性差，而且一旦出现物理性损伤，直接容易出现穿孔腐蚀。相比之下，采用阴极保护法和绝缘层保护法相配合，能够在最大程度上降低了管道的维护成本，提高防腐效果，进而达到改善供气环境和延长管道寿命的目的，从而使燃气管道能够经济可靠地运行。
参考文献:
[1]迟善武.阴极保护恒电位仪的技术现状与展望[J].油气储运.2012(08)
[2]刘国良.阴极保护方法的应用[J].石油化工腐蚀与防护.2011(06)
关键词：城市燃气管道；阴极保护；技术
中图分类号：C35文献标识码： A
1.我国城市燃气管道腐蚀现状
1.1我国城市燃气管道腐蚀现状及原因
目前我国城市在役燃气管道普遍采用的防腐涂层主要为沥青玻璃布涂层、煤焦油瓷漆涂层、环氧煤沥青涂层、低密度聚乙烯涂层、熔结环氧粉末涂层、三层PE结构防腐层等。事实上所有的涂层，无论质量如何都有缺陷，也可以说有针孔，它们是在加工厂进行涂覆管的施工、运输和安装的过程中形成的。涂层的小孔也可以由于涂层剥落、土壤的压力、地下管道的运动或使用过程中形成。即使涂层可以有效地保护管道的大部分表面，但在小孔和剥落区域中的高腐蚀率可以导致管道的泄露和破裂。阴极保护管道上涂层的主要作用是减少在管道上暴露的金属的表面面积，从而减少阴极保护金属电流的需求。仅仅采用涂层进行保护的管道，运行3～5个管道涂层就有可能发生破损，且使管道表面遭受到一定程度的土壤腐蚀和杂散电流的腐蚀，存在管道穿孔的危险。
通常造成管道腐蚀以及管道穿孔原因如下：
(1)涂层的施工质量问题：管道运行几年后涂层出现凹凸不平，甚至上下两层皮，说明粘接力不合格，涂层施工不符合规范；
(2)缺乏专业性的施工队伍，管道在施工中遭到损伤：由于在施工中会不同程度地造成防腐层的划伤及补口的不严密，随使用时间的延長而产生的老化及涂敷层本身的漏水等因素；
(3)局部地区土壤腐蚀严重：管道所处地区地下水位较高，土壤含盐量高，有机物含量高，土壤透气性差等因素使该土壤腐蚀性较强，因而出现外防腐层的严重损坏，发生管道穿孔等现象，容易引起安全事故，同时使今后的运行存在隐患。
1.2阴极保护技术在燃气管道方面的作用
随着城镇燃气地下管网的迅速发展，钢质管道的腐蚀与防护问题也日益突出。为了延长埋地钢质管道的使用寿命，确保燃气安全生产、输送和使用，促进科技发展，保护人民的生命和财产安全已明确规定：设计压力大于0.4Mpa；管径大于DN100且设计压力大于等于0.01MPa的管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制系统，管道运行期间阴极保护不应间断；已建带有防腐层的管道应逐步追加阴极保护。
目前广泛采用的绝缘层防腐法是通过将管道与作为电解质的土壤隔开,并增大管道与土壤间的电阻减小腐蚀电流而达到防腐目的,但因绝缘层防腐法自身技术缺陷及工艺水平、材料性能的局限性,单一的方法不能根本性地消除管道的电化学腐蚀;阴极保护法是根据电化学腐蚀原理,使埋地钢管全部成为阴极区而不被腐蚀的,是埋地钢管重要的防腐方法,且应与绝缘层防腐法同时使用,一旦绝缘层被破坏,阴极保护法也很难奏效。
2.阴极保护技术设计与施工注意事项
2.1辅助阳极的选择与计算
2.1.1阳极位置的选择与考虑因素
由于阳极位置的选择直接关系着阴极保护的效果，所以辅助阳极在阴极保护系统中的作用是毋庸置疑的。通常情况下，管道干线阴极保护只有一组阳极地床，且它与管道的垂直距离都在数百米以上，同时与管道之间也没有屏蔽物体。因站区内保护体较多，分布范围较小，使区域性的阴极保护较为复杂的，若要减少被保护体之间的相互屏蔽，使被保护体的电位能够均匀分布，就必须设多组阳极，而阳极的位置重要性也凸显出来。在已经运行的站区阴极保护系统中，曾有过因选位存在无法克服的问题，令有的阳极床至今未能投入运行。因此，在设计过程中，不仅要考虑保护体间的屏蔽及电位均衡问题，而且还应考虑保护体的绝缘情况，应进行模拟实验后，通过计算来确定辅助阳极的位置。
2.1.2阳极数量与接地电阻
大约有60%的阴极保护电能要消耗在阳极接地电阻上，因此阳极材料的选择和埋设方式，以及场所的选择，都对减少电阻节约电能都是至关重要的。首要考虑所选择的阳极材料必须有良好的导电性能，能够在于与土壤或地下水接触时产生稳定的接地电阻，就算是在高电流密度下，有能够表面极化较小；化学稳定性好，在恶劣环境中腐蚀率小，有一定的机械轻度并便于加工和安装。
阳极数量与接地电阻成反比关系。在一定范围内增加阳极支数会起到降低接地电阻的作用。但是由于阴极的屏蔽效应，往往增加较多阳极，而降低电阻却很少。
2.2阴极保护主要参数及测量
2.2.1阴极保护参数
1）自然电位：自然电位会随着金属结构的材质、表面情况以及土质的状况、含水量等因素不同而异，一般有涂层埋地管道的自然点在-0.4～0.7V之间在雨季土壤湿润时，自然电位会浮动，一般取平均值0.55V。
2）最小保护电位：一般认为，金属在电解质溶液中，计划电位达到阳极区的开路电位，就能够达到完全保护。
3）最大保护电位：保护电位不是越低越好，是有限度的，所以必须将电位控制在比析出氢气电位稍高的电位支，此电位成为最大保护电位。0.85～-1.2v之间。
4）最小保护电流密度：使金属腐蚀下降到最低程度或停止时所需要的保护电流密度，称为最小保护电流密度，统称为10～30Ma/m2。
5）瞬间断电电位：在切断被保护结构的外加电源或牺牲阳极0.2～0.5秒钟内读取的结构对地电位。
2.2.2阴极保护参数的测量
近间距电位：本方法适用于对管道阴极保护的有效性进行全面的评价。本方法可以测得管道沿线的通电电位和断电电位，结合直流电位梯度法，可以全面评价管道的保护状况和查找防腐破损点。本方法不适用于保护电流不能同步中断的管道，以及破损点位于电解质接触位于电解质接触的管段。
3.燃气管道中的阴极保护方法的改进措施
根据燃气埋地管道的具体应用环境，检测桩结构除应遵从规范要求外，还应满足下列要求：
1）安装后不影响路面交通，埋地管道很多位于市政道路下方，检测井应与地面基本平齐。
2）检测操作简便、可靠、全面，数据采集后较容易地恢复连接。
3）具有较好的防水密封性，可有效防止下雨或地面积水造成电接头长期浸在水中。
4）具有防损功能，不会被拆盗。
5）检修时对周边环境的影响尽可能小。为此设计了牺牲阳极系统的专用测试桩，经过多年的安装运行，证实能很好地满足生产要求。安装时将检测桩横担压在铸铁阀井下，铸铁阀井盖高出地面5cm以内。检测桩内短接紫铜片的固定采用铜质蝴蝶螺母，可用手旋松固。检测井内回填细土，便于检测时插入饱和硫酸铜参比电极。检测桩底部悬空，且桩底穿线孔为防水密封设计。检测桩压盖螺母为圆形特制螺母，需专用扳手才能打开。要取出检测桩时，用气割切断桩横担，整改后将之焊回即可，而无须开挖。
6）阳极布局原则的调整。牺牲阳极在管道中的分布宜采用单支或集中成组两种方式。由于长输管道通常在郊野，阴极保护大多采用经济和可调的外加电流系统，牺牲阳极仅作为管道建设期间的临时保护措施，或用于外加电源难以落实的荒野地段，无需考虑杂散电流的影响。
7)对于城镇管道阳极组的位置，应根据排流需要确定，而无须均布，在杂散电流强烈的区域，应以单支分列为宜。即使在杂散电流较弱的区域，考虑到未来可能的变化，在条件允许的情况下，每组也不宜超过2支。对于城镇管道，每组阳极要保护的管道较短，不必拘泥于限定，但仍应采取措施，尽可能降低接地电阻，以提高输出电流密度。
8）测试桩布局原则的调整。管道上阀门大多位于加压站内，站间距数十乃至上百公里，站外出地管件很少，许多管段上根本没有，故将测试桩设置在两组牺牲阳极的中间部位宜。如果该处电位达到保护要求，可以认为整个管段均已达到要求。考虑到燃气埋地管道周边环境复杂多变，杂散电流干扰很普遍且严重，相临两组牺牲阳极管段的中间部位保护效果并不一定为最差。另外，燃气埋地管道阀门、凝液缸及上升立管等出地管件密布，几乎每两组阳极间都有，甚至不止一处，沿线电位检测可以从出地管件处用密间隔电位法（CIPS）取得，因而通常不必单设电位检测桩。
4.结语
总之，多数城市燃气管道仍采用传统的绝缘层防腐法对钢管腐蚀进行抑制，这种方式不但可靠性差，而且一旦出现物理性损伤，直接容易出现穿孔腐蚀。相比之下，采用阴极保护法和绝缘层保护法相配合，能够在最大程度上降低了管道的维护成本，提高防腐效果，进而达到改善供气环境和延长管道寿命的目的，从而使燃气管道能够经济可靠地运行。
参考文献:
[1]迟善武.阴极保护恒电位仪的技术现状与展望[J].油气储运.2012(08)
[2]刘国良.阴极保护方法的应用[J].石油化工腐蚀与防护.2011(06)