论文部分内容阅读
摘 要简述了城市燃气埋地管道的腐蚀原因及阳极填料包的制作、牺牲阳极的埋设、安装等方面内容
关键词燃气埋地管道 阴极保护 防腐
1、前言
宁波的城市燃气管道正在建设，随着工程的大量开发，埋地管道选材的合理与否直接影响投资、安全等因素，目前中压主干管、与热力管道间距达不到设计要求的管道一般还是选用钢管，随着时间的推移，由于施工质量、土壤腐蚀等因素的影响，使管道的防腐层易遭到破坏，钢管道的防腐质量好坏，直接影响使用寿命。阴极保护技术是一种控制埋地钢质管道、设施腐蚀的有效方法之一，它是通过与作为牺牲阳极的金属组元偶接而对管道提供负电流以实现阴极保护的一种电化学保护方法，防止埋地管道的腐蚀起着重要作用，在城市燃气管道中的开发、应用有重要意义，现通过阴极保护大样详图的设计与施工，谈一点心得，供参考。
2、腐蚀情况分析
实践证明，腐蚀的危害性极大，一旦管道发生腐蚀、穿孔，造成燃气泄漏而引起意外事故的发生，重视腐蚀问题、防止或减轻腐蚀，不仅有明显的经济效益，而且有巨大的社会效益，同时对促进新技术、新工艺的发展也是必不可少的，金属在土壤中的腐蚀主要属于电化学的原理，被腐蚀的钢管氧化变得疏松、脱落以致产生孔洞，土壤作为腐蚀环境较其它介质要复杂得多，它的特点之一是非均匀性，腐蚀速率变化悬殊，有些埋地管道在一年之内就腐蚀穿孔，目前施工的埋地金属管道表面带有涂敷层或覆盖层（如环氧粉末喷涂、聚乙烯防腐胶带等），如果涂敷层或覆盖层完好无损并具有均一的高绝缘性能，则土壤电导率对腐蚀速率的影响就不重要了，关键问题是涂敷层或覆盖层施工质量多少总有存在缺陷存在、地形出现不均匀沉降等因素存在使防腐层破坏，那么，腐蚀性就存在。
3、牺牲阳极种类的应用选择
土壤电阻率是表征土壤导电性能的指标，常用作判断土壤腐蚀性的最基本参数，根据土壤电阻率选择牺牲阳极的种类，再根据保护电流的大小来选取阳极的规格。
牺牲阳极种类的应用选择见下表：
可选阳极种类 电阻率 Ω.m
带状镁阳极 >100
镁（-1.7V） >60~100
镁 >40~60
镁（-1.5V） <40
镁（-1.5V）锌 <15
4、工艺计算
阳极接地电阻数量、输出电流大小、工作寿命长短应通过工艺计算才能确定，计算公式如下：
单支阳极接地电阻的计算：
式中: RH— 水平式阳极接地电阻（Ω） ρ— 土壤电阻率（Ω.m） ρ¬a— 填包料电阻率（Ω.m）L — 阳极长度（m）d — 阳极等效直径[d=c/π .c为边长（m）]D — 填料层直径（m）t — 阳极中心至地面的距离（m）阳极输出电流按下式计算：¬式中：I ¬a — 阳极输出电流（A） E c— 阴极开路电位（V） E ¬a — 阳极输出电流（V） e ¬a — 阴极极化电位（V）
c ¬a — 阳极极化电位（V）
R ¬a — 阳极接地电阻（Ω）
R ¬c— 阴极过渡电阻 （Ω）
R w — 回路导线电阻（Ω）
ΔE— 阳极有效电位差（V）
R — 回路总电阻（Ω）
所需阳极数量按下式计算：
式中：N— 阳极数量 （支）
IA — 所需保护电流 （A）
I a — 单支阳极输出电流（A）
f— 备用系数 （取2~3倍）
阳极工作寿命按下式计算：
式中：T — 阳极工作寿命（a）
W — 阳极净质量（kg）
ω— 阳极消耗率[kg/(A.a)]
I — 阳极平均输出电流（A）
5、阳极的组装
1)、购卖阳极及填料包时必须有厂方提供的质量保证书，性能、参数符合（SY/T0019）要求，阳极的规格大小、每组配置要求，根据土壤电阻率大小（管道敷设位置处实测所得）、绝缘防腐情况选用。
本设计选取宁波目前正在应用的不同管径的牺牲阳极保护布置情况，供同行参考。
基本参数：管道防腐绝缘面层电阻不应小于10000Ω.m2的新建埋 地管道，管道的保护电位不小于-0.85V（相对铜/硫酸铜参比电极）， 材料选用
梯型截面镁合金牺牲阳极（Mg-Al-Zn-Mn）。配套填料包配方根据阳极埋设点土壤性质选用。
阳极填料包配方见下表：
阳极
类型 填充料包配方（%） 使用条件
电阻率Ω.m
石膏粉 工业硫酸钠 工业硫酸镁 膨润土
镁阳极 15 15 20 50 20湿润土壤
15 35 50 >20湿润土壤
各种管径的牺牲阳极保护布置见下表：
ρ=20Ω.m
I=0.5mA/m2,t≥30年 ρ=30Ω.m
I=0.3mA/m2,t≥30年
管径
(mm) 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支） 阳极间距 （米） 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支） 阳极间距 （米）
Φ108X4.5 1 14.50 100 1 11.0 110
2 180 2 120
Φ159X6 1 14.50 65 1 11.0 75
2 120 2 135
Φ219X8 1 14.50 50 1 11.0 55
2 90 2 100
Φ273X10 1 14.50 40 1 11.0 45
2 70 2 80
Φ325X10 1 14.50 30 1 11.0 35
2 60 2 65
ρ=40Ω.m
I=0.5mA/m2,t≥30年 ρ=50Ω.m
I=0.3mA/m2,t≥30年
管徑
(mm) 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支) 阳极间距 （米） 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支） 阳极间距 （米）
Φ108X4.5 1 7.70 110 1 7.70 90
2 200 2 170
Φ159X6 1 7.70 75 1 7.70 60
2 135 2 110
Φ219X8 1 7.70 55 1 7.70 80
2 100 2 110
Φ273X10 1 7.70 45 1 7.70 60
2 80 2 85
Φ325X10 1 7.70 35 1 7.70 50
2 65 2 70
2)、 牺牲阳极引出电缆头的焊接与绝缘
将阳极钢芯打磨干净后与电缆头用铝热焊接，双边焊接搭接长度不小于50mm,将电缆与阳极钢芯的搭接部分用镀锌铁丝扎紧，扎捆长度不小于20mm，电缆与阳极钢芯焊接处及露出的阳极端面，用液体无溶剂环氧树脂防腐绝缘，再用热收缩套将此接头绝缘密封，阳极连接电缆选用VV-1KV/1x10铜芯电缆。
3)、 阳极填充料包的制作
阳极填充料包的制作可在室内预包装，也可在现场进行包装，其四周厚度为5~100mm , 阳极周围的填包料厚度一致、密实，袋装阳极的电缆与袋口绑扣要结实，防止散口，室内预包装的袋子必须采用天然纤维（棉布或麻袋）织品，严禁使用人造纤维织品。
每条特制的布袋大小及装填充料重量应与选用的阳极块大小匹配，一般约为50kg，阳极放置在填充料的正中央，且必须被填充料紧密包敷。
6、牺牲阳极的埋设、安装
阳极一般采用与管道平行卧式放置，阳极埋设位置距管道外壁3~5m为好，最小不宜小于0.3m ，埋设深度以阳极顶部距地面不小于1m 。
电缆与钢管的连接：将电缆线芯用铝热焊接在钢管上，双边焊接长度不得小于50mm,焊接点应重新进行防腐绝缘处理，防腐材料与绝缘等级一般不应低于管道原有覆盖层（做法可参照阳极钢芯与电缆焊接处）。
确认各焊接点、连接点符合要求后，回填土覆盖。阳极连接电缆的埋设深度不应小于0.7m，四周垫有50~100mm厚的细砂，密实后，砂的上部覆盖水泥板或红砖保护，电缆在敷设时要留一定的裕量，以免砂土沉降变形造成接头处受力、拉脱。
在回填土将阳极布袋埋住后，向阳极坑内灌水，待阳极填料饱和吸满水后，将回填土夯实，阳极床回填采用原土回填，禁止向坑内回填砂石、水泥块、塑料等杂物。
7、参比电极
目前，宁波选用的是埋地长效硫酸铜参比电极，埋地型参比电极选用布袋为Φ150x200mm,参比电极埋设时，应尽量靠近管道安装。(也可选用便携式参比电极，待日后测试时随身携带)。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
8、测试桩的设置
测试桩尽量设置在两组牺牲阳极的中间部位、阳极埋设处（该处埋设测试片取材于同材质管道）、绝缘接头处、大型穿跨越的两端等处。桩的间距一般取500~1000m,施工结束时及施工结束后，每隔半年，通过测试桩对管道的保护电位进行测试。测得的极化电位小于-0.85V并符合阴极保护规范（SY/T0019-97）。测试桩设在绿化带时，选用地上式，在人行道等处选用水泥桩或玻璃钢等耐腐蚀材料制作，并设井盖保护。
9、绝缘接头的设置、跨接及其它
为了使管道形成相互独立、体系统一的阴极保护系统，应考虑设置绝缘接头，一般在下列位置安装：
1）、埋地管道与阀门井、调压器（站）连接处。
2）、埋地管道与地上管道（含过河管、户内管）等分界处。
3）、有牺牲阳极与无牺牲阳极保护的分界处。
4）、管道大型穿跨越段的两端。
被牺牲阳极保护的阀门两侧管道用VV-1KV/1x30铜芯电缆跨接。
10、结束语
1）、防止埋地管道的腐蝕重在预防，应加强防腐意识，做到防范于未然。
2)、阴极保护技术是一种控制埋地管道、设施腐蚀的有效方法之一。
参考资料:
<<城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程>>(CJJ95-200)
<<埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范>> （SY/T0019-97）
关键词燃气埋地管道 阴极保护 防腐
1、前言
宁波的城市燃气管道正在建设，随着工程的大量开发，埋地管道选材的合理与否直接影响投资、安全等因素，目前中压主干管、与热力管道间距达不到设计要求的管道一般还是选用钢管，随着时间的推移，由于施工质量、土壤腐蚀等因素的影响，使管道的防腐层易遭到破坏，钢管道的防腐质量好坏，直接影响使用寿命。阴极保护技术是一种控制埋地钢质管道、设施腐蚀的有效方法之一，它是通过与作为牺牲阳极的金属组元偶接而对管道提供负电流以实现阴极保护的一种电化学保护方法，防止埋地管道的腐蚀起着重要作用，在城市燃气管道中的开发、应用有重要意义，现通过阴极保护大样详图的设计与施工，谈一点心得，供参考。
2、腐蚀情况分析
实践证明，腐蚀的危害性极大，一旦管道发生腐蚀、穿孔，造成燃气泄漏而引起意外事故的发生，重视腐蚀问题、防止或减轻腐蚀，不仅有明显的经济效益，而且有巨大的社会效益，同时对促进新技术、新工艺的发展也是必不可少的，金属在土壤中的腐蚀主要属于电化学的原理，被腐蚀的钢管氧化变得疏松、脱落以致产生孔洞，土壤作为腐蚀环境较其它介质要复杂得多，它的特点之一是非均匀性，腐蚀速率变化悬殊，有些埋地管道在一年之内就腐蚀穿孔，目前施工的埋地金属管道表面带有涂敷层或覆盖层（如环氧粉末喷涂、聚乙烯防腐胶带等），如果涂敷层或覆盖层完好无损并具有均一的高绝缘性能，则土壤电导率对腐蚀速率的影响就不重要了，关键问题是涂敷层或覆盖层施工质量多少总有存在缺陷存在、地形出现不均匀沉降等因素存在使防腐层破坏，那么，腐蚀性就存在。
3、牺牲阳极种类的应用选择
土壤电阻率是表征土壤导电性能的指标，常用作判断土壤腐蚀性的最基本参数，根据土壤电阻率选择牺牲阳极的种类，再根据保护电流的大小来选取阳极的规格。
牺牲阳极种类的应用选择见下表：
可选阳极种类 电阻率 Ω.m
带状镁阳极 >100
镁（-1.7V） >60~100
镁 >40~60
镁（-1.5V） <40
镁（-1.5V）锌 <15
4、工艺计算
阳极接地电阻数量、输出电流大小、工作寿命长短应通过工艺计算才能确定，计算公式如下：
单支阳极接地电阻的计算：
式中: RH— 水平式阳极接地电阻（Ω） ρ— 土壤电阻率（Ω.m） ρ¬a— 填包料电阻率（Ω.m）L — 阳极长度（m）d — 阳极等效直径[d=c/π .c为边长（m）]D — 填料层直径（m）t — 阳极中心至地面的距离（m）阳极输出电流按下式计算：¬式中：I ¬a — 阳极输出电流（A） E c— 阴极开路电位（V） E ¬a — 阳极输出电流（V） e ¬a — 阴极极化电位（V）
c ¬a — 阳极极化电位（V）
R ¬a — 阳极接地电阻（Ω）
R ¬c— 阴极过渡电阻 （Ω）
R w — 回路导线电阻（Ω）
ΔE— 阳极有效电位差（V）
R — 回路总电阻（Ω）
所需阳极数量按下式计算：
式中：N— 阳极数量 （支）
IA — 所需保护电流 （A）
I a — 单支阳极输出电流（A）
f— 备用系数 （取2~3倍）
阳极工作寿命按下式计算：
式中：T — 阳极工作寿命（a）
W — 阳极净质量（kg）
ω— 阳极消耗率[kg/(A.a)]
I — 阳极平均输出电流（A）
5、阳极的组装
1)、购卖阳极及填料包时必须有厂方提供的质量保证书，性能、参数符合（SY/T0019）要求，阳极的规格大小、每组配置要求，根据土壤电阻率大小（管道敷设位置处实测所得）、绝缘防腐情况选用。
本设计选取宁波目前正在应用的不同管径的牺牲阳极保护布置情况，供同行参考。
基本参数：管道防腐绝缘面层电阻不应小于10000Ω.m2的新建埋 地管道，管道的保护电位不小于-0.85V（相对铜/硫酸铜参比电极）， 材料选用
梯型截面镁合金牺牲阳极（Mg-Al-Zn-Mn）。配套填料包配方根据阳极埋设点土壤性质选用。
阳极填料包配方见下表：
阳极
类型 填充料包配方（%） 使用条件
电阻率Ω.m
石膏粉 工业硫酸钠 工业硫酸镁 膨润土
镁阳极 15 15 20 50 20湿润土壤
15 35 50 >20湿润土壤
各种管径的牺牲阳极保护布置见下表：
ρ=20Ω.m
I=0.5mA/m2,t≥30年 ρ=30Ω.m
I=0.3mA/m2,t≥30年
管径
(mm) 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支） 阳极间距 （米） 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支） 阳极间距 （米）
Φ108X4.5 1 14.50 100 1 11.0 110
2 180 2 120
Φ159X6 1 14.50 65 1 11.0 75
2 120 2 135
Φ219X8 1 14.50 50 1 11.0 55
2 90 2 100
Φ273X10 1 14.50 40 1 11.0 45
2 70 2 80
Φ325X10 1 14.50 30 1 11.0 35
2 60 2 65
ρ=40Ω.m
I=0.5mA/m2,t≥30年 ρ=50Ω.m
I=0.3mA/m2,t≥30年
管徑
(mm) 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支) 阳极间距 （米） 阳极支数
（支/组） 阳极重量 （kg/支） 阳极间距 （米）
Φ108X4.5 1 7.70 110 1 7.70 90
2 200 2 170
Φ159X6 1 7.70 75 1 7.70 60
2 135 2 110
Φ219X8 1 7.70 55 1 7.70 80
2 100 2 110
Φ273X10 1 7.70 45 1 7.70 60
2 80 2 85
Φ325X10 1 7.70 35 1 7.70 50
2 65 2 70
2)、 牺牲阳极引出电缆头的焊接与绝缘
将阳极钢芯打磨干净后与电缆头用铝热焊接，双边焊接搭接长度不小于50mm,将电缆与阳极钢芯的搭接部分用镀锌铁丝扎紧，扎捆长度不小于20mm，电缆与阳极钢芯焊接处及露出的阳极端面，用液体无溶剂环氧树脂防腐绝缘，再用热收缩套将此接头绝缘密封，阳极连接电缆选用VV-1KV/1x10铜芯电缆。
3)、 阳极填充料包的制作
阳极填充料包的制作可在室内预包装，也可在现场进行包装，其四周厚度为5~100mm , 阳极周围的填包料厚度一致、密实，袋装阳极的电缆与袋口绑扣要结实，防止散口，室内预包装的袋子必须采用天然纤维（棉布或麻袋）织品，严禁使用人造纤维织品。
每条特制的布袋大小及装填充料重量应与选用的阳极块大小匹配，一般约为50kg，阳极放置在填充料的正中央，且必须被填充料紧密包敷。
6、牺牲阳极的埋设、安装
阳极一般采用与管道平行卧式放置，阳极埋设位置距管道外壁3~5m为好，最小不宜小于0.3m ，埋设深度以阳极顶部距地面不小于1m 。
电缆与钢管的连接：将电缆线芯用铝热焊接在钢管上，双边焊接长度不得小于50mm,焊接点应重新进行防腐绝缘处理，防腐材料与绝缘等级一般不应低于管道原有覆盖层（做法可参照阳极钢芯与电缆焊接处）。
确认各焊接点、连接点符合要求后，回填土覆盖。阳极连接电缆的埋设深度不应小于0.7m，四周垫有50~100mm厚的细砂，密实后，砂的上部覆盖水泥板或红砖保护，电缆在敷设时要留一定的裕量，以免砂土沉降变形造成接头处受力、拉脱。
在回填土将阳极布袋埋住后，向阳极坑内灌水，待阳极填料饱和吸满水后，将回填土夯实，阳极床回填采用原土回填，禁止向坑内回填砂石、水泥块、塑料等杂物。
7、参比电极
目前，宁波选用的是埋地长效硫酸铜参比电极，埋地型参比电极选用布袋为Φ150x200mm,参比电极埋设时，应尽量靠近管道安装。(也可选用便携式参比电极，待日后测试时随身携带)。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
8、测试桩的设置
测试桩尽量设置在两组牺牲阳极的中间部位、阳极埋设处（该处埋设测试片取材于同材质管道）、绝缘接头处、大型穿跨越的两端等处。桩的间距一般取500~1000m,施工结束时及施工结束后，每隔半年，通过测试桩对管道的保护电位进行测试。测得的极化电位小于-0.85V并符合阴极保护规范（SY/T0019-97）。测试桩设在绿化带时，选用地上式，在人行道等处选用水泥桩或玻璃钢等耐腐蚀材料制作，并设井盖保护。
9、绝缘接头的设置、跨接及其它
为了使管道形成相互独立、体系统一的阴极保护系统，应考虑设置绝缘接头，一般在下列位置安装：
1）、埋地管道与阀门井、调压器（站）连接处。
2）、埋地管道与地上管道（含过河管、户内管）等分界处。
3）、有牺牲阳极与无牺牲阳极保护的分界处。
4）、管道大型穿跨越段的两端。
被牺牲阳极保护的阀门两侧管道用VV-1KV/1x30铜芯电缆跨接。
10、结束语
1）、防止埋地管道的腐蝕重在预防，应加强防腐意识，做到防范于未然。
2)、阴极保护技术是一种控制埋地管道、设施腐蚀的有效方法之一。
参考资料:
<<城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程>>(CJJ95-200)
<<埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范>> （SY/T0019-97）