竇 坤

(陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安 710000)

引 言

作為清潔能源，天然氣在社會(huì)生活中具有廣泛的應(yīng)用范圍，為了避免天然氣管道的腐蝕問題，延長(zhǎng)其使用壽命，應(yīng)有效采用陰極保護(hù)技術(shù)。但當(dāng)前我國(guó)很多區(qū)域并未在天然氣管道中使用陰極保護(hù)技術(shù)，以致頻繁發(fā)生安全事故問題。為了有效滿足社會(huì)對(duì)天然氣的實(shí)際需求，應(yīng)重點(diǎn)做好天然氣管道的陰極保護(hù)工作。

1 天然氣長(zhǎng)輸管道使用陰極保護(hù)技術(shù)的意義

首先可以延長(zhǎng)天然氣管道的使用年限，作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚哪茉?，其運(yùn)輸工作直接受長(zhǎng)輸管道的影響。管道長(zhǎng)期埋于地下，緊密接觸土壤，極易發(fā)生腐蝕問題。通過采用陰極保護(hù)技術(shù)可以降低腐蝕機(jī)率，減少維修成本，增加管道的使用年限。同時(shí)，陰極保護(hù)技術(shù)的使用還可以促進(jìn)天然氣管道建設(shè)的規(guī)?；娱L(zhǎng)了使用壽命，推動(dòng)了工程的建設(shè)進(jìn)程。其次，可以避免產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失，當(dāng)前我國(guó)天然氣長(zhǎng)輸管道存在嚴(yán)重的腐蝕問題，若無(wú)法有效保護(hù)埋地管道，則會(huì)嚴(yán)重增加維修成本，影響了天然氣工程的順利進(jìn)行。而使用陰極保護(hù)技術(shù)可以有效預(yù)防天然氣長(zhǎng)輸管道的腐蝕問題，在降低維修成本的基礎(chǔ)上減少了維修頻率，杜絕出現(xiàn)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失問題，從而更好的促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步。最后可以防止出現(xiàn)安全隱患問題。天然氣屬于易燃易爆氣體，長(zhǎng)期埋入地下的長(zhǎng)輸管道一旦出現(xiàn)腐蝕問題，則會(huì)導(dǎo)致天然氣的泄露，嚴(yán)重影響區(qū)域人們的日常生活，甚至還會(huì)引發(fā)爆炸事故，給城市帶來(lái)巨大的安全威脅。而通過采用陰極保護(hù)技術(shù)可以有效避免天然氣的泄露問題，確保運(yùn)輸?shù)陌踩訹1]。

2 天然氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)存在的問題

2.1 長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)站

首先是陰極保護(hù)輸出受到影響，電纜損壞或接頭損壞等均可以導(dǎo)致陽(yáng)極失效，從而影響陰極保護(hù)效果。其次是在雜散電流的影響下會(huì)產(chǎn)生恒定電流，以致陰極保護(hù)管道受到影響，無(wú)法正常輸出，使得線路失去了全面保護(hù)。再次是未按規(guī)范要求安裝跨接電纜，比如陰極上下游管道的電位差較大，上游通電電位達(dá)到-1.5 V時(shí)，下游通電電位僅為-1.2 V。且并未按照規(guī)定跨接站內(nèi)外絕緣連接測(cè)試樁，僅通過通電節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，影響了陰極保護(hù)效果。最后是長(zhǎng)效參比電極失效，某段管道出站端長(zhǎng)效參比電極與正常參比電極之間存在較大的電位差異，測(cè)試對(duì)比發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)效參比電極失效，應(yīng)及時(shí)更換。

2.2 防腐層受到嚴(yán)重破壞

分析測(cè)試天然氣長(zhǎng)輸管道線路可知，電位在3.9 m之后的管道中得到較大提升，超過4 m后又開始下降，這主要是因?yàn)榇颂幍姆栏瘜釉獾搅似茐?，以致管道缺乏陰極保護(hù)，導(dǎo)致電位不穩(wěn)問題。

2.3 部分管段回路電阻變化

天然氣管道正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素在于電流的正常通行，這也是實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)的有效前提。電流異常會(huì)導(dǎo)致天然氣長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)失靈，并且除了雜散電流源因素，依然存在其他因素影響天然氣長(zhǎng)輸管道及電位。比如某些山區(qū)天然氣長(zhǎng)輸管道多數(shù)并未達(dá)到防護(hù)電位要求，甚至部分管體存在嚴(yán)重的腐蝕問題，在當(dāng)前陰極保護(hù)參數(shù)下，管段回路電阻發(fā)生較大變化，無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電位。

2.4 閥室陰極保護(hù)電流漏失

為了確保天然氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)行的有效性，應(yīng)確保閥室陰極保護(hù)電流的正常運(yùn)行。但實(shí)際生活中，操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致閥室陰極保護(hù)電流的泄露，影響工作電流的穩(wěn)定性，導(dǎo)致管道保護(hù)端與非保護(hù)端出現(xiàn)短路異常問題，以致陰極電流發(fā)生變化，電位異常，影響陰極保護(hù)的有效性。此時(shí)應(yīng)斷開接地連接，在漏電現(xiàn)象消失后檢查具體的閥室，找出陰極保護(hù)電流外漏的原因，并及時(shí)采取解決措施。除此之外，閥室管道防腐層損壞也會(huì)導(dǎo)致閥室陰極保護(hù)電流的外漏，此時(shí)應(yīng)采用使用較強(qiáng)性能防腐材料與強(qiáng)化工程施工力度的方法強(qiáng)化監(jiān)督，減緩防腐層被腐蝕速度，強(qiáng)化陰極保護(hù)的有效性。

3 陰極保護(hù)的主要方法

陰極保護(hù)具備多種方法，一方面是在金屬表面覆蓋保護(hù)層，以改善金屬內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，提升材料的抗腐蝕性，比如采用不銹鋼材料等。另一方面可以采用電化學(xué)保護(hù)方法，犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極，或則采用外增加電流的陰極保護(hù)方法。腐蝕電位與自然電位會(huì)影響天然氣管道的腐蝕效果，且不同金屬間具備各自的電位與介質(zhì)。腐蝕電位越負(fù)，則電子流失速度越快，且陽(yáng)極更易失去電位，陰極較易喪失電子。在陽(yáng)極區(qū)域電子喪失情況下，陰極區(qū)域電子可以得到良好的保護(hù)，使得負(fù)電流可以增加至被保護(hù)金屬位置，避免金屬被腐蝕。金屬電化學(xué)腐蝕控制屬于常見的陰極保護(hù)方法，陽(yáng)極較易通過氧化反應(yīng)控制金屬陰極，從而有效避免腐蝕問題的發(fā)生[2]。

4 天然氣管道陰極保護(hù)技術(shù)

4.1 有效使用陰極保護(hù)電源設(shè)備

在天然氣管道陰極保護(hù)技術(shù)方面，應(yīng)充分重視陰極保護(hù)電源，尤其是恒電位儀設(shè)備。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電源設(shè)備的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的改變，當(dāng)前的電源設(shè)備不但可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，且還可以有效保護(hù)電位，提升了抗交流干擾能力，實(shí)現(xiàn)了電位的遠(yuǎn)程檢測(cè)工作。工作人員應(yīng)根據(jù)保護(hù)設(shè)備所在區(qū)域電力情況以及系統(tǒng)保護(hù)方法確定電源的具體類型，交流電屬于陰極保護(hù)的常用電源，運(yùn)行期間當(dāng)交流電力不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)選擇其他電源設(shè)備，比如可以選擇風(fēng)力發(fā)電機(jī)、熱力發(fā)生器以及太陽(yáng)能電池等。當(dāng)電力條件良好時(shí)，還可以聯(lián)合使用2個(gè)或2個(gè)以上的供電方案。除此之外，陰極保護(hù)技術(shù)中使用的直流電源應(yīng)具備以下要求，電源及電壓應(yīng)具備持續(xù)特征，且可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，事故停電時(shí)間應(yīng)小于24 h，并使用可靠性能較強(qiáng)的防雷裝置。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)陰極保護(hù)站進(jìn)行了專門設(shè)置，專業(yè)工作人員定期檢查恒電位儀的運(yùn)行情況，準(zhǔn)確記錄相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)信息。整流器屬于陰極保護(hù)中主要使用的電源設(shè)備，一般安裝于室外，相較于恒電位儀，整流器操作更為便捷，且時(shí)間更短，所帶來(lái)的效益水平更高。

4.2 使用陰極保護(hù)測(cè)試樁與參比電極

陰極保護(hù)測(cè)試樁與參比電極等絕緣設(shè)備均屬于天然氣陰極保護(hù)的重要組成部分，在陰極保護(hù)方面具備十分重要的作用。當(dāng)前我國(guó)市場(chǎng)中存在種類較多的陰極保護(hù)測(cè)試樁與參比電極設(shè)備，測(cè)試樁主要包括鋼管材質(zhì)、混凝土以及非金屬材料等類型。除此之外，絕緣接頭的安裝流程較為簡(jiǎn)單，沒有過多復(fù)雜的要求，具備較高的使用頻率。

4.3 應(yīng)用跨域地方特殊保護(hù)

天然氣管道的建設(shè)需要經(jīng)過較多的區(qū)域，甚至需要穿越公路與地鐵。為了有效保證長(zhǎng)輸管道的承重能力，應(yīng)將保護(hù)套管使用至管線外，以達(dá)到良好的保護(hù)效果。同時(shí)，還應(yīng)將較為柔軟的絕緣材料應(yīng)用至主管道與套管中間，并確保兩者之間使用絕緣支架，在提升絕緣性的基礎(chǔ)上提高保護(hù)效果。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，此項(xiàng)技術(shù)的使用具備較大困難，很多陰極保護(hù)電流會(huì)穿透套管壁，并進(jìn)入主管道中，以致發(fā)生腐蝕問題，降低了保護(hù)效果。為了有效改善此問題，提升保護(hù)效果，應(yīng)在套管中安裝鎂帶的陽(yáng)極保護(hù)設(shè)備。除此之外，還應(yīng)采用機(jī)械打磨措施外露管道的鋼芯，在明確管道的最佳焊點(diǎn)后，利用鋁熱焊方法進(jìn)行焊接。除此之外，還應(yīng)做好各個(gè)焊點(diǎn)間的捆扎工作，確保鎂帶的有效性，并做好焊點(diǎn)的防腐處理工作，以切實(shí)增強(qiáng)長(zhǎng)輸管道的防腐性能。

4.4 應(yīng)用絕緣設(shè)備

為了將電流控制在特定范圍內(nèi)，避免電流的相互干擾問題，應(yīng)有效利用絕緣裝置。在杜絕電流流失的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升陰極保護(hù)的作用。由此，在實(shí)際工作中，相關(guān)人員應(yīng)在天然氣管道的每個(gè)站點(diǎn)均使用絕緣接頭。但在發(fā)生雷擊問題時(shí)，絕緣接頭會(huì)發(fā)生靜脈火花，為了杜絕此類問題的發(fā)生，應(yīng)在安裝絕緣接頭時(shí)，做好各處接地性電池的安裝工作，以免其遭受雷擊，提升陰極保護(hù)的效果[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，天然氣能源在各行各業(yè)得到了廣泛使用，人們對(duì)天然氣的需求量也在不斷增加。為了進(jìn)一步推動(dòng)設(shè)備的進(jìn)步，應(yīng)確保天然氣長(zhǎng)輸管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行。應(yīng)將陰極技術(shù)充分使用至天然氣管道施工過程中，避免腐蝕問題，有效延長(zhǎng)天然氣管道的使用壽命。