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管道出站段欠保护及牺牲阳极安装问题探讨
肖易伯 王慧力
国家管网集团东部储运公司襄阳输油处
摘要：输油管道出站管段常年处于（断电）电位正于﹣ 0.85 VCSE的欠保护状态，采用强制电流和牺牲阳极配合使用保护方式。通过合理控制恒电位仪输出电位、在阳极与管道之间安装测试桩、合理控制阳极埋设深度和与管道水平距离，有效发挥阴极保护系统作用，妥善解决了运行中出现的欠保护问题。
关键词：牺牲阳极；管道欠保护；强制电流阴极保护
地处湖北地区的某加热输油管道采用石油沥青防腐层，受高温影响老化加快容易漏失阴保电流。同时热油管道比常温管道所需要的保护电流更大，导致某出站管段阴极保护电位常年处于欠保护状态。为妥善解决管道欠保护问题，探讨提出解决方案，重点讨论牺牲阳极安装问题。过度提高恒电位仪输出会导致汇流点管道处于过保护状态。提高恒电位仪输出至﹣1.5 VCSE，能够使出站欠保护管段断电电位负向偏移达到﹣0.85 VCSE阴极保护要求，但该站两侧汇流点管段断电电位负于﹣1.2 VCSE，会产生过保护现象。过低的保护电位会造成管道防腐层漏点处析出大量氢气，造成涂层与管道剥离，不仅防腐层失效，而且会消耗大量电能，甚至可能导致金属材料产生氢脆进而发生断裂，造成严重事故。合理提高恒电位仪输出，保证汇流点断电电位不低于﹣1.2 VCSE的同时，需要使用牺牲阳极配合保护。湖北地区夏季地面温度普遍超过65℃，牺牲阳极埋设位置距离加热输送管道距离较近，埋深较浅，受管道周边温度场和夏季地面温度双重影响，常规锌合金阳极会因温度高导致性能下降。当超过49℃发生晶间腐蚀，高于54℃时锌电极电位变正，与埋地管道的极性发生逆转（图 1），会加快埋地管道腐蚀。已安装年久的牺牲阳极未在管道与阳极之间设置测试桩，导致无法实时测量牺牲阳极的使用情况，直接影响每年自然电位测量与定期防腐层检漏。
图 1 牺牲阳极极性逆转示意图
综合以上分析，在合理控制恒电位仪输出电位基础上，需选择合适的牺牲阳极及安装方式。（1）材料选择。牺牲阳极应用灵活、易于安装、不需要外部电源、维护简单，土壤环境常用牺牲阳极见表 1。镁阳极适用于各类土壤环境，具有电位负、密度小、单位质量发生的电量大等特点，缺点是电流效率只有50％。锌阳极适用于土壤电阻率较低的潮湿土壤环境中，具有自腐蚀小、电流效率高、不会产生过保护等特点。表 1 土壤环境中常用牺牲阳极列表
选用耐高温锌合金阳极，该阳极主要通过合金化手段控制锌阳极电位随升温而正移，以控制高温下的晶间腐蚀，提升锌阳极在高温下的电流效率。（2）规格用量。采用式（1）计算阴极保护被保护管道面积：其中：A为被保护面积，㎡；D为管道直径，mm；L为管道长度，m。按式（2）计算所需保护电流：其中：I为阴极保护电流；Cd为保护电流密度，取10 mA/㎡；E为涂层效率，98％。其中：W为阳极重量，kg；I为电流输出，mA；t 为设计寿命，年；U为电流效率，%；Z为理论电容量，Ah/kg；Q为阳极使用率，85％。以10 km管段测算，被保护管道面积：3.14×0.426×10000=13376.4㎡；需保护电流：13376.4×10×0.02=2675.28 mA；所需锌阳极用量：（2.67528×20×8766）/（0.9×827×0.85）＝741.36787 kg。牺牲阳极支数S＝741.36787/18≈41.18支。南方地区土壤潮湿，根据现场电位测试情况，选用单支质量为18 kg的棒状锌合金牺牲阳极。（1）每1 km管段使用4支牺牲阳极成组布设在欠保护管段，牺牲阳极电缆通过测试装置与管道实现电连接。同组阳极宜采用同一炉号或开路电位相近的阳极。成组布置时，间距宜控制在2 m～3 m。牺牲阳极距离管道中心线控制在1 m左右，埋设深度以阳极顶部距地面不小于1 m为宜。在组装牺牲阳极之前，应检验阳极表面是否有油污和氧化物，如存在油污和氧化物应采用砂纸将阳极表面打磨干净，以避免油污和氧化物降低阳极活性，影响阳极电流发生。应保证阳极四周的填料厚度一致、密实，各边厚度不小于50 mm。填料包可以吸收保持水分，降低阳极接地电阻，易于阳极表面腐蚀产物的溶解，可在室内或现场组装，也可用工厂预制包。电缆与管道的焊接采用铝热焊法，焊接点强度大于焊接后铜芯电缆的承载力。焊接完成且温度降低后进行补口，补口材料采用热熔胶和聚乙烯热缩套（带）。（2）在管道与牺牲阳极之间设置测试桩，标明阳极位置。日常测量阳极闭路电位、开路电位、接地电阻、输出电流等参数，可随时监测阳极使用情况。当杂散电流从阳极流入管道时，可以及时切断分析原因。进行防腐层检漏和自然电位测量时可随时切断连接，获取更真实的数据。在欠保护管段安装耐高温锌合金牺牲阳极，恒电位仪输出调节至﹣1.3 VCSE，汇流点断电电位为﹣1.16 VCSE，出站管段电位达到标准要求的阴极保护电位。配合使用强制电流加牺牲阳极阴极保护方式，妥善解决了加热输油管道出站管段欠保护问题。应合理控制恒电位仪输出电位，在牺牲阳极与管道之间安装测试桩，注意选择正确的阳极安装方式，严格控制阳极与管道埋设距离及埋设深度，保证阴极保护系统发挥实效。作者简介：
肖易伯，1991年生，本科，毕业于长江大学，现就职襄阳输油处管道保卫科，从事管道管理工作。联系方式：18571206260，xiaoyib@pipechina.com.cn。来源：东部储运安全保护专辑（《管道保护》2023年第3期）
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