摘　要：對主城各主干管的巡查、檢測、測雖、分析、判斷，了解了埋地鋼管腐蝕的原因，理解了腐蝕的原理，得出了管道防腐+“陰極工程”是一種經濟有效，標本兼治的管道防腐方法。

一、前言

重慶主城區(qū)在上世紀六十年代就有了工業(yè)用氣管線，七十年代、八十年代到至今，民用氣管線鋪設進入一個高峰期發(fā)展時段。由于重慶四面環(huán)山、高低不平、土壤潮濕，各條大小管線(工業(yè)和民用)穿越的地形復雜，輸送介質危險，一旦發(fā)生泄漏或斷裂，就會對其周闈的環(huán)境和人員產生嚴重的危害。因此做好管道的防腐檢測工作，提高管道的本質安全水平對于社會穩(wěn)定、企業(yè)安全生產和民用氣平安供氣意義重大。

在重慶主城區(qū)f159～f529各條主干管陰極工程測試樁的檢測、測量中，通過對管道保護電位、陽極開路電位、管道開路電位、陽極輸出電流等各數據分析、了解了埋地管道腐蝕產生的原因，以及防止腐蝕的方法。理解了各電位誰比誰更負好，陽極輸出電流最小為多少才起保護作用和最大保護電位、最小保護電位為多少好，針對“陰極工程”項日，從管理運行的可靠性，選擇一種經濟有效、標本兼治的管道防腐方法。通過各條管線的實際應用，指示后期運行過程中的巡線檢查和定期對各條線上的測試樁進行“管道保護電位”、“管道開路電位”、“陽極開路電位”、“測試片電位”、“陽極輸出電流”的測量、分析數據、判斷防腐層破損程度等后續(xù)管理工作和制度，才是管線長久安全運行的保障。

二、管道腐蝕的原因

燃氣埋地管道，由于埋在地下，重慶土壤潮濕，酸堿度PH值高，酸性含量大，很容易給金屬管道鋼管帶來嚴重的腐蝕。埋地金屬管道的腐蝕形式分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種，多以局部腐蝕為主，其危害性也最大。鋼管在土壤中的腐蝕過程主要是電化學溶解，由于形成了腐蝕電池從而導致管道的銹蝕穿孔。腐蝕電池陽極和陰極間的電荷通過土壤作為導體進行轉移，造成了管道的電化學溶解。因此，管道的腐蝕主要和形成腐蝕電池的陰、陽極以及作為導電體的土壤有關，也就是和管道本身絕緣性以及土壤的導電率緊密相關。加強管道的絕緣性，平衡或減弱土壤的導電性，腐蝕電池就會停止和減慢，這給我們采取防腐對策提供了理論依據。

三、管道防腐的方法

選擇一種即可靠又經濟的防腐方式，我們要首先對整個管線鋪設路段進行勘察了解。對地形、地貌、土壤導電性、土壤含氣量、土壤PH值、土壤鹽分、士壤含水量、土壤中的細菌和土壤雜散電流多少進行全面的了解。通過對重慶主城各區(qū)陰極工程的檢測走訪，發(fā)現我市大部分地段土壤濕度大、酸性含量高，屬于強腐蝕性土壤。而且，部分管線埋設路段穿越高壓走廊，地面雜散電流較大較復雜，這一結果，對我們的防腐工作提出了較高的要求。

針對埋地管道電解化學腐蝕的過程和實際情況，我們應從兩方面解決管道的防腐問題。一是加強管道的絕緣性：①管道第一層涂環(huán)氧粉末；②第二層涂聚乙烯(PE)；③第三層涂EVA樹脂。增火回路電阻，減少腐蝕電流。二是用犧牲陽極保護法，對管道進行陰極保護。見示意圖：

四、管道防腐方法的選擇

不同的防腐方法有不同的防腐質量和費用，在根據被保護鋼管的不同壓力、不同用途及其所處的不同環(huán)境，從管道運行的安全可靠性、建設時的一次性投資以及后期安全運行維護等方面來綜合考慮。

目前，埋地燃氣鋼管常用的防腐材料及涂層主要有石油瀝青、環(huán)氧煤瀝青、聚乙烯膠帶、硬質聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯塑料、粉末環(huán)氧樹脂等，并在涂層外加玻璃布加同層。三層Pe復合防護層：①第一層涂環(huán)氧樹脂，②第二層涂Pe膠帶，③第三層涂EVA樹脂，防腐涂層性能優(yōu)異，是國際上埋地管道的主要防腐涂層。在我國，石油瀝青和Pe膠帶，因其價格低廉，操作簡便，比較常用。但從耐用年限、維護費用等全面的經濟因素考慮，三層Pe復合結構防腐涂層是管道防腐涂層的發(fā)展方向。

在犧牲陽極保護法中，通常均采用鎂合金作為犧牲陽極對管道進行保護。犧牲陽極塊數由：n＝公式確定；

n——陽極塊數；

a——遮蔽系數，一般取1.5～3；

I——被保護管道所需總電流(A)；

I1——每個陽極所產生的電流(A)。

保護長度由：L=公式確定；

L——犧牲陽極保護長度(m)；

I1——犧牲陽極產生的電流(A)；

I——管道所需保護電流密度(A／m²)；

D——管道直徑(m)。

使用壽命由：T＝公式確定；

T——預計陽極壽命(a)；

W——陽極實際重量(kg)；

A——陽極理論發(fā)生電量(A·h／kg)；

h——陽極電流效率；

8760——每小時的小時數；

I1——陽極輸出電流(A)。

由于陽極在輸出電流過程中遭受破壞，鎂合金犧牲陽極的設計使用年限最好與管道的使用年限相匹配，既不產生浪費也不增加維護費用。一般選用8k9和14k9鎂(Mg)陽極。通過安裝、整改、拆遷、搶險等無數工程，反復權衡比較，采用三層Pe復合結構防腐涂層鋼管以及對大管徑管道全線安裝犧牲陽極的方法對管道進行防腐保護。在各項施工中，對碰口點、連接點、堵漏點等焊接口進行三層Pe復合層防腐處理。使城市埋地管道安全供氣，維護管理既簡單操作可行，經濟上又節(jié)約。因此，三層Pe復合涂層法+“陰極工程”保護法，是我們管道防腐的唯一選擇。

五、測試樁數據分析

經過近十年，對我市f159～f529各條主干管陰極工程的檢測、測量分析、了解，從下表數據：

可總結出：

①“陽極開路電位(v)<管道保護電位(v)”；

②“管道保護電位(v)<管道開路電位(v)”；

③“管道開路電位(v)≤測試片電位(v)”；

④陽極輸出電流很弱或為零時，即達不到管道最小保護電流密度應及時更換陽極包中犧牲陽極棒(片)等結論。

1．保護電位

保護電位并不是越負越好而是有一定限度的，如果過低會造成管道防腐層破損處存在泄漏點的地方大量的氫氣析出，氫原子的析出還有可能造成被保護管道發(fā)生氫鼓泡現象并最終引發(fā)氫脆斷裂，使防腐層與管道產生脫離一即陰極脫離。這種情況不僅會造成管道防腐層的失效，而且還會導致大量陽極輸出電流的消耗，使堿性環(huán)境加速防腐層的老化，酸性潮濕土壤加巨對防腐層破損處的點蝕。因此，把保護電位控制在比析氫電位稍正的電位值即最大保護電位為最好；同時，管道陰極過程決定電位，使管道陰極極化至其它的總電位達到腐蝕微電池陽極的平衡電位一即最小保護電位，這一基本參數是判斷金屬是否達到完全保護的主要保護參數，保護電位一般控制在-0.85v～-1.20v間。

如何判斷陰極保護為過保護，要根據管道的斷電電位或犧牲陽極塊與管道連接線(片)斷開來判斷，只需檢測管道的開路電位(v)，看保護電位是否小于管道開路電位(v)，通常管道最小保護電位(v)比管道腐蝕電位(管道開路電位)負0.2v～0.3v；如果管道保護電位(v)大于管道開路電位(即管道自然腐蝕電位)，說明陽極開路電位過負，導致管道開路電位過低，此時，陰極極化過負，保護電位也超過了(-1050mv)最大保護電位被稱之為過保護。

2．陽極開路電位

陽極開路電位是指犧牲陽極與管道連接線斷開時，用數字萬用表測出的陽極電位，它應比管道保護電位低，與對管道進行陰極極化，進行陰極保護。其原理是：管道(陰極區(qū))和犧牲陽極塊(陽極區(qū))組成一個腐蝕微電池，進行氧化還原反應(電解化學腐蝕)，使陽極塊金屬材料破壞，直接產生陽極反應一一氧化反應；另一端的管道進行陰極反應，不斷獲得由陽極經過電解液(土壤)而流入的電子被還原得到保護。同時，陽極和管道的距離在0.3～0.7米范圍內，對保護電位影響不大。見示意圖：

犧牲陽極法陰極保護示意圖(箭頭表示電流和金屬離子流動方向)

如果陽極開路電位大于管道保護電位，即大于管道最小保護電位，則金屬管道得不到保護，反遭腐蝕。金屬管道進行氧化反應，陽極塊進行還原反應，其原理與上圖相反，見示意圖：

在使用過程中所發(fā)生的變化，也是計算犧牲陽極材料耗量、使用壽命最基本的數據之一。使陽極輸出電流至少達到(管道得到保護時最小保護電位)最小保護電流密度，通過最小保護電位和最小保護電流密度數據來分析、判斷金屬管道是否達到完全保護。

4．管道開路電位

在測試板上，管道連接線與其它連接線斷開，用萬用表正極接管道連接線，負極接參比電極連接線測出的管道開路電位(v)。測出的目的是了解管道自然腐蝕電位是多少，判斷它與陽極開路電位的電位差是否大、是否穩(wěn)定，以至陽極包輸出的電流是否大，是否達到管道獲得最小保護電位時所需的最小保護電流密度。

目前，我市實施了“陰極工程”的大管線(工業(yè)和民用)運行狀況良好，無搶險事故發(fā)生，達到了預期的效果。

我們應該認識到，燃氣管道的安全不僅關系企業(yè)的生產安全，居民生活的安樂，也關系到整個社會的安全。施工前調查研究，選擇合理的、好的施工方案，是確保管線安全運行的第一步，也是最重要的一步。管理運行過程中的巡線檢查和定期防腐層破損點測定以及測試樁的各“電位”、“電流”測量后的認真分析、判斷等后續(xù)管理工作和調理，才是管線長久安全運行的保障。

本文作者：葉強  鐘俐

作者單位：重慶燃氣集團管道維護分公司