摘　要：對(duì)主城各主干管的巡查、檢測(cè)、測(cè)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(jīng)濟(jì)有效，標(biāo)本兼治的管道防腐方法。

一、前言

重慶主城區(qū)在上世紀(jì)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(shè)進(jìn)入一個(gè)高峰期發(fā)展時(shí)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(fù)雜，輸送介質(zhì)危險(xiǎn)，一旦發(fā)生泄漏或斷裂，就會(huì)對(duì)其周闈的環(huán)境和人員產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。因此做好管道的防腐檢測(cè)工作，提高管道的本質(zhì)安全水平對(duì)于社會(huì)穩(wěn)定、企業(yè)安全生產(chǎn)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(cè)試樁的檢測(cè)、測(cè)量中，通過(guò)對(duì)管道保護(hù)電位、陽(yáng)極開(kāi)路電位、管道開(kāi)路電位、陽(yáng)極輸出電流等各數(shù)據(jù)分析、了解了埋地管道腐蝕產(chǎn)生的原因，以及防止腐蝕的方法。理解了各電位誰(shuí)比誰(shuí)更負(fù)好，陽(yáng)極輸出電流最小為多少才起保護(hù)作用和最大保護(hù)電位、最小保護(hù)電位為多少好，針對(duì)“陰極工程”項(xiàng)日，從管理運(yùn)行的可靠性，選擇一種經(jīng)濟(jì)有效、標(biāo)本兼治的管道防腐方法。通過(guò)各條管線的實(shí)際應(yīng)用，指示后期運(yùn)行過(guò)程中的巡線檢查和定期對(duì)各條線上的測(cè)試樁進(jìn)行“管道保護(hù)電位”、“管道開(kāi)路電位”、“陽(yáng)極開(kāi)路電位”、“測(cè)試片電位”、“陽(yáng)極輸出電流”的測(cè)量、分析數(shù)據(jù)、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(zhǎng)久安全運(yùn)行的保障。

二、管道腐蝕的原因

燃?xì)饴竦毓艿?，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(lái)嚴(yán)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(guò)程主要是電化學(xué)溶解，由于形成了腐蝕電池從而導(dǎo)致管道的銹蝕穿孔。腐蝕電池陽(yáng)極和陰極間的電荷通過(guò)土壤作為導(dǎo)體進(jìn)行轉(zhuǎn)移，造成了管道的電化學(xué)溶解。因此，管道的腐蝕主要和形成腐蝕電池的陰、陽(yáng)極以及作為導(dǎo)電體的土壤有關(guān)，也就是和管道本身絕緣性以及土壤的導(dǎo)電率緊密相關(guān)。加強(qiáng)管道的絕緣性，平衡或減弱土壤的導(dǎo)電性，腐蝕電池就會(huì)停止和減慢，這給我們采取防腐對(duì)策提供了理論依據(jù)。

三、管道防腐的方法

選擇一種即可靠又經(jīng)濟(jì)的防腐方式，我們要首先對(duì)整個(gè)管線鋪設(shè)路段進(jìn)行勘察了解。對(duì)地形、地貌、土壤導(dǎo)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(xì)菌和土壤雜散電流多少進(jìn)行全面的了解。通過(guò)對(duì)重慶主城各區(qū)陰極工程的檢測(cè)走訪，發(fā)現(xiàn)我市大部分地段土壤濕度大、酸性含量高，屬于強(qiáng)腐蝕性土壤。而且，部分管線埋設(shè)路段穿越高壓走廊，地面雜散電流較大較復(fù)雜，這一結(jié)果，對(duì)我們的防腐工作提出了較高的要求。

針對(duì)埋地管道電解化學(xué)腐蝕的過(guò)程和實(shí)際情況，我們應(yīng)從兩方面解決管道的防腐問(wèn)題。一是加強(qiáng)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(shù)脂。增火回路電阻，減少腐蝕電流。二是用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法，對(duì)管道進(jìn)行陰極保護(hù)。見(jiàn)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(zhì)量和費(fèi)用，在根據(jù)被保護(hù)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(yùn)行的安全可靠性、建設(shè)時(shí)的一次性投資以及后期安全運(yùn)行維護(hù)等方面來(lái)綜合考慮。

目前，埋地燃?xì)怃摴艹Ｓ玫姆栏牧霞巴繉又饕惺蜑r青、環(huán)氧煤瀝青、聚乙烯膠帶、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯塑料、粉末環(huán)氧樹(shù)脂等，并在涂層外加玻璃布加同層。三層Pe復(fù)合防護(hù)層：①第一層涂環(huán)氧樹(shù)脂，②第二層涂Pe膠帶，③第三層涂EVA樹(shù)脂，防腐涂層性能優(yōu)異，是國(guó)際上埋地管道的主要防腐涂層。在我國(guó)，石油瀝青和Pe膠帶，因其價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便，比較常用。但從耐用年限、維護(hù)費(fèi)用等全面的經(jīng)濟(jì)因素考慮，三層Pe復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐涂層是管道防腐涂層的發(fā)展方向。

在犧牲陽(yáng)極保護(hù)法中，通常均采用鎂合金作為犧牲陽(yáng)極對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)。犧牲陽(yáng)極塊數(shù)由：n＝公式確定；

n——陽(yáng)極塊數(shù)；

a——遮蔽系數(shù)，一般取1.5～3；

I——被保護(hù)管道所需總電流(A)；

I1——每個(gè)陽(yáng)極所產(chǎn)生的電流(A)。

保護(hù)長(zhǎng)度由：L=公式確定；

L——犧牲陽(yáng)極保護(hù)長(zhǎng)度(m)；

I1——犧牲陽(yáng)極產(chǎn)生的電流(A)；

I——管道所需保護(hù)電流密度(A／m²)；

D——管道直徑(m)。

使用壽命由：T＝公式確定；

T——預(yù)計(jì)陽(yáng)極壽命(a)；

W——陽(yáng)極實(shí)際重量(kg)；

A——陽(yáng)極理論發(fā)生電量(A·h／kg)；

h——陽(yáng)極電流效率；

8760——每小時(shí)的小時(shí)數(shù)；

I1——陽(yáng)極輸出電流(A)。

由于陽(yáng)極在輸出電流過(guò)程中遭受破壞，鎂合金犧牲陽(yáng)極的設(shè)計(jì)使用年限最好與管道的使用年限相匹配，既不產(chǎn)生浪費(fèi)也不增加維護(hù)費(fèi)用。一般選用8k9和14k9鎂(Mg)陽(yáng)極。通過(guò)安裝、整改、拆遷、搶險(xiǎn)等無(wú)數(shù)工程，反復(fù)權(quán)衡比較，采用三層Pe復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐涂層鋼管以及對(duì)大管徑管道全線安裝犧牲陽(yáng)極的方法對(duì)管道進(jìn)行防腐保護(hù)。在各項(xiàng)施工中，對(duì)碰口點(diǎn)、連接點(diǎn)、堵漏點(diǎn)等焊接口進(jìn)行三層Pe復(fù)合層防腐處理。使城市埋地管道安全供氣，維護(hù)管理既簡(jiǎn)單操作可行，經(jīng)濟(jì)上又節(jié)約。因此，三層Pe復(fù)合涂層法+“陰極工程”保護(hù)法，是我們管道防腐的唯一選擇。

五、測(cè)試樁數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過(guò)近十年，對(duì)我市f159～f529各條主干管陰極工程的檢測(cè)、測(cè)量分析、了解，從下表數(shù)據(jù)：

可總結(jié)出：

①“陽(yáng)極開(kāi)路電位(v)<管道保護(hù)電位(v)”；

②“管道保護(hù)電位(v)<管道開(kāi)路電位(v)”；

③“管道開(kāi)路電位(v)≤測(cè)試片電位(v)”；

④陽(yáng)極輸出電流很弱或?yàn)榱銜r(shí)，即達(dá)不到管道最小保護(hù)電流密度應(yīng)及時(shí)更換陽(yáng)極包中犧牲陽(yáng)極棒(片)等結(jié)論。

1．保護(hù)電位

保護(hù)電位并不是越負(fù)越好而是有一定限度的，如果過(guò)低會(huì)造成管道防腐層破損處存在泄漏點(diǎn)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(hù)管道發(fā)生氫鼓泡現(xiàn)象并最終引發(fā)氫脆斷裂，使防腐層與管道產(chǎn)生脫離一即陰極脫離。這種情況不僅會(huì)造成管道防腐層的失效，而且還會(huì)導(dǎo)致大量陽(yáng)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(duì)防腐層破損處的點(diǎn)蝕。因此，把保護(hù)電位控制在比析氫電位稍正的電位值即最大保護(hù)電位為最好；同時(shí)，管道陰極過(guò)程決定電位，使管道陰極極化至其它的總電位達(dá)到腐蝕微電池陽(yáng)極的平衡電位一即最小保護(hù)電位，這一基本參數(shù)是判斷金屬是否達(dá)到完全保護(hù)的主要保護(hù)參數(shù)，保護(hù)電位一般控制在-0.85v～-1.20v間。

如何判斷陰極保護(hù)為過(guò)保護(hù)，要根據(jù)管道的斷電電位或犧牲陽(yáng)極塊與管道連接線(片)斷開(kāi)來(lái)判斷，只需檢測(cè)管道的開(kāi)路電位(v)，看保護(hù)電位是否小于管道開(kāi)路電位(v)，通常管道最小保護(hù)電位(v)比管道腐蝕電位(管道開(kāi)路電位)負(fù)0.2v～0.3v；如果管道保護(hù)電位(v)大于管道開(kāi)路電位(即管道自然腐蝕電位)，說(shuō)明陽(yáng)極開(kāi)路電位過(guò)負(fù)，導(dǎo)致管道開(kāi)路電位過(guò)低，此時(shí)，陰極極化過(guò)負(fù)，保護(hù)電位也超過(guò)了(-1050mv)最大保護(hù)電位被稱(chēng)之為過(guò)保護(hù)。

2．陽(yáng)極開(kāi)路電位

陽(yáng)極開(kāi)路電位是指犧牲陽(yáng)極與管道連接線斷開(kāi)時(shí)，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)出的陽(yáng)極電位，它應(yīng)比管道保護(hù)電位低，與對(duì)管道進(jìn)行陰極極化，進(jìn)行陰極保護(hù)。其原理是：管道(陰極區(qū))和犧牲陽(yáng)極塊(陽(yáng)極區(qū))組成一個(gè)腐蝕微電池，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)(電解化學(xué)腐蝕)，使陽(yáng)極塊金屬材料破壞，直接產(chǎn)生陽(yáng)極反應(yīng)一一氧化反應(yīng)；另一端的管道進(jìn)行陰極反應(yīng)，不斷獲得由陽(yáng)極經(jīng)過(guò)電解液(土壤)而流入的電子被還原得到保護(hù)。同時(shí)，陽(yáng)極和管道的距離在0.3～0.7米范圍內(nèi)，對(duì)保護(hù)電位影響不大。見(jiàn)示意圖：

犧牲陽(yáng)極法陰極保護(hù)示意圖(箭頭表示電流和金屬離子流動(dòng)方向)

如果陽(yáng)極開(kāi)路電位大于管道保護(hù)電位，即大于管道最小保護(hù)電位，則金屬管道得不到保護(hù)，反遭腐蝕。金屬管道進(jìn)行氧化反應(yīng)，陽(yáng)極塊進(jìn)行還原反應(yīng)，其原理與上圖相反，見(jiàn)示意圖：

在使用過(guò)程中所發(fā)生的變化，也是計(jì)算犧牲陽(yáng)極材料耗量、使用壽命最基本的數(shù)據(jù)之一。使陽(yáng)極輸出電流至少達(dá)到(管道得到保護(hù)時(shí)最小保護(hù)電位)最小保護(hù)電流密度，通過(guò)最小保護(hù)電位和最小保護(hù)電流密度數(shù)據(jù)來(lái)分析、判斷金屬管道是否達(dá)到完全保護(hù)。

4．管道開(kāi)路電位

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

目前，我市實(shí)施了“陰極工程”的大管線(工業(yè)和民用)運(yùn)行狀況良好，無(wú)搶險(xiǎn)事故發(fā)生，達(dá)到了預(yù)期的效果。

我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，燃?xì)夤艿赖陌踩粌H關(guān)系企業(yè)的生產(chǎn)安全，居民生活的安樂(lè)，也關(guān)系到整個(gè)社會(huì)的安全。施工前調(diào)查研究，選擇合理的、好的施工方案，是確保管線安全運(yùn)行的第一步，也是最重要的一步。管理運(yùn)行過(guò)程中的巡線檢查和定期防腐層破損點(diǎn)測(cè)定以及測(cè)試樁的各“電位”、“電流”測(cè)量后的認(rèn)真分析、判斷等后續(xù)管理工作和調(diào)理，才是管線長(zhǎng)久安全運(yùn)行的保障。

本文作者：葉強(qiáng)  鐘俐

作者單位：重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)管道維護(hù)分公司