阴极保护

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天然气输送管道阴极保护系统研究

随着天然气走进千家万户,国内外天然气管道的建设得到了大力的发展。天然气输送管道运行过程中防腐保护十分重要,它关系着能源运输安全以及国民经济的发展,对天然气管道防腐技术的研究一直以来都是十分关键的,受到了石油天然气行业广泛的关注和重视。天然气埋地输送管道运行时间越长,意味着管道表面发生腐蚀的几率越大,埋地天然气管道由于埋地土壤、水环境以及接触介质等问题会出现阳极区腐蚀现象。近年来,对天然气管道阴极保护技术方面的研究十分成熟,引进阴极保护系统可以迫使被保护金属管道表面阴极极化,抑制被保护管段电子迁移,从而避免发生管道腐蚀现象,对于提高管道运行寿命,以及维护天然气管道输送安全起到极其重要的作用。

  1 阴极保护工作原理

  在国外天然气输送管道方面,阴极保护技术已经应用的很成熟,主要是指在电解质环境中( 埋地土壤),将被保护的金属管道进行阴极极化,消除金属体化学不均匀性,抑制发生金属腐蚀的电子发生迁移,或者避免金属腐蚀出现,也就是牺牲金属管道阳极,抑制被保护发生腐蚀导致电子转移,为被保护金属提高阴极保护。在天然气输送过程中,主要是将牺牲阳极材料来代替被保护金属管道的腐蚀,起到延长天然气输送管道使用寿命,确保管线输送运行的可靠性和安全性。

  2 天然气输送管道阴极保护系统设计

2.1 管道牺牲阳极保护材料

通过牺牲阳极部分来取代被保护的金属管道的腐蚀,牺牲阳极保护材料应该具备以下几点特性。

  (1) 对中短距离、复杂管线有一定的适用性。

  (2) 阳极极化小,阳极输出电流小。

  (3) 在工作过程中具有足够的负电位,并且电位稳定、金属表面不产生高电阻。

  (4) 无需外部电源,运行期间,安装、维护费用低且简单。一般情况下,土壤电阻率大于100Ω·m,是不适宜使用牺牲阳极方法,根据天然气管线埋地土壤电阻率大小来决定选取牺牲阳极材料,选取规格如下表1 所示。

  表1 天然气埋地管线牺牲阳极材料选取规格 

阳极材料

土壤电阻率(Ω·m)

镁(-1.7V)

60-100

40-60

镁(-1.5V)

<40

镁(-1.5V),锌

<15

<5

 

  2.2 施工设置工程

  对牺牲阳极保护作业施工,主要包括四个方面作业,分别是接地电池的安装、阳极的埋设标准、阳极管道电气绝缘设置以及防腐密封。

  (1) 接地电池主要是为防止绝缘设备遭受雷击静电造成破坏时,及时提供电源,安装前一定要检查埋地土壤地下环境。

  (2) 在Ф300mm×1000mm 棉麻布袋中,装入提前配置、调均好的填料,填包料的厚度应大于50mm,填包料按照SYJ-19 ~86 标准配置,将打光、清洁的阳极插入填料中心,压实后浇水润湿填土。

  (3) 天然气输送管道阴极保护,即被保护管段保证电气连续,与外界环境绝缘。

  (4) 对各段管线的防腐密封工作是一项难点,主要是采用牛油胶布,该材料含有浸满矿脂的带状无纺毡,具有良好的塑性和粘附性,能够有效密封很长时间。

  3 对天然气输送管道阴极保护系统检验

  3.1 测试桩设置

  测试桩配置有电位测试探头是一种阴极保护附属装置,主要用来对保护管道进行测试,是管道管理维护中必不可少的装置。按照设备标准,应该在每千米或者5 组牺牲阳极处设置1个测试桩,并且测试桩应该设置在牺牲阳极输气管线中间,安装部位一般土壤腐蚀性强、水位较高,而且该段管线腐蚀绝缘层薄弱,对后续输气管线阴极保护程度进行评价,可以根据各个测试桩测得的电位分布来确定阴极保护的效果。

  3.2 检测方案制定

  埋地天然气输送管线检测方案的制定,要结合输气管道运行状态以及使用年限来编制。在输气管道牺牲阳极保护的管段,设置等间隔的测试桩。对输气管线电位的检测方法有很多,例如断电法、远参比法、近参比法、地表参比法以及辅助电极法。输气管线管材一般选取三层结构聚乙烯防腐,埋地管线电位检测方法可以采用地表参比法,该方法能精确的得到检测结果。测试第一步:参比电极CSE 置于管道顶部上方潮湿土壤上,确保与潮湿土壤充分接触;第二步:电压表量程校正、调整,符合测量精度 ;第三步 :读取测量结果,并作好数据备份,根据电位数据来判断阴极保护达到预期效果。

  4 结语

  天然气长输管道防腐措施的可靠性,关系着能源安全、国民经济的发展。针对天然气管道腐蚀穿孔问题,选取合宜的表面防腐绝缘材料以及衬里涂层材料是关键,建立天然气长输管线阴极保护系统,加强系统完善维护措施,定期进行天然气输送管道阴极保护效果检验,可以为下游用户提供天然气稳定供给,减小管线腐蚀、穿孔、泄漏带来的经济损失。通过实际天然气管线应用结果表明:阴极保护系统对管道防腐效果良好,阴极保护管段电位一直稳定在-0.85V 以上,这说明,阴极保护和牺牲阳极保护系统在管道防腐方面是可靠的,延长了管道的使用寿命。

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