肖易伯 王慧力

國家管網集團東部儲運公司襄陽輸油處

摘要： 輸油管道出站管段常年處于（斷電）電位正于﹣ 0.85 VCSE的欠保護狀態，采用強制電流和犧牲陽極配合使用保護方式。通過合理控制恒電位儀輸出電位、在陽極與管道之間安裝測試樁、合理控制陽極埋設深度和與管道水平距離，有效發揮陰極保護系統作用，妥善解決了運行中出現的欠保護問題。

關鍵詞： 犧牲陽極；管道欠保護；強制電流陰極保護

地處湖北地區的某加熱輸油管道采用石油瀝青防腐層，受高溫影響老化加快容易漏失陰保電流。同時熱油管道比常溫管道所需要的保護電流更大，導致某出站管段陰極保護電位常年處于欠保護狀態。為妥善解決管道欠保護問題，探討提出解決方案，重點討論犧牲陽極安裝問題。

1  方案探討

1.1  提高恒電位儀輸出分析

過度提高恒電位儀輸出會導致匯流點管道處于過保護狀態。提高恒電位儀輸出至﹣1.5 VCSE，能夠使出站欠保護管段斷電電位負向偏移達到﹣0.85 VCSE陰極保護要求，但該站兩側匯流點管段斷電電位負于﹣1.2 VCSE，會產生過保護現象。過低的保護電位會造成管道防腐層漏點處析出大量氫氣，造成涂層與管道剝離，不僅防腐層失效，而且會消耗大量電能，甚至可能導致金屬材料產生氫脆進而發生斷裂，造成嚴重事故。合理提高恒電位儀輸出，保證匯流點斷電電位不低于﹣1.2 VCSE的同時，需要使用犧牲陽極配合保護。

1.2  犧牲陽極安裝分析

湖北地區夏季地面溫度普遍超過65℃，犧牲陽極埋設位置距離加熱輸送管道距離較近，埋深較淺，受管道周邊溫度場和夏季地面溫度雙重影響，常規鋅合金陽極會因溫度高導致性能下降。當超過49℃發生晶間腐蝕，高于54℃時鋅電極電位變正，與埋地管道的極性發生逆轉（圖 1），會加快埋地管道腐蝕。已安裝年久的犧牲陽極未在管道與陽極之間設置測試樁，導致無法實時測量犧牲陽極的使用情況，直接影響每年自然電位測量與定期防腐層檢漏。

圖 1 犧牲陽極極性逆轉示意圖

綜合以上分析，在合理控制恒電位儀輸出電位基礎上，需選擇合適的犧牲陽極及安裝方式。

2  犧牲陽極安裝

2.1  犧牲陽極選擇

（1）材料選擇。犧牲陽極應用靈活、易于安裝、不需要外部電源、維護簡單，土壤環境常用犧牲陽極見表 1。鎂陽極適用于各類土壤環境，具有電位負、密度小、單位質量發生的電量大等特點，缺點是電流效率只有50％。鋅陽極適用于土壤電阻率較低的潮濕土壤環境中，具有自腐蝕小、電流效率高、不會產生過保護等特點。

表 1 土壤環境中常用犧牲陽極列表

選用耐高溫鋅合金陽極，該陽極主要通過合金化手段控制鋅陽極電位隨升溫而正移，以控制高溫下的晶間腐蝕，提升鋅陽極在高溫下的電流效率。

（2）規格用量。采用式（1）計算陰極保護被保護管道面積：

A＝π×D×L        （1）

其中：A為被保護面積，㎡；D為管道直徑，mm；L為管道長度，m。按式（2）計算所需保護電流：

I＝A×Cd×（1－E）   （2）

其中：I為陰極保護電流；Cd為保護電流密度，取10 mA/㎡；E為涂層效率，98％。

犧牲陽極用量按式（3）計算：

W＝（I×t×8766）/（U×Z×Q）  （3）

其中：W為陽極重量，kg；I為電流輸出，mA；t 為設計壽命，年；U為電流效率，%；Z為理論電容量，Ah/kg；Q為陽極使用率，85％。

以10 km管段測算，被保護管道面積：3.14×0.426×10000=13376.4㎡；需保護電流：13376.4×10×0.02=2675.28 mA；所需鋅陽極用量：（2.67528×20×8766）/（0.9×827×0.85）＝741.36787 kg。犧牲陽極支數S＝741.36787/18≈41.18支。

南方地區土壤潮濕，根據現場電位測試情況，選用單支質量為18 kg的棒狀鋅合金犧牲陽極。

2.2  犧牲陽極安裝

（1）每1 km管段使用4支犧牲陽極成組布設在欠保護管段，犧牲陽極電纜通過測試裝置與管道實現電連接。同組陽極宜采用同一爐號或開路電位相近的陽極。成組布置時，間距宜控制在2 m～3 m。犧牲陽極距離管道中心線控制在1 m左右，埋設深度以陽極頂部距地面不小于1 m為宜。在組裝犧牲陽極之前，應檢驗陽極表面是否有油污和氧化物，如存在油污和氧化物應采用砂紙將陽極表面打磨干凈，以避免油污和氧化物降低陽極活性，影響陽極電流發生。應保證陽極四周的填料厚度一致、密實，各邊厚度不小于50 mm。填料包可以吸收保持水分，降低陽極接地電阻，易于陽極表面腐蝕產物的溶解，可在室內或現場組裝，也可用工廠預制包。電纜與管道的焊接采用鋁熱焊法，焊接點強度大于焊接后銅芯電纜的承載力。焊接完成且溫度降低后進行補口，補口材料采用熱熔膠和聚乙烯熱縮套（帶）。

（2）在管道與犧牲陽極之間設置測試樁，標明陽極位置。日常測量陽極閉路電位、開路電位、接地電阻、輸出電流等參數，可隨時監測陽極使用情況。當雜散電流從陽極流入管道時，可以及時切斷分析原因。進行防腐層檢漏和自然電位測量時可隨時切斷連接，獲取更真實的數據。

在欠保護管段安裝耐高溫鋅合金犧牲陽極，恒電位儀輸出調節至﹣1.3 VCSE，匯流點斷電電位為﹣1.16 VCSE，出站管段電位達到標準要求的陰極保護電位。

3  結語

配合使用強制電流加犧牲陽極陰極保護方式，妥善解決了加熱輸油管道出站管段欠保護問題。應合理控制恒電位儀輸出電位，在犧牲陽極與管道之間安裝測試樁，注意選擇正確的陽極安裝方式，嚴格控制陽極與管道埋設距離及埋設深度，保證陰極保護系統發揮實效。

作者簡介：肖易伯，1991年生，本科，畢業于長江大學，現就職襄陽輸油處管道保衛科，從事管道管理工作。聯系方式：18571206260，xiaoyib@pipechina.com.cn。