摘　要：对主城各主干管的巡查、检测、测虽、分析、判断，了解了埋地钢管腐蚀的原因，理解了腐蚀的原理，得出了管道防腐+“阴极工程”是一种经济有效，标本兼治的管道防腐方法。

一、前言

重庆主城区在上世纪六十年代就有了工业用气管线，七十年代、八十年代到至今，民用气管线铺设进入一个高峰期发展时段。由于重庆四面环山、高低不平、土壤潮湿，各条大小管线(工业和民用)穿越的地形复杂，输送介质危险，一旦发生泄漏或断裂，就会对其周闱的环境和人员产生严重的危害。因此做好管道的防腐检测工作，提高管道的本质安全水平对于社会稳定、企业安全生产和民用气平安供气意义重大。

在重庆主城区f159～f529各条主干管阴极工程测试桩的检测、测量中，通过对管道保护电位、阳极开路电位、管道开路电位、阳极输出电流等各数据分析、了解了埋地管道腐蚀产生的原因，以及防止腐蚀的方法。理解了各电位谁比谁更负好，阳极输出电流最小为多少才起保护作用和最大保护电位、最小保护电位为多少好，针对“阴极工程”项日，从管理运行的可靠性，选择一种经济有效、标本兼治的管道防腐方法。通过各条管线的实际应用，指示后期运行过程中的巡线检查和定期对各条线上的测试桩进行“管道保护电位”、“管道开路电位”、“阳极开路电位”、“测试片电位”、“阳极输出电流”的测量、分析数据、判断防腐层破损程度等后续管理工作和制度，才是管线长久安全运行的保障。

二、管道腐蚀的原因

燃气埋地管道，由于埋在地下，重庆土壤潮湿，酸碱度PH值高，酸性含量大，很容易给金属管道钢管带来严重的腐蚀。埋地金属管道的腐蚀形式分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种，多以局部腐蚀为主，其危害性也最大。钢管在土壤中的腐蚀过程主要是电化学溶解，由于形成了腐蚀电池从而导致管道的锈蚀穿孔。腐蚀电池阳极和阴极间的电荷通过土壤作为导体进行转移，造成了管道的电化学溶解。因此，管道的腐蚀主要和形成腐蚀电池的阴、阳极以及作为导电体的土壤有关，也就是和管道本身绝缘性以及土壤的导电率紧密相关。加强管道的绝缘性，平衡或减弱土壤的导电性，腐蚀电池就会停止和减慢，这给我们采取防腐对策提供了理论依据。

三、管道防腐的方法

选择一种即可靠又经济的防腐方式，我们要首先对整个管线铺设路段进行勘察了解。对地形、地貌、土壤导电性、土壤含气量、土壤PH值、土壤盐分、士壤含水量、土壤中的细菌和土壤杂散电流多少进行全面的了解。通过对重庆主城各区阴极工程的检测走访，发现我市大部分地段土壤湿度大、酸性含量高，属于强腐蚀性土壤。而且，部分管线埋设路段穿越高压走廊，地面杂散电流较大较复杂，这一结果，对我们的防腐工作提出了较高的要求。

针对埋地管道电解化学腐蚀的过程和实际情况，我们应从两方面解决管道的防腐问题。一是加强管道的绝缘性：①管道第一层涂环氧粉末；②第二层涂聚乙烯(PE)；③第三层涂EVA树脂。增火回路电阻，减少腐蚀电流。二是用牺牲阳极保护法，对管道进行阴极保护。见示意图：

四、管道防腐方法的选择

不同的防腐方法有不同的防腐质量和费用，在根据被保护钢管的不同压力、不同用途及其所处的不同环境，从管道运行的安全可靠性、建设时的一次性投资以及后期安全运行维护等方面来综合考虑。

目前，埋地燃气钢管常用的防腐材料及涂层主要有石油沥青、环氧煤沥青、聚乙烯胶带、硬质聚氨酯泡沫塑料、聚乙烯塑料、粉末环氧树脂等，并在涂层外加玻璃布加同层。三层Pe复合防护层：①第一层涂环氧树脂，②第二层涂Pe胶带，③第三层涂EVA树脂，防腐涂层性能优异，是国际上埋地管道的主要防腐涂层。在我国，石油沥青和Pe胶带，因其价格低廉，操作简便，比较常用。但从耐用年限、维护费用等全面的经济因素考虑，三层Pe复合结构防腐涂层是管道防腐涂层的发展方向。

在牺牲阳极保护法中，通常均采用镁合金作为牺牲阳极对管道进行保护。牺牲阳极块数由：n＝公式确定；

n——阳极块数；

a——遮蔽系数，一般取1.5～3；

I——被保护管道所需总电流(A)；

I1——每个阳极所产生的电流(A)。

保护长度由：L=公式确定；

L——牺牲阳极保护长度(m)；

I1——牺牲阳极产生的电流(A)；

I——管道所需保护电流密度(A／m²)；

D——管道直径(m)。

使用寿命由：T＝公式确定；

T——预计阳极寿命(a)；

W——阳极实际重量(kg)；

A——阳极理论发生电量(A·h／kg)；

h——阳极电流效率；

8760——每小时的小时数；

I1——阳极输出电流(A)。

由于阳极在输出电流过程中遭受破坏，镁合金牺牲阳极的设计使用年限最好与管道的使用年限相匹配，既不产生浪费也不增加维护费用。一般选用8k9和14k9镁(Mg)阳极。通过安装、整改、拆迁、抢险等无数工程，反复权衡比较，采用三层Pe复合结构防腐涂层钢管以及对大管径管道全线安装牺牲阳极的方法对管道进行防腐保护。在各项施工中，对碰口点、连接点、堵漏点等焊接口进行三层Pe复合层防腐处理。使城市埋地管道安全供气，维护管理既简单操作可行，经济上又节约。因此，三层Pe复合涂层法+“阴极工程”保护法，是我们管道防腐的唯一选择。

五、测试桩数据分析

经过近十年，对我市f159～f529各条主干管阴极工程的检测、测量分析、了解，从下表数据：

可总结出：

①“阳极开路电位(v)<管道保护电位(v)”；

②“管道保护电位(v)<管道开路电位(v)”；

③“管道开路电位(v)≤测试片电位(v)”；

④阳极输出电流很弱或为零时，即达不到管道最小保护电流密度应及时更换阳极包中牺牲阳极棒(片)等结论。

1．保护电位

保护电位并不是越负越好而是有一定限度的，如果过低会造成管道防腐层破损处存在泄漏点的地方大量的氢气析出，氢原子的析出还有可能造成被保护管道发生氢鼓泡现象并最终引发氢脆断裂，使防腐层与管道产生脱离一即阴极脱离。这种情况不仅会造成管道防腐层的失效，而且还会导致大量阳极输出电流的消耗，使碱性环境加速防腐层的老化，酸性潮湿土壤加巨对防腐层破损处的点蚀。因此，把保护电位控制在比析氢电位稍正的电位值即最大保护电位为最好；同时，管道阴极过程决定电位，使管道阴极极化至其它的总电位达到腐蚀微电池阳极的平衡电位一即最小保护电位，这一基本参数是判断金属是否达到完全保护的主要保护参数，保护电位一般控制在-0.85v～-1.20v间。

如何判断阴极保护为过保护，要根据管道的断电电位或牺牲阳极块与管道连接线(片)断开来判断，只需检测管道的开路电位(v)，看保护电位是否小于管道开路电位(v)，通常管道最小保护电位(v)比管道腐蚀电位(管道开路电位)负0.2v～0.3v；如果管道保护电位(v)大于管道开路电位(即管道自然腐蚀电位)，说明阳极开路电位过负，导致管道开路电位过低，此时，阴极极化过负，保护电位也超过了(-1050mv)最大保护电位被称之为过保护。

2．阳极开路电位

阳极开路电位是指牺牲阳极与管道连接线断开时，用数字万用表测出的阳极电位，它应比管道保护电位低，与对管道进行阴极极化，进行阴极保护。其原理是：管道(阴极区)和牺牲阳极块(阳极区)组成一个腐蚀微电池，进行氧化还原反应(电解化学腐蚀)，使阳极块金属材料破坏，直接产生阳极反应一一氧化反应；另一端的管道进行阴极反应，不断获得由阳极经过电解液(土壤)而流入的电子被还原得到保护。同时，阳极和管道的距离在0.3～0.7米范围内，对保护电位影响不大。见示意图：

牺牲阳极法阴极保护示意图(箭头表示电流和金属离子流动方向)

如果阳极开路电位大于管道保护电位，即大于管道最小保护电位，则金属管道得不到保护，反遭腐蚀。金属管道进行氧化反应，阳极块进行还原反应，其原理与上图相反，见示意图：

在使用过程中所发生的变化，也是计算牺牲阳极材料耗量、使用寿命最基本的数据之一。使阳极输出电流至少达到(管道得到保护时最小保护电位)最小保护电流密度，通过最小保护电位和最小保护电流密度数据来分析、判断金属管道是否达到完全保护。

4．管道开路电位

在测试板上，管道连接线与其它连接线断开，用万用表正极接管道连接线，负极接参比电极连接线测出的管道开路电位(v)。测出的目的是了解管道自然腐蚀电位是多少，判断它与阳极开路电位的电位差是否大、是否稳定，以至阳极包输出的电流是否大，是否达到管道获得最小保护电位时所需的最小保护电流密度。

目前，我市实施了“阴极工程”的大管线(工业和民用)运行状况良好，无抢险事故发生，达到了预期的效果。

我们应该认识到，燃气管道的安全不仅关系企业的生产安全，居民生活的安乐，也关系到整个社会的安全。施工前调查研究，选择合理的、好的施工方案，是确保管线安全运行的第一步，也是最重要的一步。管理运行过程中的巡线检查和定期防腐层破损点测定以及测试桩的各“电位”、“电流”测量后的认真分析、判断等后续管理工作和调理，才是管线长久安全运行的保障。

本文作者：叶强  钟俐

作者单位：重庆燃气集团管道维护分公司