埋地钢质燃气管道牺牲阳极阴极保护的设计思路研究.docx

埋地钢质燃气管道牺牲阳极阴极保护的设计思路研究摘要：本文首先简要分析了埋地钢质燃气管道的腐蚀机理在此基础上提出埋地钢质燃气管道牺牲阳极阴极保护的设计思路。期望通过本文的研究能够对埋地钢质燃气管道使用寿命的延长有所帮助。关键词：钢质燃气管；阳极；阴极保护中图分类号：TU996文献标识码：A近年来随着天然气在国内各大主要城市的广泛应用使得燃气管道遍布城市地下由于管道本身采用的是金属材质在地下环境中金属极易腐蚀这样很容易造成燃气泄漏严重时则会引起火灾、爆炸等重大安全事故后果不堪设想。为此必须对埋地金属燃气管道的防护予以足够的重视。1埋地钢质燃气管道的腐蚀机理分析在众多腐蚀环境当中土壤是一种较为特殊的腐蚀环境这是由其非均匀的特质所决定的。对于金属材质而言其在土壤中的腐蚀属于电化学的过程土壤本身的不均匀性会引起同一金属不同部位之间的电位差由此便会形成阳极区和阴极区。当出现土壤腐蚀时阴极过程为氧还原在阴极区域内会生成OH-离子而在阳极区金属由于失去一个或是多个电子会转变为金属阳离子进而引起阳极氧化反应此时阴极区会获得电子并随之发生阴极还原反应由此形成了电池效应。通常情况下绝大部分土壤的腐蚀过程均是由阴极过程控制的具体而言就是腐蚀微电池控制腐蚀这种情况与电解液中的金属腐蚀现象极为类似。当土壤本身比较干燥且疏松时随着氧的渗透率增加腐蚀过程则会转为由阳极控制该情况与大气腐蚀的特征非常接近。1.1化学与电化学腐蚀1.1.1化学腐蚀。这种腐蚀类型具体是指金属与O2、Cl2和SO2发生化学反应后所引起的腐蚀即氧化还原反应引起的腐蚀。当腐蚀发生之后腐蚀产物会附着在金属的表面上腐蚀的过程中不会产生电流。1.1.2电化学腐蚀。这种腐蚀类型是金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀。埋地金属燃气管道的腐蚀便属于此类腐蚀。在反应的过程中金属由于失去电子被氧化整个反应过程被称之为阳极反应过程；而介质当中的物质由金属表面获得电子被还原的反应过程被称之为阴极反应过程。1.2细菌腐蚀。当钢质的燃气管道在含有硫酸盐的土壤中时土壤环境中存在的细菌并不会对钢管造成腐蚀但在阴极反应过程中氢会与硫酸盐发生反应并生成硫化物硫酸盐还原菌则会借助有机质进行大量繁殖由此便会形成腐蚀钢质管道的化学环境这样一来钢管的腐蚀也会随之加剧。2埋地钢质燃气管道牺牲阳极阴极保护的设计思路2.1牺牲阳极阴极保护设计要点2.1.1合理选择阳极种类。在牺牲阳极阴极保护的设计中阳极材料的选择至关重要其直接关系到保护效果。目前在工程中常用的牺牲阳极材料有以下几种：镁、铝、锌及其合金。相关研究结果表明在土壤环境当中镁合金阳极开路的电位较高适合在电阻率高度区域内的工作；锌合金阳极由于本身的自腐蚀性较小加之电流效率较高、寿命长故此其适合在电阻率较低的区域中使用；铝阳极的单位发电量要高于镁和锌但其在土壤当中的性能不太稳定由此导致了阳极效率较低所以在设计中使用的相对较少。2.1.2阳极数量的确定。通常情况下阳极的数量需要通过相关的计算进行确定具体如下：在上式当中σ代表备用系数（可取2-3）。本文按照3进行计算则阳极数量为5.1只。2.1.3牺牲阳极的布设。牺牲阳极应当采用单只或是成组的方式进行布设同一组内的阳极应当批号相同且开路点位相等；埋设的位置应当以距离管道外壁3m-5m处为宜且必须埋设在冰冻线以下；若是地下水位低于3m时可根据实际情况适当深埋；在平原地区可采用等距的方式进行布设并尽可能向接头位置处靠近。2.2设计中的注意事项2.2.1绝缘连接。为了有效避免阴极保护电流流至与大地连接的非保护构筑物上在设计阴极保护管道系统时应当进行电绝缘。由此一方面能够防止电流的不必要流失从而减轻电偶腐蚀另一方面还能防止干扰。在进行绝缘时可将其设置在以下部位：干支管的连接位置处；新旧管的连接位置处；裸管与覆盖层连接处；电气接地处等。2.2.2套管。当埋地钢质燃气管道穿越公路时一般需要采用套管不管采用的是何种材质的套管都会存在屏蔽作用这样一来会使外部的阴极保护电流无法流至燃气管道上此处也成为阴极保护的盲区若是套管内部因特殊原因进水该位置处的将会失去保护。对于套管的屏蔽问题常规的做法是采用带状锌阳极将之以螺旋状的方式缠绕在管道上并每间隔2m左右与管道进行一次焊接。2.2.3干扰。强电线路对埋地的钢质管道存在一定程度的交流干扰这样不但会对管道产生交流腐蚀而且线路故障时产生的瞬时感应电压还可能击穿管道中的绝缘装置极易引发安全事故。对于此类问题可采取如下解决方法：牺牲阳极的施工应当在管道全部完