管道阴极保护设计、施工与测试

王桂英 任佩佳 庄严

摘 要：为了确保管道长周期、安全稳定地运行，文章从设计、施工及测试等方面介绍了成品油管道工程阴极保护及航空煤油管道工程阴极保护，并采用外加电流与牺牲阳极联合方式对管道进行保护，以提高管道安全运行。

关 键 词：阴极保护;参数;选址;安装;连接;调试;检测

中图分类号：TE 832 文献标识码： M 文章编号： 1671-0460（2015）06-1327-03

Design， Construction and Test of Pipeline Cathodic Protection

WANG Gui-ying，REN Pei-jia，ZHUANG yan

（HQC Liaoning Company， Liaoning Fushun 113006， China）

Abstract： In order to keep the pipelines operating safely and steadily， cathodic protection applied in petroleum products pipeline project and aviation kerosene pipeline project was introduced from the aspects of design， construction and test. And its pointed out that combination of impressed current and sacrificial anode should be used to protect the pipeline.

Key words： Cathodic protection; Parameter; site selection; Installation; Connection; Debugging; Detection

1 概 述

某公司成品油管道工程陰极保护及航空煤油管道阴极保护工程。

1.1 成品油管道阴极保护

（1） 成品油管道全长243.5 km。

（2） 成品油管道主要采用Ф355.6及Ф377

钢管，埋深（地表至管顶）大约在1.5 m左右，钢管外壁大都采用沥青玻璃布加强级防腐，部分管段采用TO树脂玻璃布加强级防腐，管道途中多次穿越公路、铁路、河流等。

（3） 沿线土壤电阻率一般在20～30 Ω·m，高的电阻率大于100 Ω·m。

（4） 冻土层一般为1 m。

1.2 航空煤油管道阴极保护

（1）航空煤油管道全长42 km。

（2）航空煤油管道外壁防腐与成品油管道相同。

2 管道阴极保护方式

综合考虑电源供应、施工造价、杂散电流、涂层施工质量等诸多因数，管道采用外加电流与牺牲阳极联合保护方案。其中在成品油与航空煤油管道通沟铺设段，采用外加电流与牺牲阳极共同保护方案，在其它管段则视情况，或者采用外加电流保护方案，或者采用牺牲阳极保护方案。

为了避免阴极保护电流流入站场，首、末站及中间泵站均加设绝缘法兰。

在牺牲阳极与外加电流保护段之间也加有绝缘法兰。

3 阴极保护参数

3.1 外加电流阴极保护

（1） 最小保护电位：Emin=-0.85 V（相对铜饱和硫酸铜参比电极）[1]。

（2） 最大保护电位：Emax=-1.2 V（相对铜饱和硫酸铜参比电极）[1]。

3.2 牺牲阳极保护

（1） 最小保护电位：Emin=-0.85 V（相对铜饱和硫酸铜参比电极）[1]。

（2） 最大保护电位：Emax=-1.05 V（相对铜饱和硫酸铜参比电极）[1]。

4 阴极保护设施

4.1 防腐仪

成品油管道阴极保护工程在中间泵站及末站均采用多用金属防腐仪，仪器最大输出电压为45 V，电流为30 A。

航空煤油管道阴极保护工程油库首站及机场末站均设2台恒电位仪，1台为可逆性，仪器最大输出电压为100 V，电流为100 A，1台为不可逆性，仪器最大输出电压为100 V，电流为100 A，安装阴极防腐仪8台。

4.2 阴极保护站通电点

设在距保护站最近的管道上。

4.3 辅助阳极床

阳极床设在距管道100至300 m处。

4.4 牺牲阳极

在管道穿越河流部分，埋设镁牺牲阳极，数量为每组4只，重量最小为5 kg，如果阳极组跨越河流，则在河流2侧加埋1～2组阳极，50 m以上加2组，50 m以下加1组，对于穿越公路段采用带状镁阳极进行保护，埋地牺牲阳极，共计531支，埋设铸铁阳极，共计76支。

牺牲阳极保护按30 a计算。

4.5 参电极比

采用长效固态饱和硫酸铜参比电极，共计5支。

4.6 测试桩

沿线每公里设置电位测试桩1个，每5 km设置电流测试桩1个。

4.7 绝缘法兰

管道进、出站口均设有绝缘法兰，另外在牺牲阳极和外加电流保护段之间也加绝缘法兰，共计10套。

4.8 检查片

管道多处设有检查片，共计10组。

4.9 电缆

牺牲阳极电缆可通过测试装置与管道实现电连接，也可直接焊接在管道上[1]。

阳极、阴极电缆均采用VV29-1 kV/1×50 mm2铜芯铠装电缆。测试电缆、参比电极和零位电缆采用VV29-1 kV/1×16 mm2铜芯屏蔽铠装电缆。

5 阳极床的选址及设置

（1） 阳极床位置选在土壤电阻率低的地方，为避开冻土层，床深应大于1.5 m，底部宽0.6 m。

（2） 在沟底铺上5～10 cm的细土层。

（3） 将阳极主电缆及带有支电缆的阳极放入床内，阳极放在装有填包料的布袋内。

（4） 地床与被保护管道、设备距离不宜小于50 m。

（5） 地床不宜设置在低洼处、死水区以及排水区。

（6） 地床应避免设在存在有害物质污染的区域。

（7） 土层厚、无石块，便于施工。

6 阳极地床的安装要求

辅助阳极埋设前，必须按产品性能指标验收，阳极与引出导线的接头必须绝缘密封良好，表面检查无缝隙，阳极表面应无明显缺陷。

7 电绝缘

阴极保护管道应与公共或场区接地系统电绝缘，为防止电流流失，减轻电偶腐蚀，避免不必要的干扰。

本设计对阴极保护系统进行电绝缘。设计保护系统范围内管道与非保护对象的连接处增设绝缘接头。

8 电缆敷设及与管道的连接

8.1 电缆的敷设

电缆埋设时，电缆距地面0.8 m，穿过道路处埋深不小于1 m，电缆沟宽0.24 m，沟内铺100 mm厚工程砂，将电缆并排摆放并做波形排列，以防止电缆上产生应力，然后在电缆上方再铺100 mm厚工程砂，工程砂上压一层红砖，然后回填土，回填土中应去掉尖锐石块或其它可能损伤电缆导线绝缘层的材料[2]。

埋地电缆应绕开管道等构筑物。由于阴极保护施工对地面、构筑物等造成的破坏，施工完毕后应恢复原状。

8.2 电缆的焊接及密封

（1） 主电缆及支电缆分别套入热缩管。

（2） 将支电缆焊接在主电缆上。

（3） 中间缠绕添充胶，两端缠热熔胶。

（4） 热缩管移至焊接处加热缩死。

8.3 电缆与管道的焊接及密封

（1） 采用铝热剂将电缆焊在管道的接口处。

（2） 在焊接处先浇1道沥青，然后缠玻璃布，每缠一层都要浇一道沥青，共缠三层，已达到绝缘密封的效果。

（3） 管道运行期间，埋地管道可能会因地床不稳定而产生下陷，为保证阴极焊点不从管道上脱落，需采取2个焊点焊接方式。

8.4 电缆沟回填

（1） 在沟底铺上5～10 cm的细土层。

（2） 电缆进入沟后，采用蛇形铺设。

（3） 回填15 cm厚的細沙或细土。

（4） 在电缆的正上方沿沟的方向并行放1排红砖。

（5） 回填土至地面。

9 测试桩的设置

测试桩布设在埋地管道上，用于监测与测试管道阴极保护参数的附属设施。

阴极保护测试系统包括测试仪表和测试桩。测试仪表包括数字万用表、接地电阻测量仪。

测试桩包括：电位测试桩、绝缘接头测试桩、套管测试桩。

（1） 电位测试桩：每隔1 km设置1个电位测试桩（兼做里程桩），共计设置243个;

（2） 电流测试桩：每5 km设置1个电流测试桩（兼做里程桩），共计设置49个。

（3） 航空煤油管道与成品油管道之间采用均压线连接，共计设置86个。

（4）每个绝缘法兰处设置1个防雷击电池，共计设置10个。

10 钢套管的防护

由于过路钢套管（有绝缘防腐层）对套管的保护段的输送管道的阴极保护电流有屏蔽作用，考虑沿输送管底部增加牺牲阳极措施，对套管内的输送管单独实施阴极保护。

11 杂散电流的防护

杂散电流是指在非指定回路中流动的电流[1]。

为避免管道周围交、直流电干扰对埋地管道产生的杂散电流腐蚀，待强制电流阴极保护投产后，经检测，采取相应的排流措施（图1）[3，4]。

图1 杂散电流测试图

Fig.1 Stray current test pattern

12 阴极保护系统调试

阴极保护系统调试包括通电前的检测和通电后的测试（图2-4）。

（1） 阴极保护工程投入运行前，应对管道各测试点的自然电位进行测试，并记录。

（2） 接通电流，按仪器说明书开启恒电位仪，给定电位约-1.5 V[1]。

（3） 对全线电位检查桩进行电位测试，并调整各点的给定电位值达到-0.85 V或-0.85 V以下更负（相对硫酸铜参比）[1]。

图2 管道电位测试图

Fig.2 Pipeline potential test pattern

图3 管道电流测试图

Fig.3 Pipeline current test pattern

图4 管道与铁轨间电压测试图

Fig.4 Pipes and steel rail voltage test pattern

13 阴极保护的检测周期

（1）阳极运行和状态、阳极保护电位、输出电流、开路电位，至少每年一次[1]。

（2） 恒电位仪的输出电流、电压，给定电位每天观测记录一次[1]。

（3） 每半年测一次阳极接地电阻[1]。

（4） 在测试中发现有不正常的情况，要及时记录，尽快排除。

14 结束语

阴极保护通过降低腐蚀电位迫使电解质中的被保护金属表面成为阴极以达到抑制腐蚀的目的，管道采用阴极保护设施后，能够确保管道长周期、安全稳定地运行，特别是采用外加电流与牺牲阳极联合保护方式对管道进行保护，而对于架空敷设的管道与线路工程管道用绝缘接头隔开，更加提高了管道的安全运行，并且能够降低工程投资。

参考文献

[1] GB/T 21448—2008埋地钢质管道阴极保护技术规范[S].

[2] GB50217—2007电力工程电缆设计规范[S].

[3] SY/T0017—2006埋地钢质管道直流排流保护技术标准[S].

[4] SY/T0032—2000埋地钢质管道交流排流保护技术标准[S].