长输管道外加电流阴极保护与牺牲阳极保护综合应用

尹伟伟1周平2高攀1

摘要：长输管线由于是压力输送必须采用无缝钢管，因此防止长输管道腐蚀技术已经是摆在延长管道生命和保持长期生产安全运行的重要课题，本文对地下长输天然气管道外加电流阴极保护和输气站场牺牲阳极保护的电化学过程分析可清楚地解释地下长输管道外加电流阴极保护中在设计、施工和运行维护方面的巨大作用。

关键词：埋地钢质管道；外加电流；牺牲阳极；阴极保护；输气站场

1两种保护方式在输气管道工程中的实际应用

忠武输气管道工程(简称川气出川管道工程)是恩泽两湖的重点工程，也是“十五”期间国家重点建设项目，总投资近50亿元。工程于2003年8月正式开工，2004年11月中旬实现干线及黄石支线、襄樊支线进气投产；2005年5月26日湘潭支线投产，标志着忠武输气管道实现全面投产，对于改善“两湖”地区的能源结构具有重大意义。主干管线西起重庆市忠县县，东至湖北武汉市，“三支”是武黄支线，途经武汉市、鄂州市、黄石市，荆襄支线途经荆州市、仙桃市、荆门市、宜城市、襄樊市，潜湘支线途经潜江市、监利市、岳阳市、湘潭市，全长1375km，管道途经一市（重庆）、两省（湖北、湖南）、15个市（州）、31个县（区），主干线选用X65管径711mm螺旋缝埋弧焊接钢管，支线采用X52螺旋缝埋弧焊接钢管。钢管外防腐采用TEG燃气发电供给恒电位仪阴极保护与聚乙烯三层结构的联合保护方式，输气站场采用埋设阳极地床牺牲阳极保护模式和三层PE联合保护。

湘潭-娄底-邵阳供气管道起始于樟树-湘潭联络线的湘潭末站，途径湘潭、娄底、邵阳等3市10县，终止于邵阳末站，线路全长230km，管径φ508mm，设计压力6.3MPa，管材X65，工程总造价10亿左右。

管道从西二线湘潭末站出站后即依次穿越沪瑞高速公路和G107国道，在伴行G107国道1km后与一条已建的燃气管道并行穿越湘江。穿越湘江后伴行九华示范区规划的一条滨江观光路向北敷设约10km后在九华示范区外围向西敷设10km然后向南敷设，穿越沪昆高铁并离开九华工业园区范围，向南靠近沪瑞高速，途径石家坊、烟山、殷家冲、石坝、银田镇、青塘湾后到达位于湘乡市龙洞镇的湘韶分输站；管道出站后继续向娄底方向敷设，途径大塘湾、白路塘、白冲湾、竹山湾、翻江镇、元甲湾、龙潭湾后到达位于娄底市规划区边缘的娄底分输站；管道出站后向邵阳方向敷设，途径石底、松江湾后在石井镇北侧穿越涟水河，而后经印溪、关王桥、湖泉、青烟后到达位于涟源市东南侧的涟源分输站；管道出站后继续向邵阳方向敷设，沿线途径奕雅园、邹家边、龙马冲、田心、爽溪、寸石镇、武桥、花桥、雀塘，最终达到位于邵阳市东侧规划区外的邵阳末站，线路全长约230km。

管道沿线设九华、湘韶、娄底、涟源、邵阳5个分输站和7座阀室，共穿越河流、沟渠99处，其中穿越1处大型河流湘江、1处中型河流涟水河，河流、沟渠小型穿越97处，均采用大开挖方式。本工程管道沿线穿越高速公路10处，均采用顶管方式穿越；穿越二级及二级以上道路12处，均采用顶管方式；穿越城市路、主、次要街道23处，采用大开挖加套管穿越方式；穿越县乡道、乡村路240处，均采用大开挖加盖板穿越方式。穿越铁路11处，其中7处均采用箱涵方式穿越，4处采用套管预埋方式穿越在建高铁。

管道线路管道外防腐层为三层PE复合结构。在河流大中型穿越段、铁路穿越段、带套管的等级公路穿越、山区石方段等特殊地段，管道采用加强级；其余地区均采用普通级防腐层。管道线路采用强制电流法保护为主，牺牲阳极保护为辅的阴极保护方案。站场内与干线管道管径相同的埋地管道，采用与干线管道一致的加强级3层PE外防腐层。

湘娄邵管道工程于2012年12月27日完成天然气置换，2013年6月7日首先向邵阳燃气公司试供气。2014年4月底，全线5座站场全部投产，目前所有站场均已具备向下游用户分输供气的能力。

综上所述，忠武输气管道主干道采用的是环氧粉末内防腐层保护，有的支线部分采用的是三层PE外防腐层保护，另外就是通过TEG发电供给恒电位仪外加电流阴极保护模式以及牺牲阳极地床活泼金属综合应用保护。湘娄邵供气管道干线也是采用恒电位仪外加电流阴极保护模式+3层PE外防腐层模式，输气站场采用牺牲阳极保护+3层PE外防腐层模式。

1.1外加电流阴极保护

忠武输气管道所经过的区域包括西部山区和平原水网两大地貌单元，大致以宜昌为界，西为渝东、鄂西山区，东为江汉平原水网。山区管道途经海拔超过1600米的方斗山、齐岳山、石板岭、笔架山、碑坳等地段，落差大，山势险峻。忠武输气管道沿线27处山体隧道，总长10.19千米。忠武输气管道沿线有7处山区大中型跨越。还有7处江底隧道穿越，其中4次穿越长江（忠县长江隧道、红花套长江盾构隧道、武汉军山长江隧道、城陵矶长江隧道），另有汨罗江隧道、捞刀河隧道、浏阳河隧道。从渝东的忠县首站到鄂西的恩施州输气站、榔坪清管站几百公里管线主要在山体隧道和两山横跨，平原地区主要在农田中敷设，由于沿线地质复杂，经过的铁路，高速路和高压线较多，同时与中石化管线有并行和交叉较多，平原沿线的金属构筑物多，沿线村民居住密集，机械施工较多，固采用三层PE和外加电流的保护方式。为了减少保护电流的流失，在进出站的管道上加装绝缘接头。在沿途设置了21座阴极保护站，由TEG提供直流电源，每个阴极保护站内设恒电位仪两台(HDV-4D/3型)，可以互相切换，并由HDV-4D/3型阴极保护控制台自动控制，以保证阴极保护系统连续运行。忠武管线阳极地床为高硅铸铁，接地电阻时去点桩中的连接片，且每组间距为3m，所有的材料位于管道垂直方向50---300m处，由20支100mm×1500mm的高硅铸铁阳极组成，阳极为立式埋设，埋深3m，周围填充150mm厚的焦炭。

1.2牺牲阳极保护

站外全部管线除外加电流阴极保护外，各个站场管道全部采用了牺牲阳极保护，这里以宜城输气站为例，站内共埋设镁阳极2支，每支约40kg，分别分布在进站和到下游门站管道附近，距地面和埋地管道垂直距离＞1.5m，阳极周边用填料包围以减少接地电阻及促进腐蚀产物的溶解。站内每个阴极保护间内设恒电位仪两台(PS-1LC型)，可以互相切换，并由CBZ-3型阴极保护控制台自动控制，以保证阴极保护系统连续运行。用焊接方式连接到镁条两端，使管道均匀连接同时使保护电流尽可能地均匀传递。

2经济性分析

阴极保护投入的费用在工程中都相对比较低，大概只占被保护介质造价的1%～5%不等，以湘娄邵供气管道工程为例，外加电流阴极保护和分输站场牺牲阳极保护总共投资约665万元左右，供气钢质管道管材费投资大概1.85亿元左右，管道保护设备设施投资约占3.6%。通过在后期对管道定期进行正确的运行管理，从而使管道的使用寿命则可因此成倍甚至几十倍地延长，延长使用寿命就是最直接的经济效益，明显属于小投资，大回报，并大大节省运行管理成本，因此，这项技术得到业界的普遍认可，并延伸到海洋工程、石油石化、天然气行业长输管线、市政管网等领域得到越来越广泛的应用，前景十分广阔。

参考文献

[1]杨帅.化工建筑钢结构表面腐蚀的防护[J].河南化工,2009,26(7):5-6.

[2]孟繁强.阴极保护技术在埋地钢质管道中的应用[J].中国给水排水,2001,17(5):59-61.