【论文精选】埋地燃气钢质管道阴极保护过保护危害分析

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作 者： 姚秀程

第一作者单位：淄博绿博燃气有限公司

摘自《煤气与热力》2021年12月 刊

参考文献示例

姚秀程 .   埋地燃气钢质管道阴极保护过保护危害分析 ［J］.    煤气与热力， 2021，41（12） ：A40-A42.

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燃气管道

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防腐

1    概述

 

依据 CJJ 95 — 2013 《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》，城镇燃气埋地 钢质管道 应采用 防腐 层辅以阴极保护的腐蚀控制系统，实践证明阴极保护系统的建立为城镇燃气输配管网的腐蚀控制提供了有力保证 ^{［ 1-2 ］} 。阴极保护的保护电位标准应在 -0.85~-1.20 V ，其中要求阴极保护的保护电位不能比 -1.20 V 更负，否则称为过保护。阴极保护过保护对埋地钢质管道不仅不保护，且加速埋地钢质管道的腐蚀破坏，腐蚀破坏的诱因是析氢，析氢导致埋地管道发生氢脆，氢脆程度轻则埋地钢质管道防腐层脱落、管材变质，程度重则导致管道发生爆裂等。埋地钢质管道在过保护析氢腐蚀破坏后，管材强度会发生何种程度的变化需要通过试验来检测。通过试验检测埋地钢质管道在过保护状态下管材强度变化，能直观地分析阴极保护过保护对埋地钢质管道的危害。

 

2    阴极保护过保护试验方案

①试验原理

 

城镇燃气输配管网基本采用牺牲阳极法进行阴极保护，其基本原理是：把埋地钢质管道作为阴极，把比埋地钢质管道更加活泼的金属作为阳极，大地作为电路构成回路后，通过阳极腐蚀牺牲来保护阴极（埋地钢质管道）。在一般土壤环境下，保护电位在 -0.85~-1.20 V ，管道防腐层的限制临界电位不应比 -1.20 V 更负，并应防止防腐层出现阴极剥离、起泡、管体氢脆等现象。试验通过可调节保护电位，将保护电位稳定在 -1.40~-1.44 V 的过保护状态，检测钢质管道强度等力学性能的变化。

 

②试验方法

 

准备与钢质管道（外径为 355.6 mm ，壁厚为 10 mm ，材质为 L290NB ）相同材质、同批号的试件（用 L290NB 钢管制作，直径为 6 mm ，高为 10 mm 的圆柱体） 3 支为 1 组，共计 3 组。将试验用钢质管道与试件一同埋入地下，对管道实施阴极保护使其处于过保护状态。每年开挖 1 次，每次取出 1 组试件测试埋地管材强度的变化情况。通过试验，检测过保护状态下试件在埋设 1~3a 时间内的变化情况，开挖出的试件须在挖出后 10 d 内送检。

 

③过保护电位形成

 

采用可换性镁带阳极组阴极保护技术 ^{［ 3 ］} 进行阴极保护，提供过保护电位，通过可换性镁带阳极组改变阳极和阴极的面积比，为管道提供稳定的保护电流，镁带阳极组提供的保护电位比较均匀，阳极利用率高，可调节阴极保护电位，使保护电位稳定在 -1.40~-1.44 V 的过保护状态。

 

3    过保护试验的实施

①试验地点选择

 

试验地点应选择杂散电流稳定、自然电位为 -0.5~-0.56 V 的土壤，同时还要选择在 3 a 之内没有规划建设的地段，因为一旦进行工程建设就会破坏土壤的含水性，改变试验管道周围土壤电阻率，阴极保护电位将会发生变化。

 

②管道与试件埋设

 

钢质管道防腐层等级为 3PE 。试件采用与钢质管道相同材质、同批号的管道加工而成。将试件与钢质管道通过导线焊接在一起，对试件及焊接处进行防腐处理，防腐等级不能低于钢质管道的防腐等级，埋设深度为 -1.5 m 。管道与试件安装见图 1 。

 

图 1    管道与试件安装

 

③安装阴极保护系统

 

阴极保护系统主要有镁带阳极组、镁块阳极组、固体永久参比电极、测试桩。将阳极组、管道（阴极）、固体永久参比电极通过电缆与测试桩连接。调试阴极保护系统的保护电位到过保护状态，过保护电位稳定在 -1.40~-1.44 V 。阴极保护系统安装见图 2 。

 

图 2    阴极保护系统安装  

 

④试验数据采集

 

连续 3 a ，每年开挖出 1 组试件进行送检试验，得出在同一保护电位（ -1.40~-1.44 V ）过保护状态下，同一型号钢材的强度变化情况，通过试验采集钢材析氢后管材的抗拉强度、伸长率。

 

4    过保护试验结果分析

 

①试验结果

 

根据连续 3 a 由国家网架及钢结构产品质量监督检验中心出具的检验报告，试件抗拉强度及伸长率呈现不规则比率下降及上升，试验结果见表 1 。 2012 、 2013 、 2014 年 3 个试件抗拉强度平均值分别为 536.67 、 515.00 、 499.67 MPa ， 2012 、 2013 、 2014 年 3 个试件伸长率平均值分别为 26.00% 、 30.33% 、 31.33% 。

 

表 1    试验结果

 

②试验数据分析

 

基于表 1 和试件平均值数据，可以看出，管道在阴极保护电位处于 -1.40~-1.44 V 的过保护电位时，抗拉强度在持续下降，同时伸长率也在升高。 2012 — 2014 年抗拉强度降低了 21.67 MPa 、 15.33 MPa ，下降幅度分别为 4% 、 3% ；伸长率分别上升了 4.33% 、 1% 。从抗拉强度下降、伸长率上升的趋势来看，管道在过保护状态下力学性能变化明显，对材质产生了明显的破坏。

 

5    结语

 

按照国家、行业相关规范要求，对埋地钢质管道实施阴极保护，可以有效地控制管道腐蚀，延长管网的使用寿命。但是阴极保护过保护会加速埋地钢质管道的腐蚀破坏，改变管道的力学性能，抗拉强度的持续下降就不能保证管道的长久运行，而且将形成很大的安全隐患。所以，在燃气输配管网的日常运行管理中，必须要使阴极保护系统的阴极保护电位在正常范围内，从而确保管网设施的安全稳定运行。

参考文献：

［ 1 ］刘新领，姚秀程 .  城镇燃气输配管网阴极保护系统失效问题的有效应对措施及分析［ J ］ .  城市燃气， 2009 （ 7 ）： 15-18.

 

［ 2 ］姚秀程 .  城镇燃气输配管网阴极保护系统运行技术探讨—以淄博绿博燃气有限公司为例［ J ］ .  城市燃气， 2013 （ 7 ）： 17-21.

 

［ 3 ］张宗旺，朱万美，李来成，等 .  城镇钢质燃气管道阴极保护专利技术的应用［ J ］ .  煤气与热力， 2007 （ 12 ）： 6-9.

 

（本文责任编辑：刘灵芝）

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