摘要：为保证天然气长输管道的正常运行，降低管道腐蚀风险，提出采用防腐涂层和阴极保护相结合的管道腐蚀控制措施。当采取镁合金牺牲阳极保护后，对管道的有效保护距离约为3 km，极化效果好；当对管道采取外加电流和牺牲阳极联合保护，同时将两端防腐站的电流降低，电位分布更均匀，且阴极保护效率由42%提高到100%。经应用表明该联合控制措施的管道阴极保护效果好。

　　关键词：天然气长输管道；防腐涂层；阴极保护；牺牲阳极

　　0引言

　　天然气作为支撑国民经济发展的主要能源之一，其安全输送一直是人们关注的话题。管道运输具有运输量大、平稳及占地少，可实现自动控制等特点，但是由于管道运输埋于地下，一方面因管道本身及防腐涂层，会造成管道防腐层开裂；另一方面因环境中的水、碱及其它物质，也会引发管道腐蚀。这些管道腐蚀的形成就会造成防腐涂层失效、管道穿孔以及管线开裂，因此，一旦发生管道天然气泄露，会严重危害人们的生命及国家财产的损失。目前，长输管道防腐技术有：一是电化学保护技术，利用外部电流来改变金属电位，从而降低腐蚀速度；二是防腐层保护法，通过在金属表面敷设各种材料，延长管道的使用寿命；三是应用法兰螺栓包裹防护技术，彻底隔绝氧气和水分，防腐效果好；四是绝缘组件电绝缘法，保证外加电流不被流失。因此，为避免部分天然气管道因长期浸泡于水中出现老化或者剥离现象，本文提出采用防腐涂层和阴极保护相结合的管道腐蚀控制措施，降低管道安全运行隐患和腐蚀风险。

　　1管道腐蚀控制措施

　　天然气长输管道中一种常用的保护方法为防腐涂层，据相关研究发现，防腐涂层的质量会影响长输管道的阴极保护效果，因此，本文提出采用防腐涂层和阴极保护相结合的管道腐蚀控制措施，其中，管道整体的阴极保护采用埋设牺牲阳极的方法，具有输出电流均匀，自我调节力好，在天然气长输管道欠保护区具有很好的适用性。

　　1.1阳极材料的选择

　　目前，牺牲阳极材料有铝、镁、锌合金阳极，其中，镁合金阳极工作电位较负、电流密度大、阳极极化率小，因此，本文中牺牲阳极材料选择镁合金。

　　1.2电化学性能

　　本文对镁合金阳极的开路电位、工作电位以及其实际电容量、电流效率、消耗量等进行分析，测试镁合金阳极材料的电化学性能。其中，镁合金材料的开路电位为1.575 V，工作96 h的电位为-1.561 V，均符合GB/T 21448—2017标准要求；对其实际电容量、电流效率及消耗率进行分析，如表1所示。

　　根据要求，阳极材料的电容应≥1 100 A·h/kg，电流效率≥50。表中镁合金材料的电容和电流效率均符合上述要求，因此，镁合金阳极材料的电化学性能满足标准。

　　2应用效果

　　本文选择经过戈壁、盐碱地及水塘的管道作为试验管段，该管道材质20#钢，管长28.23 km，壁厚6 mm，其中管道10~17 km为水塘。该管道的防腐层选用沥青玻璃丝布，且在该管道0和28 km处分别设一座防腐站作为外加电流阴极保护。为便于测试管道电位，本文选择每相间1 km设一个测点，且水塘所处区不能测量管道电位。

　　2.1管道运行情况

　　当管道正常运行时，0 km防腐站的输出电压、电流1.2 V和1.2 A；28 km防腐站的输出电压、电流为9.6 V和16.8 A。分析正常工况和将28 km防腐站输出电压、电流降为6.8 V和10.92 A时的阴保电位，如图1所示。

　　依据管道阴极保护相关技术规定，管道阴极保护电位应≥-0.850 V；并当在阴极保护情况下，保护电位不宜＞-1.2 V。图1中的橙色（正常工况运行）柱状图，位于8~20 km的阴极保护电位都正于-0.85 V，此时管道处于水塘及水塘附近，欠保护；位于26~28 km，即仅靠28 km防腐站，阴极保护电位最大值达-1.53 V，由于恒电位输出的电流、电压高，电位负于-1.2 V，管道过保护。当阴极保护电位太大时，管道会出现氢脆，并加速防腐层的剥离。当降低28 km防腐站的输出电压、电流时，图中白色柱状图的阴极保护电位最大值降为-1.35 V，而水塘周围管道电位仍正于-0.85 V，管道欠保护。

　　2.2牺牲阳极的保护结果

　　通过上述分析可知，管道水塘和水塘四周属于管道欠保护区，因此，本文选择在18 km处，且距管道外壁5 m的两侧分别布置4根牺牲阳极，该位置靠近水塘且防腐层质量差，保护电位较正。当安装好镁牺牲阳极后，四次测得阳极开路电位分别为-1.61、-1.58、-1.61、-1.60 V。进一步分析采用镁合金牺牲阳极的阴极保护电位情况，如图2、图3所示。

　　图2中，采取镁合金牺牲阳极保护后，相比自腐蚀电位，阴极保护后的电位基本符合-0.1 V要求，极化效果好，且对管道的有效保护距离约为3 km。

　　2.3施加联合保护的阴极保护效果

　　当仅对28 km防腐站采取单边供电与牺牲阳极的联合保护后，分析阴极保护电位情况，如图4所示。该图中，0~5 km的阴极保护电位略正于-0.85 V，其他区域也得到保护。

　　在上述基础上，再加入0 km防腐站供电，分析联合保护后的阴极保护电位，如图5所示。图5中，此时阴极保护电位位于-0.99~-1.43 V，都负于-0.85V。由于28 km防腐站周围，管道和埋设牺牲阳极处保护电位较大，所以，本文将0 km防腐站的输出电压、电流由原来的1.2 V、1.2 A分别降为0.9 V和0.8 A，将28 km防腐站的输出电压、电流由原来的6.8 V和10.92 A分别降为5.0 V和7.03 A，再次分析管道的阴极保护电位，如图6所示。

　　图6中，牺牲阳极埋设点处的管道电位为-0.136V，剩余其余的管道电位位于-0.103~-1.2 V间，阴极保护效率由42%提高到100%，表明采取联合保护能够有效保护管道。将该管道腐蚀控制措施应用于实践中验证，管道处于有效保护，阴极保护效果显著，且管道电位分布均匀，降低天然气长输管道的安全事故。

　　3结论

　　针对天然气长输管道的特殊性，本文提出采用防腐涂层和阴极保护相结合的管道腐蚀控制措施，并验证其可行性。结论如下：

　　1）采取镁合金牺牲阳极保护后，相比自腐蚀电位，阴极保护后的电位基本符合-0.1 V要求，极化效果好，且对管道的有效保护距离约为3 km。

　　2）对管道采取外加电流和牺牲阳极联合保护，同时将两端防腐站的电流降低，除牺牲阳极埋设点处的管道电位为-0.136 V外，其余的管道电位均位于-0.103~-1.2 V间，电位分布更均匀，且满足规定，阴极保护效率由42%提高到100%。

　　3）经实践应用表明，该联合控制措施可使管道处于有效保护，阴极保护效果显著，降低天然气长输管道的安全事故。

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