城市天燃气输管线对柔性阳极应用
最后更新时间：2024-04-14
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论文导读：质管道．阴极保护一般选用牺牲阳极方法。考虑到本工程管道位于北京市五环路以外，其他地下管线较少，且管径大(达到DNl000)．如采用牺牲阳极方案将消耗大量的有色金属。方案选择中倾向于强制电流阴极保护方案。常见的强制电流阴极保护辅助阳极的埋设形式有浅埋阳极地床、深井阳极地床及柔性阳极地床。前两种方法均有阳极地床
摘要:柔性阳极早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发的．目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。本文通过在北京市天然气市内应急工程设计、计算和应用柔性阳极阴极保护系统，提高对该技术的认识。
关键词:燃气输配管线柔性阳极 阴极保护
1 前言
埋地管道采用外防腐层与阴极保护联合防腐是延长管道运行寿命、减少管道运行故障的有效手段。20世纪70年代初。自美国首次立法开始．一些国家相继立法．规定埋地管道必须采用防腐涂层与阴极保护的双重保护措施。近年来，国内对埋地管道的双重保护问题日渐重视。并在管道保护的理论和实践方面发展了许多新技术、新工艺和新产品。本文结合北京市2004年天然气市内应急工程的工程实践．就城市燃气输配管线阴极保护的有关问题进行研究。
2 阴极保护方案
阴极保护的方法一般分为外加电源阴极保护法和牺牲阳极阴极保护法。传统上．在城市地区敷设地下钢质管道主要考虑避免影响其他埋地钢质管道．阴极保护一般选用牺牲阳极方法。考虑到本工程管道位于北京市五环路以外，其他地下管线较少，且管径大(达到DNl000)．如采用牺牲阳极方案将消耗大量的有色金属。方案选择中倾向于强制电流阴极保护方案。
常见的强制电流阴极保护辅助阳极的埋设形式有浅埋阳极地床、深井阳极地床及柔性阳极地床。前两种方法均有阳极地床气阻随时间增大．电阻率增大的问题，它会造成地电位正移、电位梯度增大，导致对周围其它构筑物的杂散电流干扰不断严重。随着时间的推移．这一问题越来越严重，甚至导致阳极地床报废，使阴极保护系统无法正常运行。深井阳极地床阴极保护多在解决拥挤地区的区域性保护或大电流保护时选用．将可能在地表产生的干扰影响转移到地下阳极的深度。柔性阳极可沿被保护管道近距离敷设．避免了上述问题，同时也较好的解决了杂散电流干扰问题。据介绍，与传统的其它辅助阳极相比，柔性阳极具有以下特点：
①阴极保护电流长距离分布均匀：
②对其他金属构筑物干扰影响最小：
③解决复杂管网的屏蔽问题：
④即使管道防腐层破损严重，也能保证电流的均匀分布．实现阴极保护：
⑤安装简单，长度可任意现场剪裁，施工快捷保险：
⑥材料经专门处理，寿命长；
⑦不必重新征阳极用地：
⑧不污染环境。
3 柔性阳极简介
柔性阳极又称缆形阳极，是一种线型、柔韧的、绕线式、碳基的阳极装置。早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发的．目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。柔性阳极安装在管道或其它被保护结构的附近．并连接到外接电源的正极上．而管道等被保护体则连接到外接电源的负极上．这样形成了回路。通电后．适量的阴极防护电流就可以通过导线均匀地分散到每一个部位，使被保护体得到完整的保护。简单说．柔性阳极阴极保护物理模式可比作平行板电容器。柔性阳极带正电，被保护管道带负电。在地床中产生平行柱状电场．使管道处于等电位保护作用。柔性阳极阴极保护示意图见图1．
4．1柔性阳极的结构
国外生产柔性阳极的厂商主要有Matcor和Raychem，国内也有厂商生产。相比而言，国内产品因未得到大规模应用尚不成熟。以Raychem为例，其柔性阳极由下列基本单元组成：①铜导线；②导电聚合物；③活性碳；④耐酸材料层；⑤编织保护网。柔性阳极起关键作用的是导电聚合物为辅材的中心铜导体。这种结构不但可以防止铜芯受化学腐蚀，并可以保证电流长距离传输。同时．又有小量的阴极保护电流连续不断的滴流、扩散于导电聚合物辅层中．使全长的辅层都有电流渗透。柔性阳极的结构见图2。
4．2柔性阳极的特点
柔性阳极将辅助阳极地床沿被保护管道近距离线性敷设．避免了浅埋阳极地床、深井阳极地床的问题．同时也较好的解决了杂散电流干扰问题．保护电位沿管道均匀分布．可以避免长距离管道保护中过保护和保护不足同时存在的问题。柔性阳极为导电聚合物，包裹在铜芯线上，经过特殊的工艺处理，使之具有耐热、抗老化的性能，在允许的工作电流范围内．其工作寿命预期可达40年以上。这种结构设计使铜芯确保了纵向低电阻，可以把电流传到很远：而且导电聚合物确保了横向有一较高电阻接地．使铜芯中的电流只能慢慢地”滴入”地中。在柔性阳极周围填充焦碳可以改善阳极的工作环境．延长阳极的寿命。
5 柔性阳极设计计算
5．1前期调查
设计前对欲实施的管道进行土壤介质因素、环境因素两个方面的现场调查，主要包括：土壤电阻率、杂散电流、氧化还原电位、自腐蚀电位及环境因素一杂散电流(电位梯度)，再进行实验室分析，主要包括：土壤含水量、含盐量、pH值。
5．2设计要点
(1)在工程实际中，在管道起点(采育接收站)及道终点(亦庄调压站)分别设置阴极保护问．在阴极保护间内设置整流器．根据计算．确定阴极保护站主要技术参数。
(2)为形成保护电流回路，管道本身应连续。中间不得设置绝缘接头等绝缘装置。柔性阳极也应连续．如无法连续．应用电缆导通。保证电缆连接处连接牢固、防腐良好。
(3)柔性阳极与管道间应严格按照设计计算结果保持间距．且管道与阳极问不应有其他金属管道．以避免其他金属管道被腐蚀．考虑到：工程实际施工的工序安排．在管道回填到管顶后．在管道一侧敷设柔性阳极。这样既不影响管道安装．又减少了柔性阳极安装的土方工程量．降低了工程造价。、
(4)工程实际中．穿跨越部分的阴极保护设计是一个重点、难点。当采用顶管等套管穿越方式时，由于套管对阴极保护电流的屏蔽作用．使套管段成为阴极保护的旨区。在工程实践中采用镯式阳极对套管内管段加以保护．当管线采用定向钻方式施丁时．于燃气管线穿越的一侧再穿越一条保护管(镀锌管)。穿越定向钻管段的柔性阳极改用铠装电缆敷设。铠装电缆穿越保护管．电缆两端分别与柔性阳极连接．保证柔性阳极的电连续性。
5 结语
柔性阳极的阴极保护方案的不断完善,经过源于：免费论文网www.7ctime.com
若干年的实际运行．证明柔性阳极对城市燃气输配管道的保护是切实有效的。而且．沿管道一定距离敷设柔性阳极，在合理设论文导读：阴极保护工程手册．化学工业出版社．1999．米琪(译)．导电聚合物电缆体系阴．罔外油气储运．1993，4闫久红，丁乙，胡士信等．柔性阳极在库鄯输油管道上的应用，油气储运，1999，4庞孟枝．城市埋地管道阴极保护及电化学理论分析【J]．油气储运．1998．3上一页12
置保护电流的条件下．基本不会对周围其他地下管道产生电干扰。本次在应急工程中应用柔性阳极．通过一段时间运行和对运行数据的归纳总结．将有助于继续深入的研究．加深对该技术的理解掌握．
6参考文献
胡士信．阴极保护工程手册[M]．化学工业出版社．1999．
米琪(译)．导电聚合物电缆体系阴．罔外油气储运．1993，4
[3]闫久红，丁乙，胡士信等．柔性阳极在库鄯输油管道上的应用[J]，油气储运，1999，4
[4]庞孟枝．城市埋地管道阴极保护及电化学理论分析【J]．油气储运．1998．3
摘要:柔性阳极早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发的．目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。本文通过在北京市天然气市内应急工程设计、计算和应用柔性阳极阴极保护系统，提高对该技术的认识。
关键词:燃气输配管线柔性阳极 阴极保护
1 前言
埋地管道采用外防腐层与阴极保护联合防腐是延长管道运行寿命、减少管道运行故障的有效手段。20世纪70年代初。自美国首次立法开始．一些国家相继立法．规定埋地管道必须采用防腐涂层与阴极保护的双重保护措施。近年来，国内对埋地管道的双重保护问题日渐重视。并在管道保护的理论和实践方面发展了许多新技术、新工艺和新产品。本文结合北京市2004年天然气市内应急工程的工程实践．就城市燃气输配管线阴极保护的有关问题进行研究。
2 阴极保护方案
阴极保护的方法一般分为外加电源阴极保护法和牺牲阳极阴极保护法。传统上．在城市地区敷设地下钢质管道主要考虑避免影响其他埋地钢质管道．阴极保护一般选用牺牲阳极方法。考虑到本工程管道位于北京市五环路以外，其他地下管线较少，且管径大(达到DNl000)．如采用牺牲阳极方案将消耗大量的有色金属。方案选择中倾向于强制电流阴极保护方案。
常见的强制电流阴极保护辅助阳极的埋设形式有浅埋阳极地床、深井阳极地床及柔性阳极地床。前两种方法均有阳极地床气阻随时间增大．电阻率增大的问题，它会造成地电位正移、电位梯度增大，导致对周围其它构筑物的杂散电流干扰不断严重。随着时间的推移．这一问题越来越严重，甚至导致阳极地床报废，使阴极保护系统无法正常运行。深井阳极地床阴极保护多在解决拥挤地区的区域性保护或大电流保护时选用．将可能在地表产生的干扰影响转移到地下阳极的深度。柔性阳极可沿被保护管道近距离敷设．避免了上述问题，同时也较好的解决了杂散电流干扰问题。据介绍，与传统的其它辅助阳极相比，柔性阳极具有以下特点：
①阴极保护电流长距离分布均匀：
②对其他金属构筑物干扰影响最小：
③解决复杂管网的屏蔽问题：
④即使管道防腐层破损严重，也能保证电流的均匀分布．实现阴极保护：
⑤安装简单，长度可任意现场剪裁，施工快捷保险：
⑥材料经专门处理，寿命长；
⑦不必重新征阳极用地：
⑧不污染环境。
3 柔性阳极简介
柔性阳极又称缆形阳极，是一种线型、柔韧的、绕线式、碳基的阳极装置。早期主要是为解决覆盖层老化的老龄管道的阴极保护问题而研制开发的．目前已广泛应用于新建和已建管道及储罐的保护。柔性阳极安装在管道或其它被保护结构的附近．并连接到外接电源的正极上．而管道等被保护体则连接到外接电源的负极上．这样形成了回路。通电后．适量的阴极防护电流就可以通过导线均匀地分散到每一个部位，使被保护体得到完整的保护。简单说．柔性阳极阴极保护物理模式可比作平行板电容器。柔性阳极带正电，被保护管道带负电。在地床中产生平行柱状电场．使管道处于等电位保护作用。柔性阳极阴极保护示意图见图1．
4．1柔性阳极的结构
国外生产柔性阳极的厂商主要有Matcor和Raychem，国内也有厂商生产。相比而言，国内产品因未得到大规模应用尚不成熟。以Raychem为例，其柔性阳极由下列基本单元组成：①铜导线；②导电聚合物；③活性碳；④耐酸材料层；⑤编织保护网。柔性阳极起关键作用的是导电聚合物为辅材的中心铜导体。这种结构不但可以防止铜芯受化学腐蚀，并可以保证电流长距离传输。同时．又有小量的阴极保护电流连续不断的滴流、扩散于导电聚合物辅层中．使全长的辅层都有电流渗透。柔性阳极的结构见图2。
4．2柔性阳极的特点
柔性阳极将辅助阳极地床沿被保护管道近距离线性敷设．避免了浅埋阳极地床、深井阳极地床的问题．同时也较好的解决了杂散电流干扰问题．保护电位沿管道均匀分布．可以避免长距离管道保护中过保护和保护不足同时存在的问题。柔性阳极为导电聚合物，包裹在铜芯线上，经过特殊的工艺处理，使之具有耐热、抗老化的性能，在允许的工作电流范围内．其工作寿命预期可达40年以上。这种结构设计使铜芯确保了纵向低电阻，可以把电流传到很远：而且导电聚合物确保了横向有一较高电阻接地．使铜芯中的电流只能慢慢地”滴入”地中。在柔性阳极周围填充焦碳可以改善阳极的工作环境．延长阳极的寿命。
5 柔性阳极设计计算
5．1前期调查
设计前对欲实施的管道进行土壤介质因素、环境因素两个方面的现场调查，主要包括：土壤电阻率、杂散电流、氧化还原电位、自腐蚀电位及环境因素一杂散电流(电位梯度)，再进行实验室分析，主要包括：土壤含水量、含盐量、pH值。
5．2设计要点
(1)在工程实际中，在管道起点(采育接收站)及道终点(亦庄调压站)分别设置阴极保护问．在阴极保护间内设置整流器．根据计算．确定阴极保护站主要技术参数。
(2)为形成保护电流回路，管道本身应连续。中间不得设置绝缘接头等绝缘装置。柔性阳极也应连续．如无法连续．应用电缆导通。保证电缆连接处连接牢固、防腐良好。
(3)柔性阳极与管道间应严格按照设计计算结果保持间距．且管道与阳极问不应有其他金属管道．以避免其他金属管道被腐蚀．考虑到：工程实际施工的工序安排．在管道回填到管顶后．在管道一侧敷设柔性阳极。这样既不影响管道安装．又减少了柔性阳极安装的土方工程量．降低了工程造价。、
(4)工程实际中．穿跨越部分的阴极保护设计是一个重点、难点。当采用顶管等套管穿越方式时，由于套管对阴极保护电流的屏蔽作用．使套管段成为阴极保护的旨区。在工程实践中采用镯式阳极对套管内管段加以保护．当管线采用定向钻方式施丁时．于燃气管线穿越的一侧再穿越一条保护管(镀锌管)。穿越定向钻管段的柔性阳极改用铠装电缆敷设。铠装电缆穿越保护管．电缆两端分别与柔性阳极连接．保证柔性阳极的电连续性。
5 结语
柔性阳极的阴极保护方案的不断完善,经过源于：免费论文网www.7ctime.com
若干年的实际运行．证明柔性阳极对城市燃气输配管道的保护是切实有效的。而且．沿管道一定距离敷设柔性阳极，在合理设论文导读：阴极保护工程手册．化学工业出版社．1999．米琪(译)．导电聚合物电缆体系阴．罔外油气储运．1993，4闫久红，丁乙，胡士信等．柔性阳极在库鄯输油管道上的应用，油气储运，1999，4庞孟枝．城市埋地管道阴极保护及电化学理论分析【J]．油气储运．1998．3上一页12
置保护电流的条件下．基本不会对周围其他地下管道产生电干扰。本次在应急工程中应用柔性阳极．通过一段时间运行和对运行数据的归纳总结．将有助于继续深入的研究．加深对该技术的理解掌握．
6参考文献
胡士信．阴极保护工程手册[M]．化学工业出版社．1999．
米琪(译)．导电聚合物电缆体系阴．罔外油气储运．1993，4
[3]闫久红，丁乙，胡士信等．柔性阳极在库鄯输油管道上的应用[J]，油气储运，1999，4
[4]庞孟枝．城市埋地管道阴极保护及电化学理论分析【J]．油气储运．1998．3