1 前 言

天然氣是一種公認(rèn)的清潔高效優(yōu)質(zhì)的能源，隨著我國(guó)西氣東輸工程和四川盆地天然氣輸送兩湖工程的實(shí)施，城市燃?xì)庠诠I(yè)和民用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。為了加快發(fā)展天然氣工業(yè)，必然要加快天然氣管道的建設(shè)。如何建設(shè)好結(jié)構(gòu)合理、安全可靠的長(zhǎng)江中下游城市燃?xì)夤芫W(wǎng)是我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)的重要課題。

由于土壤對(duì)管道的腐蝕、管內(nèi)輸送介質(zhì)的腐蝕、防腐層的缺陷和早期技術(shù)的限制，我國(guó)大部分在役城市燃?xì)夤芫€只采用了涂覆層而未采用陰極保護(hù)措施，使早期投入使用的燃?xì)夤芫€頻繁發(fā)生腐蝕穿孔泄漏事故，導(dǎo)致管線經(jīng)常出現(xiàn)非計(jì)劃維修或更換，嚴(yán)重影響燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行，縮短了管線的使用壽命，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。

實(shí)踐證明，城市燃?xì)夤芫€外防腐措施采用涂覆層加陰極保護(hù)的所謂“雙保護(hù)技術(shù)”是有效的，管線安全性得到了更可靠的保證，管線使用壽命延長(zhǎng)一倍以上，事故明顯減少，經(jīng)濟(jì)效益得到很大提高。

近十年來，北京市天然氣新舊管線在陰極保護(hù)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域取得了豐碩的成果，對(duì)加強(qiáng)首都燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)，提高在役管網(wǎng)的安全性做出了較大的貢獻(xiàn)。

2 陰極保護(hù)技術(shù)在北京天然氣管網(wǎng)中的應(yīng)用

北京市目前擁有5000km天然氣鋼質(zhì)管道，部分已進(jìn)入腐蝕事故多發(fā)期。如：1996年，學(xué)院路和第二外國(guó)語大學(xué)兩段中壓管道出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕穿孔泄漏;1997年，亞運(yùn)村和中央黨校等地區(qū)的中低壓管道多次發(fā)生電化學(xué)腐蝕穿孔；1998年，小關(guān)北路，高瀾大廈一酒仙橋調(diào)壓站中壓管道多次發(fā)生電化學(xué)腐蝕泄漏事故。北京市燃?xì)夤芫W(wǎng)腐蝕穿孔泄漏發(fā)生率逐年呈上升趨勢(shì)，是影響管網(wǎng)安全運(yùn)行的主要危害之一[2]。

為了加強(qiáng)燃?xì)夤芫W(wǎng)的腐蝕控制，有效防止電管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕穿孔，提高管網(wǎng)運(yùn)行的安全性，延長(zhǎng)管道的使用壽命，原北京市天然氣公司于1997年行文規(guī)定：(1)所有新建高中壓天然氣鋼質(zhì)管道必須實(shí)施防腐層加陰極保護(hù)的“雙保護(hù)措施”;(2)在役高中壓鋼質(zhì)管道必須有計(jì)劃分步驟追加陰極保護(hù)。

北京市于1997年對(duì)所有新建高中壓約150km天然氣管道全部采取陰極保護(hù)措施，對(duì)中關(guān)村—王四營(yíng)35km高壓管道進(jìn)行陰極保護(hù)技術(shù)改造。1998年—2003年北京600多km新建天然氣高中壓管道全部采用涂層加陰極保護(hù)措施;對(duì)機(jī)場(chǎng)路、清河地區(qū)、西八里莊地區(qū)、西山地區(qū)、大興地區(qū)等中壓管道約260km進(jìn)行陰極保護(hù)技術(shù)改造。

近十年來，原北京市公用局和現(xiàn)北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)采用先進(jìn)的陰極保護(hù)技術(shù)給予高度重視和大力支持，使北京所用高壓和部分中壓燃?xì)夤艿缿?yīng)用了陰極保護(hù)技術(shù)，保護(hù)總長(zhǎng)度達(dá)到1200余km。六年來，所有采用陰極保護(hù)的燃?xì)夤艿缽奈窗l(fā)生電化學(xué)腐蝕穿孔泄漏，為首都天然氣管網(wǎng)安全運(yùn)行提供了可靠的保障，并節(jié)約了大量的搶修和維修費(fèi)用，有效延長(zhǎng)了管道的使用壽命，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 陰極保護(hù)技術(shù)在城市燃?xì)夤芫€中應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn)分析
 

陰極保護(hù)技術(shù)雖然是一種比較成熟的技術(shù)，但是由于城市地下管線縱橫交錯(cuò)、電氣化程度高、雜散電流分布不均、土壤類型多樣、管道外防腐層種類多樣且性能各異，導(dǎo)致陰極保護(hù)技術(shù)在燃?xì)夤艿郎蠎?yīng)用存在一定的技術(shù)難度。其技術(shù)難點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)前期調(diào)研

根據(jù)陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，在設(shè)計(jì)前必須對(duì)管道沿線的土壤種類、土壤腐蝕性、地下水位、雜散電流的分布、管道自然電位等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試和分析。目前，大多數(shù)燃?xì)庠O(shè)計(jì)單位沒有防腐設(shè)計(jì)部門和防腐專業(yè)技術(shù)人員，使將陰極保護(hù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析這項(xiàng)工作存在相當(dāng)?shù)碾y度。

3.2 陰極保護(hù)方式的選擇

陰極保護(hù)方式有犧牲陽極保護(hù)法和外加電流保護(hù)法兩種形式。這兩種保護(hù)方式的選擇需要考慮到被保護(hù)的管道的涂層狀況、管道沿線土壤的腐蝕性、是否對(duì)相鄰地下管道或金屬構(gòu)筑物構(gòu)成破壞、陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性等因素。由于城市地下管道縱橫交錯(cuò)，如果采用外加電流保護(hù)法，由于保護(hù)電流較大，所形成的電流回路會(huì)加速對(duì)未采用陰極保護(hù)的相鄰管道造成電化學(xué)腐蝕。另外，城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的建設(shè)是分期分批進(jìn)行的，每次建設(shè)的距離十分有限，對(duì)每段都單建一個(gè)保護(hù)站也是十分不經(jīng)濟(jì)的。而犧牲陽極保護(hù)法對(duì)臨近管道影響較小，對(duì)短距離的管線來說非常經(jīng)濟(jì)，施工非常方便。因此，根據(jù)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的建設(shè)特點(diǎn)并考慮到盡量減少對(duì)其他管道的影響，宜采用犧牲陽極法對(duì)其實(shí)施陰極保護(hù)。距城區(qū)較遠(yuǎn)的長(zhǎng)距離外環(huán)燃?xì)夤艿?，在不影響其它周圍金屬?gòu)筑物的前提下，采用外加電流保護(hù)方式是可行的，也經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

3.3 管道破損點(diǎn)的補(bǔ)口

安裝管道線、陽極和絕緣裝置時(shí)，必須對(duì)管道涂層進(jìn)行破壞，使原有防腐涂層失去了連續(xù)性。如果補(bǔ)口材料、技術(shù)和工藝不過關(guān)，那么涂層破損處就是一個(gè)非常危險(xiǎn)的腐蝕源。在選擇補(bǔ)口材料時(shí)，必須選用與原防腐層相容性極好的補(bǔ)傷材料，主要是補(bǔ)傷材料的里層與原防腐層的外層要有非常好的粘結(jié)力。補(bǔ)口技術(shù)和工藝是保證補(bǔ)口質(zhì)量的關(guān)鍵，一般施工現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備和環(huán)境不如工廠好，因此在實(shí)施前必須通過反復(fù)試驗(yàn)確定補(bǔ)口方法和工藝流程。補(bǔ)口的防腐級(jí)別應(yīng)在原涂層防腐級(jí)別的基礎(chǔ)上加強(qiáng)一級(jí)。

3.4 管道電絕緣的可靠性

在被保護(hù)管段和非保護(hù)管段或其他金屬構(gòu)筑物必須實(shí)行電絕緣，主要目的是把保護(hù)電流限定在保護(hù)管段，避免不必要的電流漏失，保證管道電位達(dá)到規(guī)定的保護(hù)電位范圍;電絕緣措施也是抗雜散電流干擾的重要措施;電絕緣可防止電流進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)段，是重要的防爆安全保障措施之一;此外也為陰極保護(hù)系統(tǒng)分段檢修、尋找故障提供了管理維護(hù)的方便。

事實(shí)證明：“沒有絕緣就沒有陰極保護(hù)”。電絕緣的可靠性是決定陰極保護(hù)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，”。十年前，北京市燃?xì)夤艿啦捎玫碾娊^緣裝置主要是傳統(tǒng)的絕緣法蘭。由于絕緣法蘭在安裝過程中必須砌筑法蘭井，還需進(jìn)行日常檢測(cè)維護(hù)、干燥處理，這對(duì)于城市埋地管線是非常麻煩和昂貴的。經(jīng)檢測(cè)，北京市燃?xì)夤艿郎鲜褂玫膸资捉^緣法蘭都基本失去絕緣效果。據(jù)我們分析，其主要原因是：絕緣法蘭的絕緣材料外露，吸水膨脹后，絕緣性能逐步下降;絕緣法蘭絕緣點(diǎn)多，必須在現(xiàn)場(chǎng)安裝，只要一處失效，整個(gè)絕緣法蘭就導(dǎo)通，完全失去絕緣作用。因此，我公司不得不將失效的絕緣法蘭更換為直埋式絕緣接頭。

采用整體型直埋絕緣接頭可以十分簡(jiǎn)單地解決上述所有問題。整體型直埋絕緣接頭在生產(chǎn)廠家預(yù)制好，兩端直接焊接在管道上即可;絕緣性能十分可靠;不需要砌法蘭井和日常檢測(cè)維護(hù)。

 

綜合國(guó)內(nèi)外絕緣接頭的各種性能指標(biāo)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)目前處于世界一流水平的是自放電免維護(hù)絕緣接頭。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是：絕緣性能高;內(nèi)置防雷擊、防爆、防靜電聚集的放電火花間隙;種類多樣(管徑從D20～D2 500;溫度范圍-40℃～300℃);抗彎曲和防震性能好;使用壽命長(zhǎng)(設(shè)計(jì)壽命50年)。這類產(chǎn)品在國(guó)外只有德國(guó)生產(chǎn)(獲歐洲專利)，在國(guó)內(nèi)，已由清華大學(xué)和北京永逸舒克防腐公司合作研發(fā)成功。高性能絕緣接頭實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化后，價(jià)格大幅度下降，供貨周期短，為城市燃?xì)夤艿榔占瓣帢O保護(hù)技術(shù)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.5 系統(tǒng)的調(diào)試

陰極保護(hù)系統(tǒng)在建設(shè)過程中利用絕緣接頭與非保護(hù)管道進(jìn)行電隔絕而成為獨(dú)立的電保護(hù)系統(tǒng)。每個(gè)獨(dú)立的陰極保護(hù)系統(tǒng)在建成后必須由有經(jīng)驗(yàn)的防腐工程師進(jìn)行認(rèn)真的檢測(cè)和調(diào)試。在調(diào)試過程中，注意察看恒電位儀、陽極等設(shè)備是否正常工作;保護(hù)電位是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求; 檢測(cè)絕緣接頭兩側(cè)的電位，驗(yàn)證絕緣接頭的效果; 通過繪制保護(hù)電位曲線圖，對(duì)異常部位要認(rèn)真找出漏電原因，及時(shí)采取措施。

4 陰極保護(hù)系統(tǒng)的檢測(cè)和維護(hù)管理

由于城市燃?xì)夤艿缹?shí)施陰極保護(hù)技術(shù)的歷史較短、數(shù)量較少、缺乏專業(yè)人才等原因，曾經(jīng)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的日常管理維護(hù)工作一直被忽視。自改革開放以來，我國(guó)城市面貌日新月異，新建橋梁、改造道路等市政工程難免對(duì)陰極保護(hù)實(shí)施造成毀壞，嚴(yán)重影響保護(hù)效果甚至破壞系統(tǒng)。因此，燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)系統(tǒng)作為燃?xì)庠O(shè)施的一部分必須納入到日常運(yùn)行管理，進(jìn)行定期檢測(cè)和維修維護(hù)。

為了提高陰極保護(hù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高管理水平，我國(guó)已開發(fā)出陰極保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集設(shè)備、遙控遙測(cè)設(shè)備和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)為城市燃?xì)怅帢O保護(hù)的檢測(cè)、分析和管理提供了良好的基礎(chǔ)。

5 城市新建燃?xì)夤芫W(wǎng)在陰極保護(hù)技術(shù)應(yīng)用上的建議

根據(jù)建設(shè)部2003年11月頒布的城市燃?xì)庠O(shè)施防腐標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)城市高中壓鋼質(zhì)燃?xì)夤艿篮虳200以上的鋼質(zhì)管道必須實(shí)施陰極保護(hù)措施的規(guī)定，可以預(yù)見陰極保護(hù)技術(shù)在城市燃?xì)庑袠I(yè)將得到充分應(yīng)用。我們作為多年從事防腐工作的專業(yè)技術(shù)人員，對(duì)該項(xiàng)工作提供以下建議，供燃?xì)庑袠I(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和同行參考。

(1)領(lǐng)導(dǎo)高度重視，技術(shù)人員積極參與。

(2)燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)和陰極保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)要同步。

(3)在役燃?xì)怃撡|(zhì)燃?xì)夤艿乐鞲删€應(yīng)有計(jì)劃地分期分批追加陰極保護(hù)措施。