摘要：论述了新建埋地钢质燃气管道阴极保护方法的选择，强制电流法阴极保护设计主要参数的确定、工艺计算、工程设计注意事项及应用实例。
关键词：埋地钢质燃气管道；阴极保护；强制电流法；设计
Design of Impressed Current Cathodic Protection for New Buried Steel Gas Pipeline
GA0 Peng，WANG Ya-ping，KANG Zhi-gang，LI Zhi，ZHANG Yan
Abstract：The selection of cathodic protection methods for new buried steel gas pipeline，the determination of main design parameters for impressed current cathodic protection，the process calculation，the matters needing attention in engineering design and the application example are discussed.
Key words：buried steel gas pipeline；cathodic protection；impressed current；design
钢质燃气管道因发生电化学腐蚀往往对社会造成严重危害，实践证明控制管道腐蚀的主要方法是防腐层和阴极保护[1]。CJJ 95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》对城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制进行严格的技术规定，强制要求新建的高压、次高压、公称直径≥100mm的中压管道和公称直径≥200mm的低压管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制措施，管道运行期间阴极保护不应间断。
1 新建钢质燃气管道阴极保护方法选择
阴极保护技术有两种方法：强制电流法和牺牲阳极法。不论何种方法，合理有效的阴极保护系统都可以获得良好的保护效果，防止腐蚀产生危害。选择阴极保护方法时考虑的主要因素有：管道防腐层性能，工程规模，保护电流大小，环境条件，土壤电阻率，管网现状，交、直流干扰情况，有无经济方便的电源，工程造价等。
强制电流法的优点是[2]：输出电流连续可调；保护范围大；不受环境电阻率限制；工程越大越经济；保护装置寿命长。其缺点是：需要外部电源；对邻近金属构筑物干扰大；维护管理工作量大。
牺牲阳极法的优点是[2]：不需要外部电源；对邻近构筑物无干扰或干扰很小；投产调试后管理工作量小；工程越小越经济；保护电流分布均匀，利用率高。其缺点是：高电阻率环境下不宜使用；保护电流几乎不可调；防腐层质量必须好；投产调试工作复杂；消耗有色金属。
在城市燃气行业阴极保护中，强制电流法和牺牲阳极法都有广泛运用。长输管道一般采用强制电流法，市内管道一般采用牺牲阳极法。也有部分城市针对市内在役管道增加阴极保护项目时采用强制电流法为主，并辅以牺牲阳极法[3、4]。
新建燃气长输管道一般采用绝缘性能优良的3PE防腐层，需要的阴极保护电流比较小，在实践中一般采用强制电流法，其设计主要按照SY/T 0036—2000《埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范》进行。对于土壤电阻率特别高，不适宜采用牺牲阳极的地方，也建议采用强制电流法。
2 强制电流法设计主要参数的确定
2.1 土壤电阻率的测试
土壤电阻率的影响有两方面：阳极地床处的土壤电阻率决定辅助阳极的种类、规格、埋设位置；管道沿线的土壤电阻率影响电流密度的大小。
2.2 阴极保护电流密度的选择
影响保护电流密度参数的因素很多，主要有被保护管道的表面状况(防腐层类别及质量)、环境条件(如温度、介质状态、pH值、含盐量及种类、含氧量、微生物活动等)和被保护金属种类等。对不同类型的外防腐层和土壤介质，强制电流法阴极保护电流密度的选择在实践中差别较大。
有文献描述阴极保护电流密度与防腐层绝缘电阻有对应关系，可以用以下经验公式表达[2]：
式中ip——阴极保护电流密度，mA/m2
Rg——防腐层绝缘电阻，Ω·m2
也有文献描述阴极保护电流密度与土壤电阻率有关联，认为对埋设在以高电阻率、低腐蚀速率为特征的腐蚀性较小的土壤中的钢管，阴极保护所需要的电流密度要大大小于埋设于低电阻率、高腐蚀性土壤中的管道。将电流密度与土壤电阻率的关系用以下公式表达[5]：
lgip=-lgρ+1.54 (2)
式中ρ——土壤电阻率，Ω·m
在阴极保护实践中，对于新建管道的强制电流法电流密度选择一般根据不同的防腐层类型，选择范围为0.05～0.40mA/m2。建议在设计中可以按照表1选择电流密度。
表1 管道外防腐层类别与电流密度的选择
外防腐层类别 | 石油沥青 | 聚乙烯胶带 | 三层PE |
保护电流密度/(mA·m-2) | 0.30～0.40 | 0.10～0.20 | O.05～0.10 |
2.3 阴极保护效果判据
保护电位是表征阴极保护效果的重要指标，阴极保护系统的保护效果应达到下列指标之一[6]：
① 施加阴极保护后，使用铜-饱和硫酸铜参比电极(以下简称CSE参比电极)测得的极化电位至少应达到-850mV或更低。测量电位时，必须考虑除构筑物与电解质界面处之外的电压降影响。
② 采用断电法测得管道相对于CSE参比电极的极化电位应达到-850mV或更低。
③ 在阴极保护极化形成衰减时，测得被保护管道表面与接触土壤的、稳定的CSE参比电极之间的阴极极化电位差不应小于100mV。
④ 存在细菌腐蚀时，管道通电保护电位(相对于CSE参比电极)应低于或等于-950mV。
⑤ 在沙漠地区，管道通电保护电位(相对于CSE参比电极)应低于或等于-750mV。
对如何消除构筑物与电解质界面处之外的电压降影响，一般在测试中通过控制设备通电12s，断电3s来达到。有文献报道利用APM-1型智能测试仪，可以消除因测试技术的原因造成电压降对保护电位测试的影响[7]。
3 强制电流法阴极保护设计工艺计算[8]
3.1 保护长度计算
强制电流阴极保护的保护长度按下列公式计算：
式中L——保护长度，m
L0——单侧保护长度，m
△UL——最大保护电位与最小保护电位之差，V
D——管道外径，m
ip——保护电流密度，A/m2
Rt——单位长度管道纵向电阻，Ω/m
ρT——钢管电阻率，Ω·m2/m
炼油装置中管道硫化氢腐蚀及防护
长输燃气管道的安全保护距离
