新建埋地钢质燃气管道强制电流阴极保护设计
作者：高鹏 王亚平 康志刚 李志 张艳
评论： 更新日期：2012年08月19日
3.2 保护电流计算
强制电流阴极保护的保护电流按下列公式计算：
I=2I0=2πDipL (5)
式中I——保护电流，A
I0——单侧保护电流，A
3.3 辅助阳极接地电阻计算
在h＞＞d条件下，单支立式阳极接地电阻按下式计算：
式中Rv1——单支立式阳极接地电阻，Ω
La——阳极长度(含填料)，m
d——阳极直径(含填料)，m
h——辅助阳桉埋深(填料顶部距地表面)，m
在h＞＞La条件下，深埋式阳极接地电阻按下式计算：
式中Rv2——深埋式阳极接地电阻，Ω
在La＞＞h条件下，单支水平式阳极接地电阻按下式计算：
式中Rh——单支水平式阳极接地电阻，Ω
3.4 阳极组接地电阻的计算
阳极组接地电阻按下式计算：
式中Ra——阳极组接地电阻，Ω
F——修正系数，查SY/T 0036—2000规范中“图4.0.6”
Rv——单支阳极接地电阻，Ω
n——阳极数量，支
3.5 阳极质量的计算
阳极的质量应能满足阳极最小设计寿命的需要，按照下式计算：
式中m——阳极总质量，kg
t——辅助阳极设计寿命，a
g——辅助阳极消耗率，kg/(A·a)
K——辅助阳极利用系数，取0.70～0.85
3.6 电源功率的计算
强制电流阴极保护系统的电源功率按下列计算：
式中P——电源功率，W
U——电源设备的输出电压，V
η——电源效率，一般取0.7
Rl——导线电阻，Ω
Rc——阴极(管道)与土壤界面过渡电阻，Ω
Er——阳极地床的反电动势，V，焦炭填充时取2V
Re——防腐层过渡电阻，Ω·m
α——管道衰减因数，m-1
4 工程设计
4.1 阳极地床类型的选择
强制电流阴极保护按照辅助阳极地床的不同分为浅阳极地床和深阳极地床。对于城市周边的阴极保护站，只要地质条件允许，一般建议采用深阳极地床，以减少阴极保护电流对邻近埋地金属构筑物的影响，并减少征地范围，避免地床在运行中被破坏。
浅阳极地床一般适用于长输管道，或者地质条件不宜安装深阳极地床的地区；阳极区占地面积一般为100～150m2，埋深为2～5m，不容易产生气阻；施工比较简单，施工费用低；阳极一般为高硅铸铁阳极，价格便宜；但容易产生屏蔽问题，部分管道无法受到有效的阴极保护，并且对邻近埋地金属构筑物的影响非常大。
深阳极地床一般适用于城市内管网、长输管道、站场内密集管网和地表土壤电阻率高而地下土壤电阻率低的地区；阳极区占地面积一般为6～10m2。埋深为30～100m，如果施工不当，容易产生气阻；施工技术难度大，施工费用较高；阳极一般为高硅铸铁阳极、钛阳极(金属氧化物阳极)等，价格较高；屏蔽问题比浅阳极地床少，局部个别管段可能无法受到有效的阴极保护，对邻近埋地金属构筑物的影响较小。
4.2 阳极种类与规格的选择
常用的辅助阳极材料为高硅铸铁阳极和钛阳极(金属氧化物阳极)，建议在浅阳极地床系统中采用高硅铸铁阳极，深阳极地床系统中采用钛阳极(金属氧化物阳极)，阳极规格根据计算确定。
4.3 电源设备的选择
一般情况下选用整流器和恒电位仪。由于埋地管道的保护电流随时间变化很小并且很慢(以月为周期)，在国外多用整流器。恒电位仪具有恒保护电位与恒保护电流的功能，在国内发展很快，几乎占领了埋地管道阴极保护的整个领域[8]。根据实践经验，对于自然条件恶劣的地点，应选择整流器；在选择恒电位仪时，不必追求所谓的智能型、远控式等功能，因为目前对此没有统一的标准，这类仪器的可靠性需要实践的检验。由于许多天然气公司已经建立了SCADA系统，在选择恒电位仪时应考虑标准信号采集的要求。
4.4 测试系统
通过设计电流测试桩、电位测试桩、绝缘装置测试桩和埋地检查片来测试阴极保护系统的各项参数。一般按照每1km距离设计1处电位测试桩，每5～8km距离设计1处电流测试桩。在绝缘法兰(绝缘接头)处应设计绝缘装置测试桩，以检测绝缘效果。埋地检查片则用来评价阴极保护的保护度，可以考虑按照一定的管网规模安装1处埋地检查片，方便以后定期开挖检测。测试桩应设有长效埋地参比电极和与管道同材质的辅助试片。在实践中可以采用测试井来代替测试桩。
4.5 电绝缘装置
没有绝缘体就没有阴极保护[9]，管道的保护段与非保护段、管道与套管、管道与支架、管道与管桥之间应有可靠的电绝缘措施。可以通过设置绝缘法兰(绝缘接头)、聚乙烯垫块等手段达到绝缘的目的。其技术要求按照SY/T 0086—95《阴极保护管道的电绝缘标准》执行，应注意同时设计防雷电过电流保护设施(避雷器、接地电池等)。
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