1 概述

天然氣廠站内埋地敷設的工藝鋼質管道（以下簡稱工藝管道），普遍采用具備防腐、絕緣性能的3PE防腐層防腐保護。依據現行的國家和行業标準規範，埋地敷設的工藝管道應采用防腐層輔以陰極保護的腐蝕控制系統。由于廠站區域及工程投資額度等條件的限制，部分産權方或建設方要求陰極保護設計單位采用犧牲陽極的陰極保護［1-2］，認為其經濟性和實施便捷性最優。

本文通過以某天然氣廠站内工藝管道采用犧牲陽極的陰極保護方案為例，進行設計計算，探讨方案的可行性。

2 項目概況

廣東省某城市天然氣調壓計量站站區一期工程占地約70 m×80 m，工藝裝置區占地約12 m×34 m，預留工藝裝置區占地約8 m×20 m，工藝放散管區占地約3 m×3 m，輔助用房占地約6.6 m×33 m。二期工程預留占地約40 m×85 m。

站區内需進行陰極保護的工藝管道采用3PE防腐層防腐保護，其他埋地敷設的管道均為非金屬管道。站區内外工藝管道均設置絕緣接頭。站區内埋地敷設的金屬物為建構築物基礎内鋼筋（接地系統的組成部分）、防雷裝置及供配電系統接地、設備裝置安全保護接地系統（建築工程用熱鍍鋅鋼質材料）。

依據現行國家标準規範及受工程實施條件的限制，需進行陰極保護的工藝管道無法與其他金屬物進行電絕緣。特别說明，防雷裝置、供配電系統接地、設備裝置安全保護接地等與接地體必須直接可靠聯結。站區需進行陰極保護的工藝管道采用犧牲陽極的陰極保護方式。

3 陰極保護設計的主要依據

GB/T 21448—2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規範》（以下簡稱GB/T 21448—2008）第4.2.1.1款規定：陰極保護管道應與公共或場區接地系統電絕緣，經測試确認所提供的管道保護電流足以抵消其接地系統造成的電流損失時除外。

依據上述規定，設計單位在進行陰極保護設計時，應計及接地系統造成的電流損失。

4 陰極保護設計計算

①陰極保護設計計算依據

陰極保護設計計算依據GB/T 21448—2008附錄A。

②工藝管道敷設土壤電阻率

工藝管道敷設深度約為1.3 m，土壤深度為2 m的土壤電阻率設計取值為110Ω·m。

③接地系統接地電阻

依據本工程電氣專業設計要求，接地系統接地電阻不大于1 Ω，因此本站接地系統接地電阻設計為1 Ω。

④保護電流密度

a. 工藝管道保護電流密度

工藝管道所需保護電流密度取值為0.01 mA/m2。

b.建構築物基礎内鋼筋保護電流密度

有研究者指出将保護電流密度（鋼表面）限定為20 mA/m2之内，以避免鋼與混凝土之間黏合力可能降低，通常電流密度在1～15 mA/m2範圍内［3］277。有研究者指出對于氯化物嚴重污染的環境，鋼筋上的電流密度應在1～2 mA/m2［4］208，不過BS标準（英國标準學會）給出的鋼筋所需保護電流密度是5～20 mA/m2，這可能是初期極化期間要有足夠的大的電流的緣故。

依據上述文獻，本工程鋼筋所需保護電流密度取值為2 mA/m2。

c.接地系統保護電流密度

有研究者指出埋地套管、接地極在無覆蓋層的條件下，其保護電流密度在10～100 mA/m2［4］59。建築工程用熱鍍鋅鋼質材料的熱鍍鋅層較薄，且施工時破損較多，因此其保護電流密度取值為20 mA/m2。

⑤需陰極保護的金屬物表面積統計

a.工藝管道表面積

工藝管道表面積統計見表1。工藝管道總長度為660.3 m，總表面積為713.44 m2。

表1 工藝管道表面積統計

b.建構築物基礎内鋼筋表面積

建構築物基礎内鋼筋表面積統計見表2（表中僅為輔助用房基礎内鋼筋約略統計，實際表面積大于此值。其他建構築物基礎内鋼筋本次計算暫不統計）。建構築物基礎内鋼筋總表面積為477.44 m2。

表2 建構築物基礎内鋼筋表面積統計

c.接地系統表面積

接地系統表面積統計見表3（表中僅為一期工程實施部分統計）。接地系統總表面積為42.24 m2。

表3 接地系統表面積統計

⑥需要的陰極保護電流

得出工藝管道、建構築物基礎内鋼筋、接地系統所需的保護電流分别為0.007 A、0.955 A、0.845 A。

⑦犧牲陽極組輸出電流

選用22 kg棒狀鎂合金陽極，兩支一組，組内陽極間距2 m，采用立式埋設方式。

a.單支立式犧牲陽極接地電阻的計算

b.犧牲陽極組接地電阻

c.犧牲陽極組輸出電流

犧牲陽極組輸出電流的計算見式（5）：

根據電氣專業要求，站内接地系統接地電阻為1 Ω，因此陰極過渡電阻近似取1Ω。由式（5）得出犧牲陽極組輸出電流為0.028 A。

⑧所需犧牲陽極組數

所需犧牲陽極組數的計算見式（6）：

計算得出所需犧牲陽極組數為194組。

5 結論與建議

本文的案例計算是在條件很有利的狀況下計算的。工藝管道需要的保護電流為0.007 A，僅需一支陽極即可，工藝管道需要的保護電流僅占總保護電流的0.4%，犧牲陽極提供的保護電流有99.6%消耗在基礎内鋼筋和接地系統上。另外，一組陽極埋設約需要1 m×2 m的區域，194組陽極埋設需要的區域本廠站很難提供。根據概算專業按定額提供的數據，敷設單支陽極的費用約為1 200 元，總費用約為46.56×104 元。

根據本文的分析，現提出以下建議。

①相關标準規範修訂時，應充分考慮工程實施的必要性、經濟性等因素。

②産權方或建設方應與設計單位充分協調，盡可能采用先期設計實施，經測試後再完善設計實施的方式，共同确定可行的陰極保護實施方案。

③在必要性、經濟及地域條件許可時，可采用柔性陽極等外加電流的陰極保護方式。

④注重工藝管道外防腐的質量，減少工藝管道外腐蝕的發生。

參考文獻：

［1］王亞平，康志剛，孫權，等. 埋地鋼質燃氣管道犧牲陽極陰極保護設計［J］. 煤氣與熱力，2008，28（1）：B13-B17.

［2］馬長福，楊印臣. 犧牲陽極是否導緻3PE防腐層陰極剝離的探讨［J］. 煤氣與熱力，2010，30（8）：B01-B02.

［3］貝克曼W V，施文克W，普林茲W. 陰極保護手冊［M］. 胡士信，王向良，譯. 北京：化學工業出版社，2005.

［4］胡士信. 陰極保護工程手冊［M］. 北京：化學工業出版社，1999.

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