天然气长输管道阴极保护系统设计与优化研究

天然气长输管道阴极保护系统设计与优化研究

熊文  许永锋

国家石油天然气管网集团有限公司华中分公司

摘要：进入二十一世纪，随着时代的发展和进步，人们生活水平提升，对石油天然气等能源需求量增加。近年来，我国天然气应用日益广泛，长输管道施工量日益增加，天然气长输管道的施工质量对管道安全高效运输具有重要意义，因此.，在施工中需要严格对施工质量进行管理。天然气作为一种清洁、高效的能源形式，其开发和利用越来越受到各国的重视。长输管道是天然气输送的主要方式，然而，其运营过程中面临着多种风险和挑战。其中，金属管道的腐蚀问题尤为突出，不仅影响管道的安全运行，还可能引发严重的环境和经济问题。为了应对这一问题，阴极保护技术被广泛应用于金属管道的防腐保护中。

关键词：天然气长输管道；阴极保护系统；设计；优化

引言

随着社会对天然气的需求日益增长，长输天然气管道的安全防范和安全生产运行显得尤为重要。由于管道跨越广阔的地理区域，存在各种潜在的安全风险，如管道腐蚀、泄漏、恐怖袭击等，安全生产运行也面临诸多挑战，如设备老化、人为误操作等。这些都可能引发重大安全事故，对人民生命财产安全构成威胁。

1阴极保护系统设计

相对管道干线采用三层聚乙烯涂层（3LPE），国内部分天然气站场管道和设备采用无溶剂环氧涂层现场涂装方式，防腐层质量不能完全保证。该产品在潮湿环境中易产生破损和漏点，造成严重的局部点蚀，也是造成天然气站场阴极保护电流输出较高的重要原因。天然气站场接地系统除设备防雷接地，还包括厂房、建筑的混凝土钢筋网，大部分保护电流在此流失，也是造成阴极保护电流几十安甚至一百安的原因。

结合国内天然气管道工程实践，降低阴极保护电流的可行措施是保证管道涂层完整性，定期检测维修破损点；接地系统与阴极保护系统隔离，接地装置采用镀锌扁钢，定期检查接地装置锈蚀状况。天然气站场阴极保护设计中一项重要参数是电流密度。行业标准SY/T0088-2016《钢质储罐罐底外壁阴极保护技术标准》规定输油站或油库区域性阴极保护电流密度为5mA/m2～10mA/m2。但针对天然气站场阴极保护电流密度缺少规定，建议新建天然气站场设计中该数值选取应考虑土壤类型、电阻率、含水量、含氧量，以及深井阳极型式、工艺管道防腐层状况等因素合理选取，并对站内接地系统电流流失情况进行评估，必要时进行馈电试验、建立临时阳极地床、计算结构对地电阻，估算天然气站场阴极保护电流量级，合理选择阴极保护电流密度参数。

2优化措施

2.1降低阳极接地电阻

通过改进阳极材料、增加阳极数量或优化阳极布局等方式降低阳极接地电阻提高阴极保护效果。具体而言可以选用导电性能更好的材料作为阳极以提高电流的传递效率。同时可以考虑采用分布式阳极系统以减小接地电阻并提高电流分布的均匀性。

2.2提升监管效能

加强公众意识与宣传。在天然气管道领域，强化公众的安全意识至关重要。天然气管道企业应定期进行广泛的宣传工作，帮助当地社区居民充分认识到管道安全运行对于他们生活和社区的意义。这种宣传的效果是双重的，一方面，它可以使居民了解如何在日常生活中避免破坏管道的行为，增强他们的安全意识。另一方面，它还鼓励居民积极举报危害管道安全的行为以及及时上报管道受损情况。在偏远地区，可以开展沿线信息传播，以弥补检修人员不足的问题，并构建更加完善的管理体系。在实际宣传方面，应采用多样化的方式，充分利用信息技术，以扩大宣传范围，更深入地进行安全教育。强化管道建设工程监管。管道施工质量的不达标直接威胁到天然气长输管道的安全运行，因此，天然气管道企业需要高度重视施工管理，以降低潜在的安全隐患。只有在企业高度关注下，才能确保长输管道的正常投入使用，满足人们的能源需求，也有减少后期维护所需的成本及企业维护自身利益。在管道施工方面，应树立精益化管理理念，注重施工过程的细节，以进一步提高管道的实际质量。例如，在管道埋设方面，应严格按照标准要求检查管道材质和质量是否符合要求，检查管道外部是否存在破损或凹陷等问题。管道下方不应存在尖锐的石块，而应提前设置警示牌，以确保管道施工质量，从而保障长输管道的安全运行。

2.3构建天然气长输管道的完整性管理系统

利用计算机信息技术可以构建天然气长输管道完整性管理系统，这个信息化管理平台可以通过数据库将天然气管道的参数、信息、数据、技术资料、流程业务办理、统计分析等进行采集分析，并利用管理系统将管道的风险、灾害、腐蚀风险、管道防护、维护、抢修、泄漏预警高风险区识别、风险评价、完整性评价等进行后处理分析，在此基础上提出管理方法，实现完整性管理的目标。结合当前真实情况，运用物联网、云计算、人工智能和大数据技术构建管道完整性管理系统，这样可以有效实现对管道全面在线实时监测。

2.4利用缓蚀药剂提高腐蚀性

缓蚀剂是通过一定的化学手段完成对管道金属材质部分的防护处理，金属管道防腐中采用的缓蚀剂有多种，这些缓蚀剂的特点和作用情况有很大的差别，要根据不同的需求选择种类。管道在发生腐蚀过程中会出现不同的种类与情况，这些情况都会影响腐蚀剂的作用效果。如果选择的不合适，腐蚀剂不但不能产生作用还会产生负面作用，所以在选择使用缓蚀剂之前要充分调研，充分研究腐蚀类型和做好准备工作。缓蚀剂的使用剂量要通过科学合理的分析确定，一般需要依据长输管道内部输送介质的特性差异，通过分析获得缓蚀剂合适的使用剂量，这样既可以使缓蚀剂发挥出效用，也能够防止缓蚀剂使用过量情况的发生。

2.5环保材料替代

研究和开发环保型阳极材料和涂层材料，替代传统的铅、锌等阳极材料和有毒涂层材料。可以关注生物可降解材料、环保型金属氧化物等新型材料的研究进展，推动其在阴极保护系统中的应用。

2.6构建高效完整的事故应急维修系统

天然气长输管道安全管理系统主要以预防措施为主，事故应急救援辅助，但是不可轻视事故应急维修的重要性，应急维修措施是在事故发生后将损失降低的主要手段。构建事故应急维修系统要基于天然气长输管道的实际运行状况，首先构建事故应急维修管理的规章制度和组织框架，其次构建事故应急维修抢险的专业队伍，再构建事故应急维修的预案和各种突发事故的处理办法，最后应急维修要进行定期的培训和演练，构建完整的应急维修管理系统，对天然气长输管道突发事故的维修抢修进行及时高效的处理，保证长输管道可持续安全稳定的生产运行。

结束语

总之，通过对天然气长输管道阴极保护系统的设计与优化进行深入研究，可以得出以下结论：本次研究所采用的阴极保护系统设计方案，包括保护电位确定、阳极类型和数量选择、电流密度设计以及自动化控制系统设计，能够有效地满足天然气长输管道的防腐蚀需求，确保管道的安全运行。

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