天然气管道深井阳极地床设计施工注意事项

天然气管道阳极地床

设

计

与

施

工

河南邦信防腐材料有限公司

2020年7月

辅助阳极地床作为强制电流阴极保护的主要组成部分，其设计和施工决定了地床的接地电阻并最终影响了保护效果。本文以支线天然气管道阳极地床的设计和施工为课题，对阳极地床设计和施工中须注意的事项进行深入的探讨。

目前强制电流阴极保护法作为防止和缓解金属腐蚀的有效方法，已在天然气等长输埋地钢制管道中广泛应用。但由于人们对阴极保护中的阳极地床重视不足，施工措施不规范导致辅助阳极接地偏高，影响了埋地管道的阴极保护效果。因此对阳极地床设计和施工中的注意事项进行重点归纳，可以有效规范阳极地床的设计和施工。

1 外加电流阴极保护法原理[1]

外加电流阴极保护系统主要由电源设备、辅助阳极、被保护管道、附属设施四部分组成。辅助阳极作为保护系统中的重要组成部分，当电源设备正极输出的保护电流经土壤流入被保护管道，再由管道流入保护设备负极形成一个电解池回路。辅助阳极在正极进行氧化反应，不断失去电子遭受腐蚀，而受保护的金属管道在负极进行还原环反应，不断得到电子，使管道金属表面阴极极化，防止了腐蚀发生。

2 支线工程概况

支线天然气管道全长约52公里，管径φ355.6，材质为L360高频直缝电阻焊钢管。管道起点为分输站，终点为末站。根据设计要求管道采用加强级三层PE防腐层，全线采用外加电流阴极保护法，辅助阳极地床及保护系统设置在站一侧。

3 阳极地床设计

3.1 地质勘察及地床定位

30A/60V二合一恒电位仪安装

辅助阳极与管道距离愈远电流分布愈均匀，但过远会增加引线上的电压降和投资，因此辅助阳极的距离和埋设方式应根据现场情况选定。地床位置确定原则[1]：（1）地下水位较高

或潮湿低洼处。（2）土壤电阻率50 Ω·m以下的地点。（3）土层厚，无石块，便于施工处。（4）阳极与管线之间不得有其它管线或金属设施。

现场地质勘探取样后，站周围的地质条件是地表以下依次土层、强风化和中分化岩石层，且土壤电阻率为13.8～116.9 Ω·m。根据地床位置确定原则，本工程阳极地床确定位于距场站工艺区及进出站管线50 m处的相对土层较厚，且土壤电阻率相对较低的空地。

3.2 地床类型选择

阳极地床一般可分深井式和浅埋式[2]。

深井式：地表土壤电阻率高或地下管网等构筑物较集中区域，分浅深井（20～40 m）、中深井（50～100 m）、深井（>100 m）。优点：接地电阻小、占地少、寿命长，缺点：施工复杂、造价高。

浅埋式：地表土壤电阻率较低或地下钢铁构筑物不密集区域，埋入距地表1～5 m土层，分为立式和水平式。优点：接地电阻变化小；施工费低、维护方便。缺点：占地大、开挖、回填量大。

根据门站周围管网密集程度及土质状况的具体特点，为避免对周围管道产生直流干扰及降低阳极地床接地电阻，地床方式设计为一口深度50 m的深井阳极。

3.3 地床材质要求

本工程采用工厂预制式深井阳极体，阳极组合体用外径为219 mm，长6 m的钢套管做成。每组阳极体内串接有3支直径25 mm×1000 mm，表面覆盖贵金属氧化膜（氧化铱和氧化钽（IrO/TaO））组成的钛镀贵金属氧化物阳极。具体参数请咨询河南邦信防腐材料有限公司，阳极体在工厂预先封装，贵金属氧化物阳极周围应填充高纯度、低阻抗碳素填料。电缆在阳极筒内连接，接触电阻<0.05 Ω。

预包装深井阳极BX-D-219*6000

4 阳极地床施工及注意事项

4.1 地床布置形式调整

根据设计方案，施工队在钻至11 m井深时，出现钻头卡井、钻杆变形情况。在排除非人为误操作后，经现场分析确定受地质坚硬、电阻率高的中风化岩层阻碍，无法下钻至设计深度50 m。考虑中风化岩石层的电阻率较高，会引起阳极地床的接地电阻偏高，可能导致保护电位和保护电流达不到设计要求，从而降低对管道的保护效果。经设计同意后，施工时

将一口50 m深井调整为5口11 m垂直布置的浅埋式阳极井，每口井内安装一组预制式阳极体，预制的阳极体的具体要求不变，采用并联连接。

4.2 阳极地床施工

阳极接线箱汇流箱施工

4.2.1 进场验收[3]

阳极体到场后先进行外观检查，确定外观完好、阳极体两端封堵较严密、焦炭粒填装密实。钢套管分段预制阳极体应有和井深相适应的电缆，电缆型号必须与设计值一致，并且有排气管伸出阳极体等，在完成进场验收并确认合格后方可下井安装。

4.2.2 阳极制作及安装

分段预制的结构和组合组装工艺的阳极，必须控制单段的装配尺寸精度、填料的密实度、排气管及贵金属氧化物阳极的固定定位及保护阳极表面氧化物烧结层等关键工艺，以保证阳极体质量。施工现场的阳极下井就位安装主要是注意按顺序吊装、套管间螺栓紧固和上部排气管与阳极引出线的安装工作。

4.2.3 填料及回填要求

为降低阳极地床电阻，填料必须采用导电性能良好的高纯度低阻抗碳素（直径小于 5 mm）。其主要性能指标：含碳量>90%、电阻率<0.01 Ω·cm。当阳极体吊装至预定深度后，

用低阻抗碳素填料应将贵金属氧化物阳极与井壁之间紧密填充。

4.2.4 气阻问题

气阻也是导致阳极报废的主要原因，在工厂分段预制的阳极体应安装专门的排气管，并保证各组间及与上部排气管定位准、现场连接方便可靠。封装时应将排气管引出，排气通畅，防止气阻的发生。

工厂预制预包装深井阳极的吊装

5 阳极地床接地电阻测试及保护效果

阳极施工完成后，用接地电阻测试仪对5个浅埋式阳极体的并联接地电阻进行测试，测试电阻小于3 Ω。后期调试中采用型号BX-HDW恒电位仪（输出电压40 V，输出电流20 A）进行调试，实测参数：管道汇流点电位-1.19 V，管道最小保护电位-0.95 V。设计值：管道汇流点电位-1.15 V，管道最小保护电位-1.15V～-0.85 V，结果证明实测参数达到设计要求。

6 结语

综上所述，在熟悉设计规范要求的基础上，根据实际地质情况合理设计阳极地床位置和类型，正确选择阳极体和填料的材质，并对施工中的进场验收、安装施工、填料回填等环节

严格把关和处理，可以有效的防止阳极地床接地电阻偏高，使后期阴保系统运行参数达到理想效果。

更多技术问题请咨询河南邦信防腐材料有限公司。