《 城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》 ( 以下简称规程)的正式实施，标志着阴极保护在我国城镇燃气行业进入新的阶段，规程不仅将阴极保护从自愿实施改为强制实施，还规定了具体的效果要求。受周边地下金属构筑物较多的环境制约，城镇燃气管道阴极保护绝大多数采用牺牲阳极法。 与石油天然气长输管道的外加电流系统不同， 牺牲阳极系统施工后基本无法调整， 所以设计合理与否就直接关系到阴极保护的成败。由于我国城镇燃气管道的阴极保护尚处于起步阶段， 目前设计所需环境参数的测试基本上参照石油行业的做法。 实际上， 城镇燃气输配管道与长输管道的周边环境有较大差别，必须对影响设计的环境参数 ( 土壤电阻率、细菌腐蚀可能性)的测试方法进行相应改进， 才能使阴极保护效果达到规程的要求。

1 土壤电阻率的测试

1.1现行测试方法的不足

      土壤电阻率是影响设计的最重要参数， 它直接决定阳极品种、规格和布局等，因而其测试值准确与否直接关系到阴极保护的效果。《 埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》 ( — )规定， 土壤电阻率测试优先采用等距四极法。 测量时将接地电阻测量仪的根电极以间距等距离排成一条直线，垂直打入地表层，见图。摇动直流发电机， 通过两个电流极 、 在土壤中形成电流场， 测试回路的电流密度和两个电位极 、 之间的电位差，根据欧姆定律可计算两支电位极之间的土壤电阻。检测仪器为接地电阻测量仪，相邻电极间距取管道中心线设计埋深。 虽然测试是在地表进行， 但当电流极的入土深度小于 d/ 20 时，可以看成为球形电极。如果土壤性质均匀，两个电位极 C、D 之间的土壤电阻率即等于从地表至埋深 d 处的平均土壤电阻率。按施隆贝格公式计算出两个电位极 C、D 之间的土壤电阻率，进行地温修正后得到设计所需参数值。其中 ρ为土壤电阻率(单位为 Ω·m) ，d为相邻电极间距( 单位为 m)， R 为土壤电阻(单位为 Ω)。

　　对位于郊野的长输管道，周边土壤大多为原状土，地表与地下土壤性质差别很小，通常测取地表至管道中心线埋深处的土壤电阻率，即可作为设计依据，不会产生太大偏差。对于城镇燃气管道，地表土壤大多为回填土，至少经夯填处理形成硬壳，甚至为水泥或沥青路面。如果照搬长输管道的做法，由于地表与地下土壤性质差别较大，导致所得结果根本不能代表管道埋深处土壤的性质。此外，城镇地表土壤含水量和温度变化远大于郊野，导致土壤电阻率测试值大幅度振荡。实测数据表明，暴雨或绿化浇灌前后，同一地点所测土壤电阻率值最大相差 3倍以上。按照《 输油气管道岩土工 程 勘 察 规 范》( SY / T 0053—97)判定，其腐蚀性甚至可以跨越强、中、弱 3 个等级，因此必须采取相应措施消除误差。

1.2改进的措施

设σ为地表硬壳厚度(单位为 m)，一般情况取 σ = 0. 3 m，对水泥或沥青路面可取 σ = 0. 6 m， h为设计管底埋深(单位为 m)，且 h>σ 。对于不均匀土壤，应分别测取地表至 σ 深度的土壤电阻 Rl、地表至h深度的土壤电阻 R2，通过计算得到埋深之间的土壤电阻率，作为设计依据。计算公式如下：

　  ρ₃=2πR_l R₂（h-σ）/（R₂- R_l）

　　式中 ρ3———埋深 σ ~ h 的土壤电阻率，Ω·m

　　Rl———地表至 σ深度的土壤电阻，Ω

　　R2———地表至h深度的土壤电阻，Ω

　　由于建设后管道和阳极均处于 σ ~ h深度内，以ρ3 作为设计依据，可以很好消除地表硬壳的影响，测试值稳定且重现性好，基本不受地表雨水和绿化浇灌的影响。

2细菌腐蚀可能性的判断

2.1现行判断方法的不足

阴极保护设计时最小保护电位的确定，依照规程须根据土壤中细菌腐蚀可能性的大小，在- 0. 95 ~ - 0. 75 V 范围内取值。《钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范》SY 0007—99 规定：当土壤或水中含有硫酸盐还原菌，且硫酸根含量大于0. 5%时，通电后对地电位应达到 - 0. 95 V 或更低。细菌腐蚀是指有土壤中细菌( 硫酸盐还原菌)参加或促进的腐蚀。细菌能将土壤中的可溶性硫酸盐转化为硫化氢，硫化氢一方面腐蚀钢管，生成硫化亚铁;另一方面抑制腐蚀电池阴极的极化，促进了电化学腐蚀过程的进行。在硫酸盐还原菌作用下，可发生反应： 

4Fe＋SO₄^2-＋4H₂O=FeS＋2OH^-＋3Fe（OH）₂

对于是否存在细菌腐蚀的判定方法，规程和其他标准都没有明确规定，传统上采用氧化还原电位标准值判定。氧化还原电位测定采用铂电极，以饱和甘汞电极作参比电极。测试前铂电极必须进行彻底去极化脱膜处理，否则可能导致结果失真且很难被发现，处理过程复杂，需要由有较高化工专业知识的技术人员完成。测试时把铂电极插入待测土壤中40 ~ 50 mm，然后在距离 30 mm 外插入饱和甘汞电极，深度相同。将铂电极与酸度计正端相接，甘汞电极与酸度计负端相接，稳定 2 min 后由酸度计读出电位差，经地温、pH 值等一系列复杂修正，才能算得氧化还原电位标准值。

整个测试过程对测试设备及人员的要求均较高。另外，为保证测试值具有代表性，规定用 5支铂电极对 l 支参比电极同时测定，对读值接近的 3 支的读数取算术平均值，作为最终读数。由于城镇土壤中通常有强烈的杂散电流，导致实际操作中有时几支铂电极的读数呈离散状态且不断漂移，很难确定准确读数。

2.2改进的措施

实际上，氧化还原电位是反映土壤中各种氧化还原反应动态平衡的综合指标， 主要影响因素是土壤通气情况、有机质和盐基状况。 氧化还原电位高，表明土壤性质不适合细菌活动，即使有硫酸盐还原菌存在，也不会导致细菌腐蚀发生; 氧化还原电位低，只是表明土壤性质适合细菌活动，至于是否发生细菌腐蚀，还要看土壤中是否有硫酸盐还原菌存在，以及是否有足够的硫酸根供其还原。因而氧化还原电位只是判断细菌腐蚀可能性的间接指标。

我国的土壤腐蚀研究结果表明：滨海盐土、潮土及红壤等土壤，基本上都不会出现明显的细菌腐蚀，仅在沼泽、水稻田、森林土中可能发生细菌腐蚀。考虑到城镇土壤很少符合细菌腐蚀的条件，我们认为可以先进行简单判断， 确有必要时再进行详细的专项检测。

文献表明，硫酸盐还原菌在值为的范围内才具有较大活性 。另外，发生细菌腐蚀的前提是土壤中有足够的硫酸根离子， 值在此范围外或没有足够的硫酸根离子时，即使土壤中有硫酸盐还原菌存在， 细菌腐蚀等级也为 “弱”或以下，不影响最小保护电位的确定。

据此，建议按照操作难易程度，确定细菌腐蚀可能性的检测程序为： 先进行土壤值检测， 当值超出规定范围时， 按无细菌腐蚀设计。 否则再进行硫酸根离子比色检测，其含量小于时也将细菌腐蚀等级直接判为“弱”， 设计时不予考虑。这两项操作很简单， 且不会受杂散电流的影响。只有当值及硫酸根离子浓度都符合产生细菌腐蚀的条件时，才由专业机构进行氧化还原电位检测和细菌培养，确认存在细菌腐蚀的可能性大小。这样既可以减少测试工作量，又能够提高可靠度。

结论

（1）改进后的土壤电阻率测试方法，可以很好消除地表硬壳的影响， 较为准确地反映了阳极电流通道的实际情况，使得阴极保护效果得到有效保证。

（2）改进后的细菌腐蚀可能性判断方法，按照从易到难的程序分步进行。 通过简单的值和硫酸根离子检测，省去了不必要的检测工作量;对确实存在细菌腐蚀可能性的样品，进行详细的专业检测分级。