1、前言
随着“西气东输”和“南水北调”工程的进展，我国市政管道建设步入新的高潮。在市政埋地管道中，钢质管道占有相当大的比例。管道埋入地下后直接与土壤接触，如腐蚀控制措施不当，就会产生管道穿孔泄漏或断裂。防腐设计作为腐蚀控制的基础，必须予以高度关注。受周边地下金属构筑物较多的环境制约，市政埋地管道阴极保护绝大多数采用牺牲阳极系统。与石油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成为阴极保护方案成败的关键所在。
由于历史原因，目前城镇埋地管道的防腐设计，尤其是阴极保护设计基本上完全照搬长输管道的做法。实际上，市政埋地管道与长输管道的周边环境有较大差别，必须在遵守阴极保护设计相关标准的基础上，根据城镇市政埋地管道的特点进行相应的调整，才能达到最佳效果。
2、测试桩结构的改进
牺牲阳极系统测试桩的样式国内尚无统一规定，目前可参照的样式标准是为常用于长输管道的外加电流系统制定的，该系统工作参数的采集与控制均由直流电源处统一处理，管线沿途测试桩仅用于测取保护电位。为便于野外寻找，其检测桩大多采用高出地面40厘米以上的水泥桩或钢管样式，且通常合并于里程桩上。
由于牺牲阳极系统每组阳极的工作参数都是相对独立的，因而《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范（SY/T0019）》要求其测试桩“应能提供被保护体的自然电位、阳极性能、保护电位的功能”，“牺牲阳极测试桩处应设有辅助试片，辅助试片应与被保护材质相同”。外加电流系统的电位测试桩显然无法满足牺牲阳极系统的要求，有必要进行改进。
根据市政埋地管道的具体应用环境，检测桩结构除应遵从规范要求外，还应满足下列要求：第一，安装后不影响路面交通，埋地管道很多位于市政道路下方，检测井应与地面基本平齐。第二，检测操作简便、可靠、全面，数据采集后可容易地恢复连接。第三，具有较好的防水密封性，可有效防止下雨或地面积水造成电接头长期浸在水中。第四，具有防损功能，不会被盲流人员拆盗。第五，检修时对周边环境的影响尽可能小。
测试桩内共有4个接线柱，其中2个各与1支阳极连接，1个与管道连接，工作时将2个阳极接线柱通过阳极紫铜片短接，构成阳极组，将管道接线柱通过管道紫铜片与阳极2接线柱短接，从而使得保护电流到达管道。另外1个接线柱与辅助试片连接，用于测试腐蚀电位，辅助试片是一块与埋地钢管材质相同的裸钢板。桩底有空余穿线孔（如仅装1支阳极或作为电位测试桩）时，可方便地将之用标准螺栓封闭。
3、阳极布局原则的调整
《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范（SY/T0019）》规定：“牺牲阳极在管道上的分布宜采用单支或集中成组两种方式”。由于长输管道通常在郊野，阴极保护大多采用经济和可调的外加电流系统，牺牲阳极仅作为管道建设期间的临时保护措施，或用于外加电源难以落实的荒野地段，无需考虑杂散电流的影响，故进行牺牲阳极保护设计时，为便于管理，往往采用数支阳极构成阳极组，以减少建设和运行工作量。设计上多为2至6支阳极成组，且阳极组间距通常为均布。
在城镇中直流电焊机、地铁等杂散电流源普遍存在，使得杂散电流腐蚀情况相当严重。埋地钢质管道在没有杂散电流时，腐蚀电池的驱动电位只有几百毫伏，所产生的腐蚀电流充其量不过是几十毫安。城镇土壤中的杂散电流腐蚀强度则不同，实测管地电位最大可达8～9伏，通过的电流可达几百安培。壁厚7～8毫米的钢管在杂散电流作用下2～3个月就能穿孔，因而杂散电流是城镇管道腐蚀的主要原因。对在役管道的开挖检测发现，许多腐蚀坑呈马蹄型并见金属光泽，剖面虽有起伏，但手感光滑，边缘也较清晰，腐蚀产物为黑色粉末状，无分层现象，就是典型的杂散电流腐蚀。
《埋地钢质管道直流排流保护技术标准（SY/T0017）》规定：“管地电位较自然电位正向偏移100毫伏或管道附近土壤中电位梯度大于2.5毫伏每米时，管道应及时采取排流保护措施。”对于城镇埋地管道，杂散电流腐蚀的发生往往是随机而变的，无论是电流方向，还是电流强度，都随外界电力设施的负载情况、地铁轨道的绝缘情况、管道的防腐层情况而变化。杂散电流源不能完全确定，就给杂散电流的排除带来很大困难，此时其他排流方式均难以使用，接地排流就成为最适宜的选择。
实际上，牺牲阳极除具有阴极防护作用外，还是很好的接地排流手段。该方式适用性强，施工简单，同时又比较安全，可以完全避免将杂散电流导入管道，是国内使用较多的排流方式，但该方式排流功率小，因而保护距离较短。从这个方面考虑，适当减少每组阳极的支数，以增加组数（即排流点数），不仅有利于阴极保护电流的分配，而且有利于排流效果的提高。
对于城镇管道阳极组的位置，应根据排流需要确定，而无须均布，在杂散电流强烈的区域，应以单支分列为宜。即使在杂散电流较弱的区域，考虑到未来可能的变化，在条件允许的情况下，每组也不宜超过2支。此外，城镇埋地管道周边地下金属构筑物较多的环境，也制约多支阳极埋设的空间，分散布置有利于组织施工。
需要注意的是，《埋地钢质管道直流排流保护技术标准（SY/T0017-96）》规定：“当采用接地排流方式时，辅助接地体（地床）的接地电阻值宜小于0.5欧姆。”这是针对长输管道而言的，其每组接地极要保护较长的管道。对于城镇管道，每组阳极要保护的管道较短，不必拘泥于限定，但仍应采取措施，尽可能降低接地电阻，以提高输出电流密度。
4、测试桩布局原则的调整
对于测试桩的布局原则，《埋地钢质管道牺牲阳极阴极保护设计规范（SY/T0019）》规定：“通常应在相临两组牺牲阳极管段的中间部位设置测试桩，桩的间距以不大于500米为宜”。这是由于长输管道为铺设在郊野的单管，周边环境相对均匀恒定，且杂散电流影响较小，故相临两组牺牲阳极管段的中间部位保护效果通常最差。此外，管道上阀门大多位于加压站内，站间距数十乃至上百公里，站外出地管件很少，许多管段上根本没有，故将测试桩设置在两组牺牲阳极的中间部位为宜。如果该处电位达到保护要求，可以认为整个管段均已达到要求。
考虑到城市燃气管道周边环境复杂多变，杂散电流干扰很普遍且严重，相临两组牺牲阳极管段的中间部位保护效果并不一定为最差。另外，城市燃气管道阀门、凝液缸及上升立管等出地管件密布，几乎每两组阳极间都有，甚至不止一处，管件间距通常仅数十米，电位检测应以出地管件处作为接点，用密间隔电位法取得沿线电位曲线，因而完全没有必要单设电位检测桩。另一方面，为监测各阳极工作状况，应使每支阳极都通过检测桩与管道连接，以便于出现问题时分析失效原因，对症整改。《埋地钢质管道直流排流保护技术标准（SY/T0017-96）》还规定：“当采用接地排流方式时，应采用可拆卸式连接。”检测桩的使用也恰好满足了该项要求。
