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阴极保护技术在长输管道防腐中的设计及管理

  1 前 言

  目前,我国的石油、燃气资源的输送主要依靠长距离埋地管道来实现,由于长输管道均采用埋地方式敷设,穿越地形、地段复杂,土壤性质各异,对管道存在着不同程度的腐蚀,如果能应用现代腐蚀理论和防腐技术,腐蚀造成的经济损失可以降低25%~30% 。这些管道埋设于地下,长期受到外部土壤和内部介质的强烈腐蚀而经常发生腐蚀泄漏事故,常常导致管道设备非计划性检修、更换和停产,造成了巨大的直接和间接的经济损失。埋地管线的腐蚀原因主要有:土壤腐蚀、大气腐蚀和生物腐蚀3种。但是管道防腐层在生产、运输、施工中无法保证不受到任何损坏。另外,不可能将管道与腐蚀环境、介质完全隔离。而且用于防腐绝缘层的各种材料,都不同程度地具备吸水和透气性,埋地后在土壤溶液作用下,管道防护层由于埋地时间长久而出现老化、发脆、剥离、脱落。因此,单纯地对埋地钢管采用防腐涂层的防护办法不能有效解决地埋管道腐蚀问题。采用管道外防腐绝缘层与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防蚀措施。

  2 阴极保护系统设计

  2.1 阴极保护方法

  埋在土壤中的金属管道由于各种原因管道表面将出现阳极区和阴极区,并在阳极区发生局部腐蚀。阴极保护是指将被保护金属口煤气管道进行阴极极化,使电位负移到金属表面阳极的平衡电位,消除其化学不均匀性所引起的腐蚀电池,使金属免遭环境介质( 如土壤)的腐蚀,即用辅助阳极牺牲阳极材料的腐蚀来代替被保护管道、设备的腐蚀,从而达到延长被保护管道的使用寿命,提高其安全性和经济性的目的。使用阴极保护时,被保护的金属管道应有良好的防腐绝缘层,以降低阴极保护的费用。阴极保护技术根据保护电流的供给方式,可分为牺牲阳极法和强制电流法两种保护方法。采用牺牲阳极法的主要优点有:无需外部电源、对外界干扰少、安装维护费用低、无需征地或占用其它建构筑物、保护电流利用率高等,因此特别适合于区域范围较小的埋地钢管腐蚀。强制电流法则有:保护范围大、适合范围广、激励电势及输出电流高、综合费用低等优点,故适合用于长输管线的防腐。

  2.2 设计要点

  (1) 接地电池的设置。

  电绝缘可将保护电流限定在一定的范围内,避免相互间的干扰 。为了防止绝缘设备遭受雷击及静电火花引起的破坏,在所有安装绝缘设备处各安装一副接地电池。接地电池安装前必须进行检查,在地下水丰富充足的地方,接地电池容易出现失效、短接的现象。

  ( 2) 杂散电流的预防措施。

  杂散电流能使地下管道产生强烈的电化学腐蚀。我国的行业标准规定,管道附近土壤中电位梯度大于0 .5m V / m 时认为有干扰的可能,当电位梯度大于2.5m V / m 时应考虑采取防护措施。当管道在杂散电流处有1 cm 2 的防腐层破损,且此处有lm A 的杂散电流流出时,该处的腐蚀速度将达到lm m /月。在杂散电流干扰严重的地区,可以通过设置排流锌阳极组来减少杂散电流对管道的腐蚀和干扰 。

  ( 3) 穿跨越处的特殊保护 。

  公路和铁路穿越工程,由于承重,需要加设保护套管。理想的套管穿越,是主管道和套管之间两端用软性材料密封和中间安装绝缘支架,管道应与套管保持较好的电绝缘。但在实际工程中,很难做到这一点,出现没有阴极保护电流穿过套管壁流向套管内主管道表面,使得位于套管内的主管道处于自由腐蚀状态,而套管则得到很好保护。因此在套管内设计安装带状锌阳极保护,在管道上开凿一个合适的焊点,采用铝热焊方式把它焊接到管道上 ,焊点之间用捆扎胶带固定,每个焊点都要做好防腐处理。带状阳极、输气管道和套管及支撑间,严禁有任何的电接触。

  2. 3 阴极保护设计方案

  A 地一B地管道沿线土壤电阻率变化大,沿线几处高压输电线路接地与管道距离较近,经过双参比电极法测试,杂散电流干扰严重,管道沿线必须采取锌阳极排流并做为牺牲阳极使用。

  (1)牺牲阳极设计

  根据工程的实际情况,A 地—B地全线共设置阴极保护站两个,分别是首站A 地和末站B地。管道在穿越段设置带状锌阳极保护,沿线采用牺牲阳极即起到辅助保护,又可以排除管道上杂散电流和静电。外加电流阴极保护系统主要由3个组成部分 :极化电源、辅助阳极、被保护的阴极,其他设施装置如参比电极、绝缘法兰、测试桩和检查片等。

  (2)牺牲阳极布点的技术和施工要求

  牺牲阳极在埋设时,与保护的管道的距离不宜小于0.3m ,也不宜大于5 m,埋深应与管道埋深相同,并要在冰冻线以下,埋设深度不宜小于1米,且直埋设在潮湿的土壤中。埋设形式可采用立式或卧式。在阳极与保护管道之间,严禁设置其它金属构筑物。牺牲阳极可以通过测试桩与管道连接,目的是为了监测牺牲阳极自身的电化学参数,并且便于检测和掌握阴极保护系统运行后管道被保护状态。

  阳极的埋设时应提前按比例配制、调匀好填料,装入中300r a m ×1000 m m的棉或麻布袋中,将经过用铁砂纸打光及表面清洁处理的阳极及时插人填料中心位置并压实,用细原土掺盐分层浇水湿润后回填土。所有的电缆与阳极、铜鼻子的连接采用锡焊,焊接前都要剥去防腐绝缘层,清洁、打光焊接处,在焊接处及电缆的外裸部位必须做好绝缘防腐处理;电缆保护套管松自然埋设,埋深与管道埋深相同。阳极连接管道的电缆颜色应与其它电缆颜色区分开,以便辩认检测。阳极的埋设点必须做永久性标志,永久性标志可以包括周围建筑物。

  (3) 阴极保护系统的运行效果经过对A 地一B 地长输管线阴极保护系统工程中的测试桩的管道保护电位进行测量 ,测量结果为一0 .9 5~一1.20v ( 相对硫酸铜参比电极),符合设计和规范的要求。

  3 阴极保护系统的日常管理

  (1) 每月测量一次全线管道保护电位,每季度测量一次阳极床接地电阻;

  ( 2) 每天记录一次阴保间恒电位仪的保护电位、输出电压及输出电流,每月可交换A/B机工作,延长仪器工作寿命 ;

  ( 3) 管道电流、电位测试桩注意保护,防止人为破坏,并且每年保养一次 ;

  ( 4)所有测量数据需填写记录表,存档 ,以便查阅

  4 结语

  本文联系阴极保护系统的理论与实际,具体介绍了一种常用的管线阴极保护方法,其中实际应用中杂散电流腐蚀一直是阴极保护技术的一个难点,我们在杂散电流强度超过标准规定的地点都增设阳极,它不仅能排除杂散电流,还可以为管道提供一定的保护电流。实践证明为了使埋地管道有效的防腐,需要采取外加电流与牺牲阳极联合保护的方法。目前,联合保护已得到了广泛的应用,并取得了很好的效果。阴极保护不仅可使用于新管线的防护,也可应用于旧管线的改造和延寿。

 

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