陰極保護(hù)技術(shù)在埋地鋼質(zhì)管道中的應(yīng)用

1、陰極保護(hù)技術(shù)在埋地鋼質(zhì)管道中的應(yīng)用    摘要：通過介紹陰極保護(hù)技術(shù)在3個(gè)工程中的實(shí)際應(yīng)用，分析了這一工藝在埋地鋼質(zhì)管道防腐中的重要作用，并且對陰極保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評價(jià)。 關(guān)鍵詞：埋地鋼質(zhì)管道 外加電流陰極保護(hù) 犧牲陽極保護(hù)  陰極保護(hù)在金屬防腐工藝中，是電化學(xué)保護(hù)方法的一種。它通過對被保護(hù)金屬體施加電流，從而使其電極電位負(fù)移，使金屬減弱由原子態(tài)自發(fā)變?yōu)殡x子態(tài)的趨勢，因而從根本上抑制了腐蝕的發(fā)生。由于這個(gè)過程必須在電解質(zhì)中進(jìn)行，因此埋地鋼管非常適宜采取陰極保護(hù)。若陰極保護(hù)與管道本身的防腐層互相補(bǔ)充，從而

2、在安全性和經(jīng)濟(jì)性方面達(dá)到完美組合，則是目前公認(rèn)的最佳防腐方案。1寧波城市供水工程寧波城市供水工程是從奉化市的肖鎮(zhèn)至寧波市江東區(qū)梅墟敷設(shè)一條1600mm的輸水鋼管，管線全長38 km，外防腐采用環(huán)氧煤瀝青二布三油形式。從肖鎮(zhèn)至北渡的17km以及北渡至江東梅墟的前4.2km管道，基本無地下金屬構(gòu)筑物，采用了外加電流陰極保護(hù)。肖鎮(zhèn)陰極保護(hù)站：設(shè)恒電位儀2臺(tái)(1用1備)，將30支YJBSiCr 50mm×1200mm雙端接頭的含鉻高硅鑄鐵陽極在距管道100m、沿管道垂直方向上一字形水平埋設(shè)。北渡陰極保護(hù)站：設(shè)恒電位儀3臺(tái)(2用1備)，向兩側(cè)供電。埋設(shè)兩組陽極(規(guī)格、數(shù)量同

3、上)，每臺(tái)儀器對應(yīng)一組陽極。匯流點(diǎn)設(shè)在進(jìn)、出絕緣法蘭的外側(cè)。全程設(shè)有電位測試樁18個(gè)(1個(gè)/km)，電流測試樁2個(gè)和絕緣法蘭測試樁4個(gè)。管道進(jìn)、出站設(shè)絕緣法蘭以進(jìn)行有效的電絕緣(絕緣電阻5 M)。由于絕緣法蘭兩側(cè)存在一定的電位差，會(huì)對另一側(cè)未通電保護(hù)的泵站內(nèi)管道產(chǎn)生陰極干擾、加速腐蝕，因此對站內(nèi)管道實(shí)施了犧牲陽極保護(hù)，即兩個(gè)泵站內(nèi)各埋設(shè)了兩組22 kg/支的鎂陽極。此外，為了防止保護(hù)電流的流失，同時(shí)須做好絕緣處理，如架空管橋處的鋼管與支墩接觸處用橡膠墊片進(jìn)行絕緣、所有與管道連接的金屬件不允許接地等。實(shí)際測定的保護(hù)參數(shù)見表1。表1保護(hù)參數(shù)測量值保護(hù)參數(shù)肖鎮(zhèn)泵站北渡泵站(進(jìn)水側(cè)

4、)北渡泵站(出水側(cè))土壤電阻率(·m)陽極接地電阻()輸出電壓(V)輸出電流(A)控制點(diǎn)電位(V)保護(hù)電位(V)結(jié)果表明：陽極地床接地電阻1 ，符合規(guī)范要求。各測試樁中電位數(shù)據(jù)均達(dá)到-0.85V的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。匯流點(diǎn)最高控制電位為-1.251V時(shí)，說明管道全線達(dá)到了保護(hù)電位；儀器輸出電流、電壓都不大，說明該段管道防腐層做得好，絕緣法蘭絕緣效果好；陽極地床接地電阻小，使得陰極保護(hù)的日常維護(hù)費(fèi)用低。1.3犧牲陽極保護(hù)北渡至江東梅墟段管道除去實(shí)施外加電流的4.2km外，其余17km因地下金屬構(gòu)筑物較多，且多次與其他管道平行、交叉，故采用了犧牲陽極保護(hù)，這是為了減輕與其他金屬構(gòu)筑物之間

5、的相互干擾。犧牲陽極選用鎂陽極，1km設(shè)4組，每組由4支14kg的鎂陽極組成，其中3組直接焊在管道上，1組通過測試樁連接，以便進(jìn)行電參數(shù)測量，了解陽極使用壽命。犧牲陽極保護(hù)的實(shí)施效果見表2。表2犧牲陽極保護(hù)的實(shí)施效果保護(hù)參數(shù)數(shù)值陽極開路電位(V)管道保護(hù)電位(V)管道自然電位(V)埋點(diǎn)土壤電阻率(·m)陽極輸出電流(4支)(A)結(jié)果表明：陽極開路電位符合要求。管道保護(hù)電位-0.85V，且比較均勻。按陽極出電流計(jì)算陽極壽命20a。2陜氣進(jìn)津管道工程陜甘寧氣田北京輸氣管道天津支線工程(簡稱陜氣進(jìn)津管道工程)是天津市的重點(diǎn)工程，對于改善天津市的能源結(jié)構(gòu)具有重大意義。管線西起河北省永清縣，東

6、至天津市第一煤氣廠，全長64km，選用426mm螺旋縫埋弧焊接鋼管。鋼管外防腐采用陰極保護(hù)與聚乙烯三層結(jié)構(gòu)的聯(lián)合保護(hù)方式。從永清至天津西青區(qū)子牙河的54km管線主要在農(nóng)田中敷設(shè)，沿線的金屬構(gòu)筑物少，相互干擾較小，采用外加電流的保護(hù)方式。為了避免保護(hù)電流的流失，在外加電流保護(hù)管段的兩端加裝了高電阻值的絕緣接頭(因輸氣管內(nèi)壁不做防腐，為防止管內(nèi)有積水時(shí)絕緣接頭兩端的管段在電解液中導(dǎo)電而失去絕緣作用，故將其埋設(shè)在高點(diǎn)處)。在王慶坨設(shè)置陰極保護(hù)站，沿永清方向保護(hù)36km、天津方向保護(hù)18km。站內(nèi)設(shè)恒電位儀兩臺(tái)(PS1型)，可以互相切換，并由自動(dòng)控制臺(tái)控制，以保證陰極保護(hù)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。陽極地床位于管道

7、垂直方向250m處，由40支100mm×1500mm的高硅鑄鐵陽極組成，陽極為立式埋設(shè)，埋深3m，周圍填充150mm厚的焦炭(粒徑10mm，含碳量85%)。外加電流陰極保護(hù)的實(shí)施效果見表3。表3外加電流陰極保護(hù)的實(shí)施效果保護(hù)參數(shù)數(shù)值管道沿線自然電位(V)絕緣接頭電阻(埋地安裝前)(M)100土壤電阻率(陽極地床處)(·m)陽極接地電阻()輸出電壓(V)輸出電流(A)控制點(diǎn)電位(V)管道沿線保護(hù)電位(V)絕緣接頭外側(cè)電位(V)-0.710(永清非保護(hù)側(cè))-1.344(子牙河犧牲陽極側(cè))注以上數(shù)據(jù)均系相對于Cu/CuSO4參比電極測得。由表3可知：陽極接地電阻1，當(dāng)恒電位儀大功

8、率狀態(tài)運(yùn)行時(shí)能大量節(jié)約電能。管道沿線各測試樁內(nèi)測得的極化電位均達(dá)到了-0.85V的標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)效果良好。有的保護(hù)電位小于控制點(diǎn)電位是因?yàn)樵谟刑坠艿牡胤桨惭b了鎂帶陽極，而鎂陽極的電位為-1.8V左右，所以在相鄰近的管道上測得的電位較小。兩個(gè)絕緣接頭的里外側(cè)有明顯的電位差，表明其絕緣有效。全部管線除外加電流的54km外，余下的10km管道全部采用了犧牲陽極保護(hù)，共埋設(shè)鋅陽極79支，其中22.2kg/支的陽極30支，14.8kg/支的陽極49支。鋅陽極以成組方式(45支為一組)埋設(shè)于管道旁，距管道垂直距離1.5m，陽極周邊用填料包圍以減少接地電阻及促進(jìn)腐蝕產(chǎn)物的溶解。匯流點(diǎn)及中間點(diǎn)設(shè)測試樁12支，測試

9、樁基本按照1支/km的原則埋設(shè)，并附有1支長壽命參比電極。在管道穿越公路、鐵路等處設(shè)有套管的部位實(shí)施了鎂帶陽極保護(hù)，以使套管內(nèi)受屏蔽的管道得到保護(hù)，鎂帶規(guī)格為19mm×9.5mm。施工時(shí)沿螺旋焊縫方向纏繞，使保護(hù)電流盡可能地均勻。管道自然電位：-0.410-0.738 V管道保護(hù)電位：-0.934-1.092 V土壤電阻率：9.1913.56 ·m由此可知：保護(hù)電位達(dá)到了保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的-0.85 V，保護(hù)效果好。陽極開路電位符合要求。陽極可確保使用30a。3天津市外環(huán)線高壓管道工程工程位于天津市外環(huán)線的南半環(huán)，西起南開區(qū)華苑小區(qū)，東至

10、東麗區(qū)麗津路的高中壓調(diào)壓站，全長21.7 km。管材選用529mm螺旋縫埋弧焊接鋼管。鋼管外防腐采用陰極保護(hù)與聚乙烯三層結(jié)構(gòu)的聯(lián)合保護(hù)方式。該工程全部采用犧牲陽極進(jìn)行保護(hù)。在管道穿越李港鐵路處有套管的地方還實(shí)施了套管陽極的施工，陽極采用塊狀鋅陽極，埋于套管與輸送管之間的下部空腔中。為保護(hù)絕緣接頭不被高壓擊穿，在絕緣接頭處還埋設(shè)了接地電池。根據(jù)現(xiàn)場土壤電阻率的不同，犧牲陽極采用鋅及鎂兩種合金材料，共埋設(shè)鋅合金陽極(25kg/支)121支，鎂合金陽極(14.5kg/支)31支。犧牲陽極單只分散式水平埋設(shè)于管道旁，距管道垂直距離0.3m，埋深1 m，間距為150250m，在施工難

11、點(diǎn)處間距100m。陽極周圍由60kg填料包圍，以減小接地電阻及促進(jìn)腐蝕產(chǎn)物的溶解，匯流點(diǎn)及中間點(diǎn)設(shè)測試樁23支。具體測量結(jié)果見表4。表4保護(hù)參數(shù)測量值保護(hù)參數(shù)犧牲陽極種類鋅合金鎂合金管道自然電位(V)管道保護(hù)電位(V)陽極開路電位(V)陽極輸出電流(mA)410830土壤電阻率(·m)表4表明：保護(hù)電位達(dá)到了保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的-0.85V，保護(hù)效果良好。陽極開路電位符合要求。絕緣接頭絕緣有效。陽極可確保使用50a。4經(jīng)濟(jì)效益及分析上述3個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況見表5。表5陰極保護(hù)經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)工程名稱總造價(jià)(萬元)陰極保護(hù)投資(萬元)保護(hù)面積(m2)價(jià)格(元/m2)寧波供水工程13000130180000陜氣進(jìn)津工程110008385600外環(huán)線高壓管道600005636000可以看出，陰極保護(hù)在工程總造價(jià)中的比例基本1%，其造價(jià)為10元/m2左右。只要保證施工質(zhì)量，及時(shí)監(jiān)測，確保管道達(dá)到保護(hù)電位，就可確保管線在設(shè)計(jì)