克-烏輸氣管道外防腐設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

克—烏輸氣管道外防腐設(shè)計(jì)說明書1設(shè)計(jì)依據(jù)本單項(xiàng)工程根據(jù)以下文件及要求進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)：《西南石油大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書》《克—烏輸氣管道工程簡(jiǎn)介》(網(wǎng)絡(luò)資源)《地下金屬管道的腐蝕與防護(hù)》《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕控制工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(SY0007-1999)《埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SY/T0420-1997)《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》SY/T0019-1997《埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》SY/T0036-2008《簡(jiǎn)明陰極保護(hù)手冊(cè)》19922工程概況克—烏輸氣管道起點(diǎn)為克拉瑪依金龍一級(jí)配氣站，終點(diǎn)為烏魯木齊王家溝末站，該管線經(jīng)過克拉瑪依市、農(nóng)六師、農(nóng)七師、農(nóng)八師、農(nóng)十二師的部分團(tuán)場(chǎng)以及沙灣縣、瑪納斯縣、呼圖壁縣、昌吉市、烏魯木齊市等區(qū)縣，管線全長(zhǎng)312km。管道工程采用φ426×6螺旋焊縫管（鋼材鋼級(jí)選用L360（X52）），輸送商品天然氣，。管道全線以溝埋為主，有6處中小型穿越及1處小型跨越。沿線以戈壁和農(nóng)田，個(gè)別地段為河流、土丘和沖溝。一般地段管道埋深1.25～2.5m，土壤電阻率在7～1025.m，自然電位-0.6～-0.55V。3外層防腐3.1外防腐層選用選擇管道外防腐層的作用是將腐蝕介質(zhì)與被保護(hù)金屬表面隔開，在埋地管道防腐工程中，覆蓋層占有重要的位置，對(duì)延長(zhǎng)管道的使用壽命、維持正常使用及增加運(yùn)行安全性都有十分重要的意義。因此，合理的選擇管線外防腐材料，是保證工程設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理至關(guān)重要的技術(shù)關(guān)鍵。作為埋地管道外覆蓋層應(yīng)具備下列性能：（1）有效的電絕緣性；埋地管道外防腐層的絕緣電阻一般不應(yīng)小于10000Ω·m2；（2）有良好的防潮、防水性；（3）有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度（包括抗沖擊強(qiáng)度、耐彎曲性、耐磨性、針入度等指標(biāo)）；（4）防腐層對(duì)鋼材表面有良好的粘接性；（5）防腐層的材料和施工工藝對(duì)母材的性能不應(yīng)產(chǎn)生不利的影響；（6）有良好的抗陰極剝離性能；（7）有較好的耐化學(xué)性能和抗老化性能；（8）防腐層損傷易于修補(bǔ)；（9）防腐層對(duì)環(huán)境的影響應(yīng)符合相應(yīng)的要求。3.2外防腐層比選常用的埋地管道外防腐涂層材料有石油瀝青、煤焦油瓷漆、熔結(jié)環(huán)氧、擠塑聚乙烯（PE）等。石油瀝青涂層是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的埋地管道外防腐涂層，其主要優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)成熟，造價(jià)較低，與陰極保護(hù)相容性好等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是機(jī)械性能較差、絕緣電阻率不高，不耐植根刺、不耐微生物侵蝕、使用壽命較短、防腐工作勞動(dòng)條件差、對(duì)環(huán)境有一定的污染。從國(guó)內(nèi)的使用效果來看，施工質(zhì)量高的管道涂層面電阻在20kΩ.m2左右,陰極保護(hù)電流密度30μA/m2左右；施工質(zhì)量差的管道涂層面電阻30kΩ.m2甚至更低，陰極保護(hù)電流密度100μA/m2以上。石油瀝青涂層的預(yù)制費(fèi)約65元/m2。煤焦油瓷漆涂層具有很強(qiáng)的抵御細(xì)菌、堿性和其他化學(xué)物侵蝕的能力，吸水率較低，絕緣電阻率略高于石油瀝青涂層，抗植物根莖穿透。煤焦油瓷器涂層的主要確定是毒性大、抗土壤應(yīng)力差、機(jī)械強(qiáng)度不高、高溫流淌、低溫發(fā)脆、熱穩(wěn)定性差。煤焦油瓷器的價(jià)格較貴，是目前常用外防腐層中材料費(fèi)最貴的品種。熔結(jié)環(huán)氧涂層具有對(duì)鋼管的粘結(jié)力強(qiáng)、陰極剝離半徑小、使用溫度范圍寬、化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度大、抗土壤應(yīng)力好、摩擦系數(shù)小、耐化學(xué)介質(zhì)浸泡好、絕緣電阻高等一系列優(yōu)點(diǎn)。熔結(jié)環(huán)氧涂層的缺點(diǎn)是涂層太薄，生產(chǎn)中易產(chǎn)生針孔，運(yùn)輸和施工過程中極易受傷，補(bǔ)口和補(bǔ)傷麻煩，不耐大氣老化。熔結(jié)環(huán)氧涂層的預(yù)制費(fèi)約70元/m2。擠塑聚乙烯（PE）防腐層的突出優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械性能好，耐沖擊強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性高、絕緣電阻高、透水率極低、補(bǔ)口補(bǔ)傷方便、抗外來人為損壞和運(yùn)輸損傷能力強(qiáng)、易于修補(bǔ)、表現(xiàn)出的使用性能與熔結(jié)環(huán)氧相近或更好。主要缺點(diǎn)是兩層結(jié)構(gòu)的PE的陰極剝離半徑大，一旦粘結(jié)劑從鋼管表面脫落，脫落處又破損，電解質(zhì)從破損處浸入，由于PE的致密性好，陰極保護(hù)電流不易在夾縫處形成回路，極易造成夾縫腐蝕。二層結(jié)構(gòu)擠塑聚乙稀防腐層的預(yù)制費(fèi)約為75元/m2。為了充分發(fā)揮溶結(jié)環(huán)氧和PE涂層的優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，以曼內(nèi)斯曼為代表的防腐涂層公司在八十年代中期發(fā)展了三層結(jié)構(gòu)PE，即溶結(jié)環(huán)氧底漆—共聚物熱溶膠—聚乙烯防腐層。該涂層的關(guān)鍵技術(shù)在溶結(jié)環(huán)氧固化前就涂共聚物熱溶膠，實(shí)現(xiàn)環(huán)氧與熱溶界面上兩種材料的交聯(lián)，保證兩種材料的良好結(jié)合。該防腐層利用了PE和環(huán)氧的機(jī)械性能和絕緣性能方面的優(yōu)點(diǎn)，使用效果極好，陰極保護(hù)電流密度特別低，防腐層十分堅(jiān)固，幾乎不受土壤應(yīng)力的影響，不易破壞，補(bǔ)口、補(bǔ)傷方便，是當(dāng)前外防腐涂層最為理想的結(jié)構(gòu)之一。三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層的預(yù)制費(fèi)約90元/m2。3.3外防腐材料選擇保證克—烏輸氣管道埋地鋼質(zhì)管道在預(yù)期壽命內(nèi)不產(chǎn)生由于土壤腐蝕而造成的功能損失是對(duì)外防腐涂層的基本要求。外防腐涂層的選擇失誤會(huì)導(dǎo)致在管道內(nèi)由于外防腐層失效而帶來的巨額維修費(fèi)用，該費(fèi)用往往超過建設(shè)時(shí)采用高性能防腐層所增加的初始費(fèi)用。按《鋼質(zhì)管道與儲(chǔ)罐腐蝕控制工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SY0007－1999）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，本段管道外防腐層選用石油瀝青加強(qiáng)級(jí)絕緣防腐涂層，特殊地段采用石油瀝青特加強(qiáng)級(jí)絕緣防腐。采用石油瀝青加強(qiáng)防腐涂層補(bǔ)口補(bǔ)傷。4陰極保護(hù)4.1陰極保護(hù)方式的選取目前，國(guó)際公認(rèn)的管道最經(jīng)濟(jì)、合理、有效的外防腐措施是防腐層與陰極保護(hù)結(jié)合起來使用。無論多么優(yōu)良的防腐層都會(huì)在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等過程中產(chǎn)生針孔，受到損壞，從而不可能將管道完全與腐蝕環(huán)境隔離，加速了針孔和損傷處管體受到的腐蝕，因此陰極保護(hù)是外防腐涂層的有效補(bǔ)充。為保證管道安全可靠地運(yùn)行，按照規(guī)范的要求對(duì)全線實(shí)施陰極保護(hù)，陰極保護(hù)主要有外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽極陰極保護(hù)兩種，兩種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，詳見表4-1：表4-1陰極保護(hù)方式比較表方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)外加電流1、輸出電流連續(xù)可可調(diào)2、保護(hù)范圍大3、不受環(huán)境電阻率率限制4、工程越大越經(jīng)濟(jì)濟(jì)5、保護(hù)裝置壽命長(zhǎng)長(zhǎng)1、需要外部電源2、對(duì)鄰近金屬構(gòu)筑筑物干擾大3、維護(hù)管理工作量量大犧牲陽極1、不需外部電源2、對(duì)鄰近金屬構(gòu)筑筑物無干擾或或很小3、投產(chǎn)調(diào)試后可不不需管理4、工程越小越經(jīng)濟(jì)濟(jì)5、保護(hù)電流分布均均勻、利用率率高1、高電阻率環(huán)境不不易使用2、保護(hù)電流不可調(diào)調(diào)3、防腐層質(zhì)量必須須好4、投產(chǎn)調(diào)試工作復(fù)復(fù)雜5、消耗有色金屬對(duì)于短距離管道工程采用犧牲陽極陰極保護(hù)方法較為經(jīng)濟(jì)，對(duì)于長(zhǎng)距離輸送管道工程，相比之下，采用外加強(qiáng)制電流陰極保護(hù)方法則更為經(jīng)濟(jì)。由于本工程距離較短，管徑小，因此決定采用犧牲陽極的陰極保護(hù)方式。任何材料的管道外防腐層在施工、運(yùn)行過程中都會(huì)殘留破損點(diǎn)，為防止破損點(diǎn)的鋼鐵遭受土壤的電化學(xué)腐蝕，延長(zhǎng)管道的使用壽命，必須采用保護(hù)措施，最大限度地減緩?fù)寥缹?duì)鋼鐵的腐蝕速度。本工程管道直徑小，沿線腐蝕性為中強(qiáng)。綜上所述，本工程埋地鋼管采用外敷絕緣材料與電化學(xué)防腐雙重保護(hù)，以確保天然氣管道的使用壽命。防腐采用石油瀝青加強(qiáng)級(jí)防腐，陰極保護(hù)采用犧牲陽極陰極保護(hù)。4.2犧牲陽極陰極保護(hù)及計(jì)算4.2.1保護(hù)陽極金屬的確定考慮到主要幾種陽級(jí)材料的電性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4-2、4-3：表4-2犧牲陽極性能比較參數(shù)特性鎂合金陽極MgA2鋅合金陽極Zn鋁合金陽極Al-ZnAl-In陽極開路電位有效電壓理論發(fā)生電量，安安時(shí)/克電流效率，%有效電量，安時(shí)//克消耗量，千克/安安培、年比重1.550.652.21551.227.21.841.100.250.82900.7411.87.31.000.152.88501.446.12.831.100.252.88802.303.812.82表4-3犧牲陽極選用比較類型鎂陽極鋁陽極鋅陽極優(yōu)點(diǎn)有效電壓高；發(fā)生電量大；能用土壤電阻率比比較高的土壤壤和水中；發(fā)生電量最大；材料容易獲得；成本低廉。性能穩(wěn)定,自腐蝕蝕??；電流效率高；壽命長(zhǎng)；不用擔(dān)心過防蝕。缺點(diǎn)電流效率低；自腐蝕大；材料來源和冶煉均均不易若使用不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生生過防蝕。在污染海水中和高高土壤電阻率率環(huán)境中性能能下降；目前國(guó)產(chǎn)鋁陽極性性能尚不穩(wěn)定定。有效電壓低；單位面積發(fā)生電量量少；不適宜高溫,淡水水或過高土壤壤電阻率的環(huán)環(huán)境。參考價(jià)格130元/支100元/支100元/支通過上述比較本工程主要選用鎂合金陽極作為保護(hù)金屬陽極材料。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)選用型號(hào)為MAZL-2的11.0Kg鎂合金陽極，此型陽極輸出電流大，使用壽命長(zhǎng)且性能穩(wěn)定，是比較理想的金屬陽極材料。4.2.2埋設(shè)間距的確定由于φ426×6螺旋焊縫管長(zhǎng)度為312km，每500m埋設(shè)一組陽極，每1Km設(shè)置一處檢測(cè)樁，因此需在整條管線中部設(shè)陽極地床600處即可滿足需要。4.2.3陽極地床埋地犧牲陽極必須使用化學(xué)填包料，其配方見表4-4表4-4犧牲陽極填包料的配方陽極類型填包料配方[%（m/m）]適用條件（電阻率）石膏粉（CaSO4·2HH2O）工業(yè)硫酸鈉工業(yè)硫酸鎂膨潤(rùn)土鎂陽極5025751515——515——25—20355050205050≤20Ω·m≤20Ω·m>20Ω·m>20Ω·m>20Ω·m鋅陽極507555——4520——根據(jù)管道所經(jīng)地段的土壤電阻率，故選用的配方如下：石膏粉（CaSO4·2H2O）15%，工業(yè)硫酸鎂（MgSO4）35%，膨潤(rùn)土50%4.2.4本工程的具體作法（1）主管道全線采用犧牲陽極保護(hù)。陽極在管道上沿軸向臥式成組分布，每組4只。（2）陽極埋設(shè)位置距管道3～5米，最小不宜小于0.3米，埋設(shè)深度為陽極頂部距不小于1米。（3）臥式陽極宜采用開槽法施工。（4）陽極連接電纜的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.7米。（5）每500m設(shè)置一組犧牲陽極；遇特殊地段穿越，在兩端各設(shè)置一組犧牲陽極。（6）具體施工辦法參見《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》SY/T0019－97。4.2.5陰極保護(hù)輔助設(shè)施（1）陰極保護(hù)測(cè)試樁：高壓管道每1km設(shè)一個(gè)測(cè)試樁，每一個(gè)絕緣接頭設(shè)置一個(gè)測(cè)試樁。（2）絕緣接頭為防止陰極保護(hù)電流通過沒有絕緣的金屬接地裝置時(shí)漏失，以便于測(cè)試保護(hù)電位，共設(shè)絕緣接頭20個(gè)。（3）運(yùn)行保護(hù)陰極保護(hù)保護(hù)準(zhǔn)則：相對(duì)于飽和筒/硫酸銅參比電極的管道陰極極化電位至少為850mV；管道表面與接觸電解質(zhì)的穩(wěn)定飽和銅/硫酸銅參比電極之間的陰極極化電位差值最小為100mV。（4）交流干擾處理原則管道與交流電氣化鐵路平行、接近、交叉時(shí)按下列原則處理：=1\*GB3①平行長(zhǎng)度超過10km時(shí)，平行間距必須大于100m；=2\*GB3②與電氣化鐵路交叉，必須正交；=3\*GB3③埋地管道與牽引變電站的間距必須大于1km；否則采取降低干