油氣輸送管道陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)與施工

油氣輸送管道陰極保護(hù)的河南匯龍合金材料有限公司2019年版油氣輸送管道陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)與施工隨著城鎮(zhèn)燃?xì)獾叵鹿芫W(wǎng)的迅速發(fā)展，鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護(hù)問題也日益突出。為了延長(zhǎng)埋地鋼質(zhì)管道的使用壽命，確保城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)安全、可靠，通常采用陰極保護(hù)方法保護(hù)埋地鋼質(zhì)管道。1陰極保護(hù)設(shè)計(jì)1.1陰極保護(hù)類型的確定陰極保護(hù)屬于電化學(xué)保護(hù)，是利用外部電流使金屬腐蝕電位發(fā)生改變以降低其腐蝕速率的防腐蝕技術(shù)。埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)分為強(qiáng)制電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)兩種［2?7］。強(qiáng)制5V,35pF,雙向ESD保護(hù)二極管

隨著城鎮(zhèn)燃?xì)獾叵鹿芫W(wǎng)的迅速發(fā)展，鋼質(zhì)管道的腐蝕與防護(hù)問題也日益突出。為了延長(zhǎng)埋地鋼質(zhì)管道的使用壽命，確保城鎮(zhèn)燃?xì)夤?yīng)安全、可靠，通常采用陰極保護(hù)方法保護(hù)埋地鋼質(zhì)管道。1陰極保護(hù)設(shè)計(jì)陰極保護(hù)類型的確定陰極保護(hù)屬于電化學(xué)保護(hù)，是利用外部電流使金屬腐蝕電位發(fā)生改變以降低其腐蝕速率的防腐蝕技術(shù)。埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)分為強(qiáng)制電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)兩種［2?7］。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)主要適用于郊區(qū)等地下管網(wǎng)單一地區(qū)的燃?xì)庵鞴艿阑虺擎?zhèn)燃?xì)猸h(huán)網(wǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是輸出電流大而且可調(diào)，不受土壤電阻率限制，保護(hù)半徑較大;系統(tǒng)運(yùn)行壽命長(zhǎng)，保護(hù)效果好;保護(hù)系統(tǒng)輸出電流的變化可反映出管道涂層的性能改變。其缺點(diǎn)是需設(shè)專人維護(hù)管理，要求有外部電源長(zhǎng)期供電，易產(chǎn)生屏蔽和干擾，特別是地下金屬構(gòu)筑物較復(fù)雜的地方。犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)主要適用于人口稠密地區(qū)和城鎮(zhèn)內(nèi)各種壓力級(jí)制燃?xì)夤艿?。其?yōu)點(diǎn)是不需外加電源，施工方便，不需進(jìn)行經(jīng)常性專門管理，不會(huì)生屏蔽，對(duì)其他構(gòu)筑物也不會(huì)產(chǎn)生干擾，保護(hù)電流分布均勻、利用率高。其缺點(diǎn)是輸出電流小，保護(hù)范圍有限;需定期更換，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電流分的變化，也不能反映管道涂層的狀況。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和我們的實(shí)踐得知，城鎮(zhèn)燃埋地鋼質(zhì)管道宜采用犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)來(lái)減緩?fù)寥缹?duì)管道的電化學(xué)腐蝕。陰極保護(hù)電流的確定要使埋設(shè)的燃?xì)夤艿赖玫匠浞值谋Ｗo(hù)，就要證有足夠的電流使管道不受到腐蝕。鋼質(zhì)管道廖的最小保護(hù)電流是陰極保護(hù)設(shè)計(jì)最重要的參數(shù)之一，其計(jì)算公式如下：I=AIP(1)式中I——管道所需最小保護(hù)電流，mAA——管道總表面積，m2IP——最小保護(hù)電流密度，mA/m2最小保護(hù)電流密度Ip是根據(jù)管道的防腐層種類、好壞來(lái)確定的，新建瀝青玻璃布防腐管道所需的Ip約0.1mA/m2,新建三層PE管道所需的Ip約0.001mA/m2，舊管道的Ip取0.3mA/m2。犧牲陽(yáng)極的選?、偻寥离娮杪释寥离娮杪史从沉送寥澜橘|(zhì)的導(dǎo)電能力。一般電阻率低的土壤腐蝕性強(qiáng)，反之腐蝕性弱，通常根據(jù)土壤電阻率選取適宜的犧牲陽(yáng)極。無(wú)論采用哪種犧牲陽(yáng)極，都需要先測(cè)出管道所在位置的土壤平均電阻率。土壤中所含成分的比例不同，造成各個(gè)地方電阻率也不同，即使同一地點(diǎn)不同埋深的電阻率也不同，因此我們常采用管道所在埋深處的電阻率的平均值。②犧牲陽(yáng)極的選用犧牲陽(yáng)極主要有兩大類型，即鎂合金陽(yáng)極和鋅合金陽(yáng)極。根據(jù)勘測(cè)出來(lái)的土壤電阻率9），可以選擇采用鋅陽(yáng)極或鎂陽(yáng)極。一般p<50-m時(shí)，選用鋅陽(yáng)極;5Q?m〈pW100Q-113時(shí)，選用鎂陽(yáng)極;P>100Q-m時(shí)，選用帶狀鎂陽(yáng)極。在土壤潮濕的情況下，鋅陽(yáng)極使用范圍可擴(kuò)大到300?m。犧牲陽(yáng)極的布置①在布置犧牲陽(yáng)極時(shí)，注意陽(yáng)極與管道之間不應(yīng)有金屬構(gòu)筑物。②犧牲陽(yáng)極必須埋設(shè)在冰凍線以下。在地下水位低于3m的干燥地帶，陽(yáng)極應(yīng)適當(dāng)加深埋設(shè)。在河流下陽(yáng)極應(yīng)埋設(shè)在河床的安全部位，以防止洪水沖刷和挖泥清淤時(shí)損壞。③犧牲陽(yáng)極埋設(shè)方式有立式和臥式兩種。立式陽(yáng)極采用鉆孔法在埋設(shè)陽(yáng)極處將陽(yáng)極以垂直于管道的方向埋入地下，這種方式不需大面積開挖，但保護(hù)效果不如臥式陽(yáng)極，適用于已建管道。臥式陽(yáng)極采用開槽法施工，在管道敷設(shè)時(shí)與管道同溝放置，既節(jié)省單獨(dú)開挖的費(fèi)用，又起到良好的保護(hù)效果。陽(yáng)極哩設(shè)位置在一般情況下距管道外壁3?5m,最小不宜小于0.3m,但由于考慮到同溝敷設(shè)的方便性.一般將間距控制到0.3?0.5m,留出一定操作空間即可。埋深以陽(yáng)極頂部距地面不小于1m為宜。成組布置時(shí)，陽(yáng)極間距以2?3m為宜。④通常應(yīng)在管段上相鄰兩組犧牲陽(yáng)極的中間部位設(shè)置測(cè)試樁，測(cè)試樁的間距以不大于500m為官。設(shè)計(jì)修正當(dāng)計(jì)算結(jié)束后，在管道上布置犧牲陽(yáng)極時(shí)，還要考慮到一些特殊的情況，對(duì)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。比如在定向鉆的穿越出入土點(diǎn)，當(dāng)采用的犧牲陽(yáng)極保護(hù)半徑不夠時(shí)，可在出入土點(diǎn)增加陽(yáng)極的數(shù)量或增大陽(yáng)極的規(guī)格，使其能夠起到完全保護(hù)穿越管道的作用。2設(shè)計(jì)的其他注意事項(xiàng)套管管道穿越鐵路、公路采用套管時(shí)，無(wú)論是鋼套管還是混凝土套管都會(huì)存在屏蔽作用，使得外部的陰極保護(hù)電流流不到套管內(nèi)的輸送管上，成為陰極保護(hù)的盲區(qū)，一旦套管內(nèi)進(jìn)水，盲區(qū)內(nèi)的管道將得不到保護(hù)。針對(duì)套管的屏蔽，通常采用帶狀鋅陽(yáng)極，螺旋式纏繞在管道上，每隔2m左右與管道焊接一次。每個(gè)套管處應(yīng)安裝測(cè)試樁，通過套管和管道上的測(cè)試導(dǎo)線在地面上可以很方便地測(cè)試。絕緣連接為防止陰極保護(hù)電流流到與大地連接的非保護(hù)構(gòu)筑物上，應(yīng)對(duì)陰極保護(hù)管道系統(tǒng)進(jìn)行電絕緣。這樣可以防止電流流失，減輕電偶腐蝕，避免不必要的干擾，控制電流流向。絕緣的設(shè)置應(yīng)考慮以下部位：a.干管與支管連接處;b.新舊管道連接處;c.裸管和覆蓋層管道連接處;d.電氣接地處;e.套管穿越處;f.跨越管道的支架與管道處;g.大型穿、跨越段兩端。同時(shí)要注意在絕緣接頭兩側(cè)應(yīng)設(shè)有預(yù)防雷擊和過電流的保護(hù)設(shè)施，以防止絕緣接頭被瞬間的電流擊穿。交流干擾城鎮(zhèn)的強(qiáng)電線路對(duì)管道存在著交流干擾，其危害主要有兩方面，一是強(qiáng)電線路的交流電壓的長(zhǎng)期存在會(huì)對(duì)鋼質(zhì)管道產(chǎn)生交流腐蝕;二是強(qiáng)電線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬間感應(yīng)電壓，可能擊穿管道中設(shè)置的絕緣裝置，并威脅到人身安全。解決交流干擾的方法有三種，一是保證管道分期施工全部結(jié)束后，一次性完成犧牲陽(yáng)極的施工，盡早進(jìn)行陽(yáng)極接地;二是加大管道和接地體的距離，至少應(yīng)達(dá)到3m;三是在管道和接地體間、絕緣裝置兩側(cè)分別串連接地電池，將瞬間感應(yīng)電壓轉(zhuǎn)移到管道上，再通過管道的接地裝置將電流散掉，防止故障電流對(duì)管道的影響。3結(jié)語(yǔ)在城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)管道所在位置的土壤平均電阻率和管道的壓力、管徑、長(zhǎng)度、防腐層等來(lái)計(jì)算陽(yáng)極的數(shù)量及分布，再綜合管道經(jīng)過的地區(qū)情況，如周圍其他構(gòu)筑物的情況、管道是否存在穿跨越、套管的設(shè)置情況等對(duì)陽(yáng)極分布進(jìn)行調(diào)整，最后考慮管道起、終點(diǎn)處絕緣裝置及接地電池的設(shè)置。管線陰極保護(hù)施工方案I、人員組織、施工程序和工程進(jìn)度總體安排原則：一、密切配合各管線施工隊(duì)穿越鐵路、公路及水渠的進(jìn)程，集中人力進(jìn)行日夜突擊，及時(shí)完成套管內(nèi)輸管線纏繞鎂帶陽(yáng)極的施工任務(wù)。二、密切配合各管線施工隊(duì)安裝管線進(jìn)程，在回填土后（回填土?xí)r，留出一小段管線供電纜 線焊接之用），及時(shí)進(jìn)行犧牲陽(yáng)極，參比電極，接地電池、測(cè)試樁等安裝工作。三、施工前，先派施工負(fù)責(zé)人、技術(shù)人員去現(xiàn)場(chǎng)考察施工作業(yè)環(huán)境，以利制訂出更合理的現(xiàn)場(chǎng)施工方案。四、進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前，所有器材等全部備齊，并經(jīng)自檢、確認(rèn)數(shù)量、型號(hào)、規(guī)格、性能等均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，才能帶領(lǐng)隊(duì)伍進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。五、每組犧牲陽(yáng)極安裝完成后，在對(duì)填包料澆水后十天，按設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行各項(xiàng)陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)試。六、全線連通投產(chǎn)運(yùn)行前，按設(shè)計(jì)要求，對(duì)絕緣法蘭進(jìn)行測(cè)試并按SYJ23-86標(biāo)準(zhǔn)對(duì)全線陰極保護(hù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。七、施工中應(yīng)遵守“先地下后地上”、“先土建后設(shè)備”等原則。II、工程負(fù)責(zé)本陰極保護(hù)工程共分下列六個(gè)單項(xiàng)：一、鐲型陽(yáng)極的安裝；二、測(cè)試樁的埋設(shè)；三、犧牲陽(yáng)極的埋設(shè);四、接地電池的埋設(shè)；五、陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)試III、單項(xiàng)工程施工程序一、鐲型陽(yáng)極的安裝：1、在管線上按設(shè)計(jì)要求量出各焊點(diǎn)位置；2、除去管線焊點(diǎn)處防腐層，到露出管線金屬光澤，并進(jìn)行焊前表面處理；3、按設(shè)計(jì)要求間距均勻設(shè)置陽(yáng)極；4、銅夾與管道用鋁熱焊劑進(jìn)行焊接；5、對(duì)焊接接頭進(jìn)行防腐、絕熱施工；6、檢查焊接接頭的隊(duì)腐、絕緣性能；7、陽(yáng)極表面應(yīng)符合SYJ19-86要求；8、為便于鐲型陽(yáng)極安裝，每隔五米用支點(diǎn)將管段在地面上填高。二、測(cè)試樁安裝：1、按設(shè)計(jì)要求在現(xiàn)場(chǎng)確定測(cè)試樁位置，并挖掘測(cè)試樁樁坑，進(jìn)行管道與測(cè)試電纜的焊接、防腐絕緣施工。2、將管道、接地電池、犧牲陽(yáng)極的電纜穿入測(cè)試樁，并連在接線板相應(yīng)的接線樁上。3、將測(cè)試樁放入樁坑，對(duì)測(cè)試樁基座用C20混凝土澆注，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。三、犧牲陽(yáng)極安裝：1、按設(shè)計(jì)確定好現(xiàn)場(chǎng)犧牲陽(yáng)極的埋設(shè)位置，并挖好陽(yáng)極埋坑。2、將電纜與犧牲陽(yáng)極的鋼芯用錫焊連接；雙邊焊縫長(zhǎng)度不應(yīng)小于50mmo3、焊接接頭用三布五油環(huán)氧樹脂加玻璃布進(jìn)行防腐、絕緣，并檢查防腐、絕緣性能。4、配制填包料，將填包料各組份干粉按設(shè)計(jì)配比攪拌均勻，并不得混入石塊、泥土、雜草等。5、按施工圖將犧牲陽(yáng)極和填包料裝入棉布口袋內(nèi)，保證陽(yáng)極周圍包料厚度一致，且厚度不應(yīng)小于50mmo6、將犧牲陽(yáng)極放入挖好的犧牲陽(yáng)極坑內(nèi)，澆入適量淡水，以保證陽(yáng)極與周圍土壤間有良好的電連接。四、接地電池的埋設(shè)：1、按設(shè)計(jì)將鋅陽(yáng)極組裝成接地電池。2、鋅陽(yáng)極鋼芯與電纜接頭，用三布五油環(huán)氧脂加玻璃布進(jìn)行防腐、絕緣。3、按設(shè)計(jì)配比要求，將填包的各組份攪拌均勻，并不得混入石塊、泥土、雜物等，將接地電池和填包料按要求裝入棉布或麻口袋內(nèi)、保證接地電池 包料厚度一致，且厚度不應(yīng)小于50mmo4、量出接地電池和接地管埋設(shè)位置，并挖好埋坑。5、將接地電池和接地管埋于坑中，并在接地電池填包料口袋外澆上適量淡水，以保證接地電池與土壤間良好的電連接。五、陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)試：1、犧牲陽(yáng)極保護(hù)參數(shù)的測(cè)試，必須在犧牲陽(yáng)極埋入地下填包料澆水10天后進(jìn)行，陽(yáng)極開路電位，陽(yáng)極閉路電位、管道開路電位、管道保護(hù)電位的測(cè)試。按SYJ23-86規(guī)定的“地表參比法”用攜帶式CuSO4參比電極和DT-830數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量。2、單支犧牲陽(yáng)極輸出電流，組合犧牲陽(yáng)極輸出電流測(cè)試：按SYJ23-86規(guī)定的直測(cè)法進(jìn)行測(cè)量，采用DT-830數(shù)字萬(wàn)用表直接測(cè)出陽(yáng)極的輸出電流，每次測(cè)量時(shí)都選用DC300MA的電流檔次，則其誤差都是同等的，因而各次測(cè)量數(shù)據(jù)具有可比性。3、單支犧牲陽(yáng)極接地電阻，組合犧牲陽(yáng)極聯(lián)合接地電阻測(cè)試。按SYJ23-86的第7.2.1條用ZG-8接地電阻測(cè)量?jī)x測(cè)試。4、絕緣法蘭絕緣性能測(cè)試：按SYJ4006-90第2.0.4條執(zhí)行，用ZC-7兆歐表測(cè)量絕緣法蘭絕緣程度，以大于或等于2y0為合格。過河、穿越公路鐵路管道的陰極保護(hù)安裝管道穿越河流時(shí)，管道敷設(shè)在淤泥、黃粘砂質(zhì)土壤中，地下水位高，部分管道浸在水中，由于受到污染，水的礦化度、含鹽量、導(dǎo)電性較高，加劇了對(duì)管道的腐蝕。因此，采用陰極保護(hù)的方法保護(hù)管道延長(zhǎng)其使用壽命。對(duì)穿越公路鐵路的管道采用套管，管道也采用犧牲陽(yáng)極焊接在管道上加以保護(hù)，此陽(yáng)極采用的是無(wú)包裝無(wú)填包料的帶狀陽(yáng)極，安裝時(shí)要注意陽(yáng)極與管道的接觸部位涂層要完好，不得有缺陷，將陽(yáng)極帶纏繞到管道與套管之間，以保證管道得到全面保護(hù)。埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿澜涣鞲蓴_判斷指標(biāo)：能直接反映出電氣化鐵路對(duì)埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿澜涣鞲蓴_腐蝕的是交流雜散電流的大小，但由于實(shí)際條件限制，電氣化鐵路交流雜散電流無(wú)法直接測(cè)出。因此，管道受干擾腐蝕程度的主要判據(jù)為管地電位差、土壤電位梯度，該方法稱為電氣判別法。其中管地電位是最重要的參數(shù)，因?yàn)樗瓤梢苑从彻艿赖母g特性，又可以反映雜散電流的干擾特性。在沒有增加電流源的情況下，管地電位的提高是雜散電流進(jìn)入