摘要：結(jié)合萊蕪市已建的秦鋼次高壓燃?xì)夤艿雷芳訌?qiáng)制電流陰極保護(hù)工程的實(shí)踐，論述了陰極保護(hù)方案的確定、方案設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿?；腐蝕控制；強(qiáng)制電流陰極保護(hù)

YAN Zhu-feng

Abstract：Combined with the engineering practice of adding impressed current cathodic protection for the built sub-high pressure gas pipeline of Taigang in Laiwu City. the determination of cathodic protection scheme and the practice experience in the scheme design，construction，commissioning and operation are discussed.

Key words：buried steel gas pipeline；corrosion control；impressed current cathodic protection

    萊蕪市燃?xì)鉄崃τ邢挢?zé)任公司泰鋼次高壓天然氣管道始建于2008年1月，管道全長(zhǎng)大約20km。管材為Ø323.9×8的螺旋焊接鋼管，管道外防腐形式為絕緣性能優(yōu)良的擠塑聚乙烯三層復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐層。管道設(shè)計(jì)壓力為0.8MPa，運(yùn)行壓力≤0.7MPa。管道焊接采用纖維素焊條下向焊工藝，管道材質(zhì)為Q235B。

   按照CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》，新建的高壓、次高壓、公稱直徑≥100mm的中壓管道和公稱直徑≥200mm的低壓管道必須采用防腐層輔以陰極保護(hù)的腐蝕控制措施，管道運(yùn)行期間陰極保護(hù)不應(yīng)間斷^[1～4]。2008年11月，我公司為消除次高壓管道運(yùn)行隱患，貫徹執(zhí)行防腐蝕規(guī)范，經(jīng)過(guò)研究決定對(duì)泰鋼次高壓燃?xì)鈱Ｓ霉艿雷芳雨帢O保護(hù)工程。

    泰鋼次高壓燃?xì)鈱Ｓ霉艿来蠖辔挥谌R蕪市郊區(qū)，且管道已修建完成，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，我公司決定對(duì)該管道采用造價(jià)低、工程量小的強(qiáng)制電流陰極保護(hù)方式。泰鋼次高壓燃?xì)夤艿缽?qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)置見(jiàn)圖1。

 

    強(qiáng)制電流陰極保護(hù)站和深井陽(yáng)極地床均設(shè)置在傅家莊門站內(nèi)，在傅家莊門站和泰鋼計(jì)量站內(nèi)以及管道沿線分別設(shè)置12個(gè)陰極保護(hù)數(shù)據(jù)測(cè)試樁，在沿途4個(gè)閥門井處分別設(shè)置鎂合金陽(yáng)極以補(bǔ)充閥門處的陰極電流消耗。在管道穿越鐵路和臨近高壓線處均設(shè)置鋅排流陽(yáng)極裝置。

    ① 陽(yáng)極地床可選擇深井陽(yáng)極地床和淺埋陽(yáng)極地床。深井陽(yáng)極地床是將輔助陽(yáng)極安裝在直徑為200～400mm，深度為30～50m的陽(yáng)極井中。其優(yōu)點(diǎn)為：占地少，對(duì)非保護(hù)的地下鋼結(jié)構(gòu)的影響小，適用于復(fù)雜的管網(wǎng)和罐區(qū)，是區(qū)域性陰極保護(hù)的主要技術(shù)之一。由于保護(hù)對(duì)象為城市郊區(qū)的次高壓管道，附近可能存在受影響的非保護(hù)對(duì)象，為避免對(duì)管道周圍其他地下金屬構(gòu)筑物的影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和地下水位較高的特點(diǎn)，采用保護(hù)效果較好的深井陽(yáng)極地床。將陽(yáng)極井建在泰鋼次高壓管道的起點(diǎn)站——傅家莊門站，原因如下：a.門站有強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)備所需要的穩(wěn)定的外部電源和工作間，可減少二次建站的造價(jià)，還便于陽(yáng)極匯流電纜與恒電位儀陽(yáng)極接線點(diǎn)的短距離連接。b.門站工作人員可以隨時(shí)對(duì)設(shè)備情況進(jìn)行監(jiān)控、管理。

    ② 本項(xiàng)陰極保護(hù)工程輔助陽(yáng)極材料選用最近幾年由國(guó)外引進(jìn)的已大量用于工程實(shí)踐的混合金屬氧化物(MMO)管狀陽(yáng)極。MMO陽(yáng)極具有單位面積輸出電流大、壽命長(zhǎng)、本身強(qiáng)度高、重量輕、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。門站陽(yáng)極井深約40m，口徑規(guī)格Ø325，陽(yáng)極地床設(shè)置了6支Ø25、長(zhǎng)度為1m的MMO管狀陽(yáng)極。管狀陽(yáng)極設(shè)置方式為從井底到井口并聯(lián)式固定在長(zhǎng)度為40m、規(guī)格為Ø32×3.6的PVC管外壁，相鄰間距為6m，每支管狀陽(yáng)極緊貼PVC管外壁，兩端用PVC卡箍固定。由于陽(yáng)極棒在深井內(nèi)逐漸腐蝕并伴生氣體，因此，PVC管還作為陽(yáng)極井地下透氣管，外壁按螺旋方式均勻鉆Ø5的孔，間距為5cm，直至地面管口，管周圍填充焦炭，便于井內(nèi)氣體溢出至地面。

    ③ 為有效減小輔助陽(yáng)極接地電阻，并延長(zhǎng)輔助陽(yáng)極使用壽命，選擇含碳量較高的石油焦炭(粒徑為3～5mm)作為輔助陽(yáng)極填料，輔助陽(yáng)極井內(nèi)大約使用2t焦炭進(jìn)行填充。

   ① 控制系統(tǒng)

   位于傅家莊門站內(nèi)的陰極保護(hù)控制系統(tǒng)由2臺(tái)恒電位儀、1臺(tái)控制臺(tái)、1個(gè)輔助陽(yáng)極地床、1處陰極通電點(diǎn)組成。

    陽(yáng)極地床各支陽(yáng)極通過(guò)匯流電纜與恒電位儀陽(yáng)極接線柱相連。在泰鋼次高壓管道位于傅家莊門站工藝區(qū)埋地出站管道絕緣接頭外安裝一個(gè)接恒電位儀陰極通電點(diǎn)和一個(gè)零位接陰通電點(diǎn)，通過(guò)電纜分別與恒電位儀的相應(yīng)接線柱相連。在2個(gè)通電點(diǎn)附近土壤冰凍線以下距離管壁0.3m處分別埋設(shè)一支電位控制用長(zhǎng)壽命銅-硫酸銅參比電極和與管道同材質(zhì)的測(cè)試片(與保護(hù)管道相連)。為確保參比電極能夠正常工作，參比電極頂部設(shè)置一根Ø110×3的PVC管，配PVC地漏，并略低于地面，管內(nèi)填上細(xì)沙至地面高度，以便維護(hù)中向長(zhǎng)效參比電極澆水。

    ② 檢測(cè)系統(tǒng)

    陰極保護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)由恒電位儀、參比電極和測(cè)試樁組成。恒電位儀可以自動(dòng)測(cè)量通電點(diǎn)的電位、輸出電壓和輸出電流。沿泰鋼次高壓管道每隔3km設(shè)置1個(gè)混凝土電位測(cè)試樁，在傅家莊門站(首站)和泰鋼計(jì)量站(末站)各設(shè)置1個(gè)絕緣測(cè)試樁，總計(jì)12個(gè)檢測(cè)樁。

    ③ 電絕緣與電涌保護(hù)

    a. 本工程管道需要在傅家莊門站出站管道處、泰鋼計(jì)量站進(jìn)站管道處把現(xiàn)有法蘭改裝成絕緣法蘭，此項(xiàng)工作由我公司施工單位負(fù)責(zé)完成。后續(xù)鋼質(zhì)管道與本管道連接時(shí)必須設(shè)置絕緣接頭。

    b. 考慮到管道沿線雷電較多的特點(diǎn)，在絕緣法蘭(接頭)處采用雙鋅接地電池進(jìn)行保護(hù)，每1個(gè)絕緣法蘭(接頭)處設(shè)置雙鋅接地電池一套。在臨近高壓線和與鐵路交叉處分別設(shè)置鋅排流陽(yáng)極。

    ④ 干擾腐蝕控制

    考慮到管道沿線與高壓電線路交叉或鄰近、與鐵路交叉的特點(diǎn)，在次高壓管道上設(shè)置鋅排流陽(yáng)極8組，每組2支，每支質(zhì)量為15kg/支，用于排除雜散電流的影響和管道靜電接地。

   ⑤ 電纜型號(hào)

   陰極匯流電纜：VV22-1kV-1×16。

   陽(yáng)極匯流電纜：VV22-1kV-1×25。

   零位接陰電纜：VV22-1kV-1×16。

   測(cè)試樁測(cè)試電纜：VV-1kV-1×10。

   輔助陽(yáng)極電纜：VV-1kV-1×10。

   參比電極信號(hào)電纜：RVVP-2×1.5。

   對(duì)保護(hù)電流大小和經(jīng)濟(jì)電壓降作綜合考慮，根據(jù)導(dǎo)線總電阻所占系統(tǒng)回路總電阻的合適比例，確定以上陰極保護(hù)系統(tǒng)電纜配線截面積。

   零位接陰是整個(gè)儀器電路的地端，接于被保護(hù)物通電點(diǎn)附近，這個(gè)“地”必須建立在被保護(hù)物(管道)上，才能實(shí)現(xiàn)正確控制。因此，絕不能使用短線把零位接陰與輸出陰極接在一起。

   ⑥ 沿途閥門井防護(hù)

   由于燃?xì)夤艿朗┕r(shí)沿途閥門井兩端未設(shè)置絕緣接頭，在該次陰極保護(hù)方案中采用鎂合金陽(yáng)極補(bǔ)充閥門井的電流消耗，每個(gè)閥門井處設(shè)置鎂合金陽(yáng)極1組(2支)，型號(hào)為HFAZ63CT-8。泰鋼次高壓燃?xì)夤艿姥赝竟灿虚y門井4個(gè)，一共設(shè)置8支鎂合金陽(yáng)極。

    強(qiáng)制電流陰極保護(hù)工程施工前，施工方首先要制定完善的設(shè)計(jì)方案和施工組織設(shè)計(jì)，報(bào)請(qǐng)業(yè)主和監(jiān)理方審批通過(guò)。在施工過(guò)程中我公司派出經(jīng)過(guò)陰極保護(hù)專業(yè)培訓(xùn)的施工管理人員和監(jiān)理方全程現(xiàn)場(chǎng)管理。這樣做一方面便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)情況作出及時(shí)調(diào)整，另一方面也為了陰極保護(hù)工程施工保質(zhì)保量。

    強(qiáng)制電流陰極保護(hù)工程中設(shè)置于門站內(nèi)的接地電極和測(cè)試樁一般均按照設(shè)計(jì)方案施工。在管道沿途設(shè)置的測(cè)試樁，建議在遵從方案設(shè)計(jì)的前提下，可在較短距離范圍內(nèi)調(diào)整，把樁位設(shè)置于靠近路邊的地方，以便于巡檢人員進(jìn)行測(cè)試和維護(hù)。

    陰極保護(hù)系統(tǒng)在建設(shè)過(guò)程中利用絕緣接頭(或絕緣法蘭)與非保護(hù)管道進(jìn)行電絕緣而成為獨(dú)立的電保護(hù)系統(tǒng)。在實(shí)際操作中，一定要高質(zhì)量地做好絕緣隔離施工，必須由有經(jīng)驗(yàn)的電氣工程師進(jìn)行認(rèn)真的檢測(cè)，防止保護(hù)電流流失。

    泰鋼次高壓天然氣管道陰極保護(hù)工程施工完畢，我們?cè)谖赐娗皩?shí)測(cè)自然電位為-0.57V，通電極化電位選擇為-1.5V，極化時(shí)間選擇48h，陰極保護(hù)站電壓調(diào)整為-1.3V，管道末端實(shí)測(cè)保護(hù)電壓為-1.296V。建議新建強(qiáng)制電流陰極保護(hù)工程投運(yùn)初始階段短時(shí)間采用電壓絕對(duì)值較高的負(fù)陰極保護(hù)電壓運(yùn)行，有利于管道極化，但要控制好運(yùn)行時(shí)間，防止管道析氫、剝離防腐層。

    系統(tǒng)在建成后必須由有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)防腐蝕工程師進(jìn)行認(rèn)真的檢測(cè)和調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，注意察看恒電位儀、控制柜等設(shè)備是否正常工作；保護(hù)電位是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；檢測(cè)絕緣接頭兩側(cè)的電位，驗(yàn)證絕緣接頭的效果；通過(guò)繪制保護(hù)電位曲線圖，對(duì)異常部位要認(rèn)真找出漏電原因，及時(shí)采取措施。

    在運(yùn)行方面，我們?cè)陉帢O保護(hù)站制定了強(qiáng)制電流陰極保護(hù)操作規(guī)程，門站值班人員每1h記錄陰極保護(hù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，每1d巡檢測(cè)試樁并記錄測(cè)試值，2臺(tái)恒電位儀每1個(gè)月切換運(yùn)行1次。這樣做以確保受保護(hù)管道及設(shè)備的陰極保護(hù)實(shí)效。

    ① 對(duì)于有些城市原有的當(dāng)時(shí)未施加陰極保護(hù)的郊外埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿溃捎谕夥栏瘜有阅艿奶岣?，追加陰極保護(hù)措施可選擇強(qiáng)制電流法，其技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)效果明顯。

    ② 在強(qiáng)制電流陰極保護(hù)方案中，應(yīng)盡量選擇深陽(yáng)極地床技術(shù)，避免陽(yáng)極地床對(duì)其他埋地鋼質(zhì)建、構(gòu)筑物的影響。

    ③ 相對(duì)于犧牲陽(yáng)極法，強(qiáng)制電流法的陰極保護(hù)電流在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其保護(hù)效果更容易滿足要求。

    ④ 必須要求在受保護(hù)的燃?xì)夤艿劳窘?jīng)變電站、高壓線區(qū)域采取排流措施。

    ⑤ 陰極保護(hù)站建議建在受保護(hù)燃?xì)夤艿赖氖渍净蚰┱?，可大大減少投資費(fèi)用。

[1] SY/T 0036—2000，埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] CJJ 95—2003，城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程[S].

[3] SYJ 4006—1990，長(zhǎng)輸管道陰極保護(hù)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[4] 高鵬，王亞平，康志剛，等.新建埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿缽?qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)[J].煤氣與熱力，2008，28(12)：B09-B13.