石油化工企業(yè)埋地鋼管道區(qū)域性陰極保護技術(shù)

汪海波，楊 鑫，楊朝輝，李 寧

(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島 266071)

石油化工企業(yè)埋地鋼管道區(qū)域性陰極保護技術(shù)

汪海波，楊 鑫，楊朝輝，李 寧

(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島 266071)

以某化工企業(yè)地下水管網(wǎng)追加區(qū)域性陰極保護實施過程為事例，對相關(guān)問題進行了探討。包括對現(xiàn)場情況的詳細調(diào)查，追加陰極保護方案設計以及方案實施等內(nèi)容。

埋地管道 區(qū)域性陰極保護

石油化工尤其是以化工為主業(yè)的企業(yè)，諸如消防水管網(wǎng)、工業(yè)水管網(wǎng)(主要為冷凝循環(huán)水管網(wǎng))和工業(yè)管道等地下鋼質(zhì)管網(wǎng)星羅棋布。隨著企業(yè)不斷發(fā)展，產(chǎn)能不斷擴張，地下管網(wǎng)擴建會不斷持續(xù)下去，但企業(yè)用地有限，地下空間更加有限，所以管網(wǎng)布局縱橫交錯。

2004年在某大型石油化工企業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，廠區(qū)中心區(qū)域上中下分布三層管網(wǎng)，縱向間距一米左右，最多一層橫向排列各種規(guī)格鋼質(zhì)管道7根;每層管網(wǎng)建成年代相距五年以上，防腐蝕層狀況大相徑庭。

地下管網(wǎng)所處環(huán)境惡劣，除水、氧氣外，還有大量腐蝕介質(zhì)以及雜散電流存在。而尤其是消防水和工業(yè)水管網(wǎng)等地下鋼質(zhì)管網(wǎng)，其外防腐蝕層一般為防腐蝕等級較低的環(huán)氧煤瀝青，且十年前建成的企業(yè)一般不增設陰極保護，年限一長，防腐蝕層出現(xiàn)老化、剝離和破損，露出基體。從電化學腐蝕角度考慮，破露點將作為電化學腐蝕的小陽極，防腐蝕層完好的部分作為電化學反應的大陰極，從而引發(fā)腐蝕性極其嚴重的大陰極小陽極的電化學過程，破露點處腐蝕速度會以幾何數(shù)量級增加，穿孔等腐蝕現(xiàn)象也就司空見慣。

地下管網(wǎng)的腐蝕、泄漏造成危害不一樣:原材料等工業(yè)管道泄漏會帶來環(huán)境污染、起火爆炸等危害;消防水管網(wǎng)泄漏會帶來消防安全隱患;工業(yè)水管網(wǎng)泄漏直接導致?lián)p失巨大的生產(chǎn)停產(chǎn)，某廠因停水檢修一天的損失就達到千萬元;泄漏發(fā)生后勢必需要投入大量人力物力來進行搶修。

近年來，隨著行業(yè)管理者以及企業(yè)自身的重視，陰極保護因其緩解直至停滯電化學腐蝕發(fā)生，延長地下管網(wǎng)使用壽命等功效，被大規(guī)模引用到石油化工企業(yè)地下管網(wǎng)上。新建廠區(qū)，建設初期一般即同步安裝陰極保護裝置;已建成廠區(qū)，條件允許，追加陰極保護裝置。2005年華東某大型石化企業(yè)地下水管網(wǎng)追加陰極保護裝置就是一個典型事例。

1 追加陰極保護裝置準備工作

為得到詳實的現(xiàn)場資料，給設計、施工提供足夠的依據(jù)，2005年3－4月份，組織相關(guān)技術(shù)人員，對現(xiàn)場情況作了細致的調(diào)研。調(diào)研主要內(nèi)容包括:管道基本情況(包括施工和竣工圖紙、管材、材質(zhì)、外防腐蝕層類型及等級、運行期間的維修情況等);土壤腐蝕特性;雜散電流分布;管道外防腐蝕層老化和破損情況等。應用的方法主要有:直接觀察法、無損檢測法、在線檢測法和實驗室理化分析法等。

調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn):鋼質(zhì)管道分布較為規(guī)范，未發(fā)現(xiàn)分層埋設現(xiàn)象，但管徑跨度較大，從φ80 mm～φ1 420 mm;部分管段運行期間泄漏、維修頻次較高，每年至少停工檢修2次以上;管道防腐蝕層狀況較差，經(jīng)評估達差與劣等級的占到30%左右(詳見表1);管道周圍土壤腐蝕性強，平均土壤電阻率25.8(Ω·m);部分區(qū)域存在雜散電流干擾。

表1 管道防腐蝕層檢測狀況

考慮相關(guān)領(lǐng)域未有統(tǒng)一的國標、行標對相關(guān)技術(shù)參數(shù)尤其是陰極保護電流密度作出明確規(guī)定，調(diào)研過程中，同時進行了多個管段的饋電試驗工作，根據(jù)饋電實驗結(jié)果，選定陰極保護電流密度為5 mA/m2。

2 方案設計

綜合以上調(diào)研結(jié)果，考慮已建成廠區(qū)無法追加絕緣裝置等現(xiàn)實，決定采用區(qū)域性陰極保護方法，把地下水管網(wǎng)作為一個保護整體進行設計;輔助陽極地床采用深井方式;陽極地床個數(shù)由整個管網(wǎng)所需保護電流除以單座陽極地床發(fā)出電流大小得出;陽極地床安裝位置結(jié)合現(xiàn)場實際情況考慮，在服從整體布局基礎(chǔ)上，每座陽極地床應有保護側(cè)重點與針對性;在管段特別密集，大小管徑交雜分布區(qū)域，引進近陽極地床概念，采用特制輔助陽極與管道同溝敷設方式，重點保護該段管道;為針對性保護近陽極地床，計算保護電流時該管段重復計算;輔助陽極采用自身質(zhì)量輕，消耗率低、壽命長的貴金屬氧化物陽極;配套使用碳質(zhì)量分數(shù)為98%以上的石油焦;雜散電流干擾嚴重區(qū)域，安裝排流裝置;極少數(shù)特別偏遠管段以及有明顯屏蔽物管段，追加部分高電位鎂陽極進行保護。設計參數(shù)見表2，設計結(jié)果見表3。

表2 設計參數(shù)

表3 設計結(jié)果

3 方案實施

方案實施過程需要重點考慮以下幾個方面:

(1)施工技術(shù):涉及深井陽極地床、近陽極地床、排流陽極、高電位鎂陽極、通電點和測試樁等施工安裝技術(shù)。重點關(guān)注深井陽極地床施工，本次工程采用輔助陽極借用支撐管固定、逐根并聯(lián)安裝模式，所以焦炭的填埋壓實是需要重點控制的技術(shù)環(huán)節(jié);同時，良好的排氣效果是深井陽極地床壽命的保障，所以在支撐管已鉆有足夠排氣孔的基礎(chǔ)上，再套裝一根管徑稍細，排氣孔數(shù)量、規(guī)格相同的專用排氣管。通電點防腐蝕密封是另一個需要重視的技術(shù)環(huán)節(jié);采用高等級的環(huán)氧樹脂加熱交聯(lián)輻射收縮帶雙重防腐蝕密封方式能最大程度保障通電點與外界隔絕。

(2)安全、環(huán)保:因牽涉到在不停產(chǎn)狀況下廠區(qū)大規(guī)模開挖、施工，安全、環(huán)保應放在第一位。施工時間的協(xié)調(diào)與合理安排，施工現(xiàn)場的整齊堆放與施工完畢的場地恢復，都是本環(huán)節(jié)需要重點考慮的對象。

(3)專業(yè)施工:根據(jù)石油化工企業(yè)自身特點，在焊接、電纜敷設以及綠化恢復等環(huán)節(jié)，最好聘請專業(yè)施工隊伍進行施工。

在未干擾企業(yè)正常生產(chǎn)的情況下，項目組全體人員奮戰(zhàn)30天時間，依據(jù)設計方案，保質(zhì)保量完成了整個陰極保護系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作。

4 效果

陰極保護效果記錄見表4，系統(tǒng)輸出記錄見表5。

5 問題及探討

(1)目前未有實用、可操作的區(qū)域性陰極保護統(tǒng)一標準，導致實施過程中，設計參數(shù)的選取、電位的測量等等，只能借鑒相近標準實施。

(2)針對石油化工企業(yè)的地下管網(wǎng)進行保護，電流密度的選取是最為關(guān)鍵的一步，在目前未有統(tǒng)一標準的情況下(因個體差異太大，恐怕也很難統(tǒng)一、硬性要求)，設計前進行饋電試驗應該是一個行之有效的辦法。

(3)區(qū)域性陰極保護過程中由于管道分布復雜，陽極地床選址受限，不可避免會出現(xiàn)電極錐對部分管段的干擾。根據(jù)實地檢測，穿過陽極地床與陰極接點之間的管道局部會測到低于陰極給定點1V的電位差，所以區(qū)域性陰極保護過程中跨接電纜是必不可少的設施之一。

表4 陰極保護效果記錄

表5 陰極保護系統(tǒng)輸出記錄

［1］胡士信 .陰極保護工程手冊［M］.化學工業(yè)出版社.2000.10.

［2］貝克曼 W V，施文克 W.陰極保護手冊［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2005:03.

Cathodic Protection Technology for Buried Steel Pipeline Networks in Petrochemical Plants

Wang Haibo，Yang Xin，Yang Zhaohui，Li Ning
CISRI Qingdao Marine Corrosion Research Institute(Qingdao，Shandong 266071)

In a case study of the application of cathodic protection system in additional underground water pipeline networks for a petrochemical plant，the associated problems were studied，including detailed site investigation，design of additional cathodic protection system and implementation，etc.

buried pipeline，area cathodic protection

TQ174.41

A

1007－015X(2011)04－0020－03

2011－05－ 03;

2011－07－29。

汪海波，高級工程師，現(xiàn)就職于鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，常年從事陰極保護技術(shù)開發(fā)與應用工作。E-mail:haibowfs@163.com