陰極保護(hù)技術(shù)在直埋蒸汽管道中的應(yīng)用

王宗超

摘 要：為了延長管道的使用壽命和保障安全生產(chǎn)，應(yīng)在管道防腐中采用防腐蝕涂層與陰極保護(hù)相結(jié)合的雙保護(hù)技術(shù)。防腐涂層可對管道與周圍土壤介質(zhì)起到物理隔離作用，優(yōu)質(zhì)的防腐涂層可有效降低陰極保護(hù)所需的保護(hù)電流密度；陰極保護(hù)可有效彌補(bǔ)防腐涂層具有的針孔、涂層老化等缺陷，從根本上抑制管道土壤腐蝕的發(fā)生和發(fā)展。通過兩者的結(jié)合使用，可大大延長管道的使用壽命，這是目前公認(rèn)的組合防腐蝕技術(shù)。

關(guān)鍵詞：蒸汽直埋管道；陰極保護(hù)；鎂合金陽極；防腐蝕技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG174.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.133

本文以無錫協(xié)聯(lián)熱電埋地蒸汽管道改造項(xiàng)目為例，具體闡述陰極保護(hù)在蒸汽熱網(wǎng)埋地管道中的應(yīng)用。2013年，無錫協(xié)聯(lián)熱電擬對市區(qū)解放環(huán)路內(nèi)各埋地蒸汽管道進(jìn)行全面改造，對各埋地蒸汽管道加裝陰極保護(hù)為改造項(xiàng)目之一，從而延長管道的使用壽命。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

本設(shè)計(jì)參考《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 21448—2008）、《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測量方法》（GB/T 21246—2007）、《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（SY/T 0017—2006）、《埋地或水下金屬管道系統(tǒng)的外部腐蝕控制》（NACE RPO169—96）和無錫市區(qū)的地下水位、水質(zhì)狀況。

2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

保護(hù)電位：管道保護(hù)電位為-0.85 V（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極）；設(shè)計(jì)使用年限t≥20年。

3 設(shè)計(jì)方案

陰極保護(hù)方法分為強(qiáng)制電流保護(hù)和犧牲陽極保護(hù)兩種。根據(jù)本管道所處的環(huán)境狀況和外涂層性質(zhì)（在本設(shè)計(jì)中，埋地蒸汽管道外套鋼管防腐層采用環(huán)氧煤瀝青防腐層，防腐結(jié)構(gòu)為“一底三布五油”，即“底漆—瀝青—玻璃布—瀝青—玻璃布—瀝青—玻璃布—兩層瀝青”），本管道宜使用犧牲陽極法。犧牲陽極的作用分為2方面：①對管道實(shí)施有效保護(hù)；②起排流作用，以排除雜散電流的干擾。

4 犧牲陽極保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 保護(hù)面積

本項(xiàng)目埋地蒸汽管道外套管的外表面積為6 692 m2，詳見表1.

4.2 平均保護(hù)電流的密度

根據(jù)本項(xiàng)目管道周圍的工況條件、涂層品種、設(shè)計(jì)使用壽命等，考慮到需要陰極保護(hù)蒸汽管道的外套管具有一定的溫度，并參考了其他工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定本管道的平均保護(hù)電流密度為0.8 mA/m2。

4.3 陽極材料

選用鎂合金犧牲陽極，陽極的化學(xué)成分和電化學(xué)性能應(yīng)符合GB/T 21448—2008中的規(guī)定，詳見表2和表3.

4.3.1 陽極的規(guī)格、型號(hào)

鎂合金陽極的型號(hào)為MG-22，規(guī)格為700 mm×（130 mm +150 mm）×125 mm，質(zhì)量為22 kg。

4.3.2 填充料的配方

在土壤環(huán)境中，為了降低犧牲陽極接地電阻和活化陽極的電化學(xué)性能，需要在鎂陽極中配置專用化學(xué)填充料。填充料的成分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的石膏粉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的工業(yè)硫酸鎂和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的膨潤土。

4.3.3 填料包的規(guī)格

MG-22型陽極（22 kg/支）填料包的尺寸為φ300×1 000 mm。

4.4 陽極用量的計(jì)算

4.4.1 陽極接地電阻

陽極采用立式埋設(shè)，陽極接地電阻按以下公式計(jì)算：

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），求得MG-22型陽極接地電阻RV=9.34 Ω。

4.4.2 單組陽極接地電阻的計(jì)算

單組陽極接地電阻的計(jì)算公式為：

4.4.5 犧牲陽極的用量

陰極保護(hù)所需的犧牲陽極數(shù)量按以下公式計(jì)算：

計(jì)算結(jié)果見表5.

考慮到陽極采取成組埋設(shè)的方式，所以，選取了148只陽極。

4.4.6 陽極間距

犧牲陽極埋設(shè)間距詳見表6.

4.4.7 犧牲陽極使用壽命的計(jì)算

陽極的使用壽命可按以下公式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算可得，T=20.55年，可滿足設(shè)計(jì)中20年的年限要求。

〔編輯：張思楠〕