強制電流陰極保護在直埋蒸汽管道的應(yīng)用

鄭春苗， 石常青， 高鐳珉， 胡海濤， 李吉星

(青島金海熱電有限公司，山東青島266000)

1 概述

青島金海熱電有限公司(以下簡稱金海熱電公司)既擔負著城鎮(zhèn)居民集中供熱，也是中韓貿(mào)易工業(yè)園區(qū)的供汽單位，更承擔著中國軌道交通裝備制造行業(yè)的骨干企業(yè)——中車青島四方機車車輛股份有限公司(本文簡稱中車青島公司)供汽服務(wù)。確保管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，關(guān)系著民生和經(jīng)濟。本文針對直埋蒸汽管道在埋地環(huán)境下出現(xiàn)的外護鋼管腐蝕穿孔問題，提出采取強制電流陰極保護，對防腐效果進行評價。

2 項目概況

① 項目概況

熱電廠為中車青島公司提供蒸汽，用于生產(chǎn)車間用汽。蒸汽管道采用直埋敷設(shè)，敷設(shè)長度為6.2 km，從熱電廠依次經(jīng)過熱電廠出廠段、過洪江河段、錦榮路段、華貫路段、中車入廠段到達中車青島公司生產(chǎn)車間。

設(shè)計蒸汽壓力1.0 MPa，溫度280 ℃。采用外滑動鋼套鋼預制直埋蒸汽管，固定支座形式為內(nèi)固定支座，補償器為套筒波紋管復合補償器。工作管規(guī)格為D630×10，外護管規(guī)格為D1020×12。外護管外防腐層采用3PE，補口采用熱縮套。

② 出現(xiàn)的問題

2016年，華貫路多處排潮管排出大量蒸汽，開挖檢查發(fā)現(xiàn)外護管多處腐蝕并出現(xiàn)穿孔，保溫層受損嚴重，出現(xiàn)大面積結(jié)晶體，非常堅硬。根據(jù)現(xiàn)場勘察，確定排潮管大量排汽的主要原因是直埋蒸汽管道外護管腐蝕穿孔，導致地下水進入保溫層，與工作管接觸汽化后產(chǎn)生大量蒸汽，由排潮管排出。保溫層出現(xiàn)的大面積結(jié)晶體，應(yīng)為含鹽地下水反復受熱濃縮后結(jié)晶而成。

3 解決思路與實施方案

① 解決思路

為防止直埋蒸汽管道今后出現(xiàn)類似情況，除需要更換腐蝕穿孔的直埋蒸汽管外，還考慮對華貫路段約1.2 km的直埋蒸汽管道的外護管實施強制電流陰極保護。

強制電流陰極保護是通過人為設(shè)置陽極地床強制電流輸出失去電子，使被保護的結(jié)構(gòu)、設(shè)備得電子，使需要保護的結(jié)構(gòu)、設(shè)備的電位一直處在陰極保護標準電位的狀態(tài)下，從而成為整個環(huán)境中的陰極。這樣，就不會因為失去電子而發(fā)生腐蝕。強制電流陰極保護系統(tǒng)由整流電源、輔助陽極地床、參比電極、連接電纜等組成，主要用于大型設(shè)備以及土壤電阻率比較高的環(huán)境中結(jié)構(gòu)、設(shè)備的陰極保護。

② 實施方案

對于直埋蒸汽管道，由于在滑動方式、固定支座、補償器、疏水裝置各個方面均實現(xiàn)了工作管與外護管之間無熱橋，因此工作管與外護管為電隔絕，強制電流陰極保護僅針對外護管。強制電流陰極保護系統(tǒng)的連接電纜與外護管進行鋁熱焊接，焊接后重新進行絕緣密封處理，確保焊接區(qū)的防腐效果可靠。

在更換腐蝕穿孔直埋蒸汽管的基礎(chǔ)上，2017年，實施了華貫路段直埋蒸汽管道外護管的強制電流陰極保護工程。2018年，先后對熱電廠出廠段(約1.3 km)、錦榮路段(約600 m)、中車青島公司入場段(約1.2 km)的直埋蒸汽管道外護管實施了強制電流陰極保護。

4條路段的直埋蒸汽管道分別設(shè)置1臺恒電位儀(與防爆接線箱安裝在陰極保護間內(nèi))，輔助陽極地床沿管道均勻分布，通過電纜與恒電位儀連接。由于排潮管與外護管為電連通，未單獨設(shè)置測試樁，測試系統(tǒng)電位時，將排潮管作為測試端。

4 陰極保護效果

① 斷電電位

經(jīng)現(xiàn)場測量，直埋蒸汽管道外護管自然電位為-0.66～-0.57 V。根據(jù)GB/T 21448—2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，最小保護電位(無IR降)取-0.85 V，限制臨界電位(無IR降)取-1.2 V。

2019年9月24日，我們對熱電廠出廠段、錦榮路段、華貫路段、中車入廠段直埋蒸汽管道外護管的斷電電位進行測量。由于熱電廠出廠段與錦榮路段之間僅隔一段過河段，因此采取聯(lián)合測量。華貫路段、中車入廠段則采取單獨測量。實測結(jié)果分別見表1～3。由表1～3數(shù)據(jù)可知，4條路段直埋蒸汽管道外護管各測點的斷電電位均負于最小保護電位，正于限制臨界電位，說明外護管受到了充分的陰極保護。

表1 熱電廠出廠段及錦榮路段直埋蒸汽管道外護管的斷電電位

② 排潮管排汽量

自更換腐蝕穿孔的直埋蒸汽管及實施外護管強制電流陰極保護以來，華貫路段直埋蒸汽管道排潮管再未出現(xiàn)過大量排汽的情況。說明外護管腐蝕得到了有效抑制。

表2 華貫路段直埋蒸汽管道外護管的斷電電位

表3 中車入廠段直埋蒸汽管道外護管的斷電電位

5 結(jié)語

對較強腐蝕環(huán)境中的直埋蒸汽管道實施強制電流陰極保護技術(shù)，對抑制外護管腐蝕穿孔效果明顯，宜在管道敷設(shè)安裝時同步實施。既有直埋蒸汽管道實施強制電流陰極保護，存在開挖路面以及在綠化帶內(nèi)施工的情況，不僅施工難度較大，而且涉及侵占管位的問題。隨著城市建設(shè)加快，日后建成的地鐵項目將導致雜散電流的干擾，需要在后期增設(shè)排流設(shè)施。因此，應(yīng)加強日常監(jiān)督和數(shù)據(jù)分析，密切關(guān)注管道的運行狀況。