【正文】 輸氣管線陰極防腐保護工程初步設計輸氣管線陰極防腐保護工程初步設計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II1 概述 1 工程概況及設計基礎資料 1 檢測結論 1 工程概況 2 調查數據綜合分析評價 32 管道陰極保護 8 陰極保護設計的基礎資料 8 陰極保護系統(tǒng)的構成及附屬設施 9 計算公式 10 計算結果 11 陰極保護設計技術要求 113 特殊管段防腐 134 環(huán)境保護 13 主要污染源、污染物及其控制措施 13 引起的生態(tài)變化所采取的防范措施 13 綠化 14 環(huán)境影響分析 145 職業(yè)安全衛(wèi)生 14 職工安全衛(wèi)生設計中采用的主要防范措施 14 預期效果 146 消防 15 建(構)筑物 15 消防設施 15 預期效果 157 節(jié)能 15 能耗分析 15 節(jié)能措施 158 定員要求 159 概算投資 15主要符號表及說明 16參 考 文 獻 17附錄A 調查數據結果表 181．調查數據結果表 18 18 32致 謝 1 II 1 概述 工程概況及設計基礎資料牛居—青龍臺D426輸氣管線工程，始建于1984年，目前仍在運行。，起點為龍一聯(lián)，終點為牛一聯(lián)，管線規(guī)格為D4267，材質為20鋼，設計溫度為常溫。管線所經地區(qū)為水田和旱地，土壤類型為褐色壤土，～m之間，管線經過遼陽縣小北河鎮(zhèn)通氣彎村、本遼高速、遼陽縣小北河鎮(zhèn)劉家窩棚、燈塔縣牛居村、輕烴廠、金稻米業(yè)等地。管線主要穿越流沙河，穿越本遼高速及多處鄉(xiāng)間公路。通過對沿線土壤腐蝕環(huán)境評價數據分析，埋地管線所處土壤腐蝕環(huán)境為強腐蝕。本次對該管線進行了全面檢測，檢測結果為管線腐蝕不很嚴重，；管線防腐層為石油瀝青玻璃布，厚度為4mm，防腐層電阻最大值為3600Ωm2，最小值小于100Ωm2，防腐層電阻平均值為1700Ωm2，有8處共計65m管段無防腐層或防腐層龜裂嚴重，防腐層與管線的粘結力較差。原管線采用犧牲陽極保護，現陰極保護設施已失效。管線沿線轉角樁丟失嚴重，共計27處。 檢測結論 工程小結本次工程共計調查地下輸油管線1條。 檢測結果評價（1）沿線土壤腐蝕環(huán)境評價：經數據處理和化學分析結果顯示，測區(qū)內管線沿線土壤呈偏堿，土壤腐蝕等級為強。（2）沿線雜散電流評價：根據對沿線電位梯度及雜散電流測量結果顯示，該區(qū)域管線存在雜散電流影響，雜散電流評價等級為中等。（3） 管線防腐層絕緣電阻評價：防腐層主要為黑色瀝青玻璃絲布防腐，具體分段評價見附表。（4）管線腐蝕評價：根據對沿線所取的腐蝕調查數據進行管線腐蝕評價，具體分段評價見附表。 推薦方案（1）管線穿本遼高速處加標志樁和管線全線轉角樁安裝。（2）管線由于電位是自然電位，要給管線施加陰極保護，建議采用犧牲陽極保護。（3）管線沿線明管多處防腐層龜裂或者裸管,建議重新做防腐。 工程概況 概述牛居—青龍臺Ф426輸氣管線陰極防腐保護系統(tǒng)達不到保護目的且管線沿途標志樁丟失嚴重，特需進行管線全線檢測。 工作量該工程系地下管網探測、腐蝕調查及綜合評價，共調查管線1條。 坐標系探測到的地下管線特征點（起訖點及折點），使用全球定位系統(tǒng)GPSRTK進行三維坐標測量，坐標系統(tǒng)采用1954年北京坐標系。 測區(qū)自然地理概況測區(qū)地形平坦，測區(qū)內為葦田為主。 作業(yè)技術依據《鋼質管線及儲罐腐蝕與防護調查方法標準》《埋地鋼質管線外防腐層和保溫層現場補口補傷施工及驗收規(guī)范》 管線線路的編號、量距及在實地標定 管線探測及腐蝕調查方法和內容 地下管線探查地下管線探測及漏點定位；管線探測點的空間定位測量； 腐蝕調查內容腐蝕環(huán)境調查的內容包括：土壤電阻率；氧化還原電位；腐蝕電流；腐蝕率；地下水取樣化驗分析；土壤的理化性能分析。防腐保溫層狀況調查內容包括：絕緣層電阻測試；防腐層地面檢漏；管體腐蝕狀況調查內容包括：管體腐蝕表面調查；腐蝕產物進行實驗室內的定性分析；判定腐蝕類型及測試管線的殘余壁厚。雜散電流狀況調查內容包括：自然電位測量；管地電位測量；電位梯度測量；雜散電流測量。數據微機處理，分析管線腐蝕原因及腐蝕機理，提出相應的處理方案，并出具測試報告。 調查數據綜合分析評價 土壤腐蝕性評估管線埋藏于土壤中，整個土壤環(huán)境作為管線的腐蝕環(huán)境其腐蝕性對預測管體金屬的腐蝕程度起著重要的作用。土壤腐蝕性評價，一般采用多個單因素指標綜合評價的方法。可以較為真實地反映出土壤的腐蝕性。本次調查采用的評價指標為土壤電阻率、氧化還原電位和管體金屬在土壤中的腐蝕率。土壤電阻率是最早使用評價土壤腐蝕性的指標，土壤電阻率越大，金屬在土壤中的腐蝕性越輕。這個指標的優(yōu)點是方便，快捷，但易產生誤判。本次調查采用的是SY/T 0599的評價標準，將土壤腐蝕性分為四個標準；氧化還原電位是以鉑金電極在不同溫度下相對于甘汞參比電極（SCE）的電位換算成25℃標準氫電極（SHE）的電位值。氧化還原電位反映了土壤的還原性，環(huán)境與硫酸鹽還原菌腐蝕聯(lián)系在一起。這種腐蝕的細菌能形成群體，多造成局部腐蝕形態(tài)，對管線的危害較大。而且在還原性的土壤中有機物可以分解生成酸性物質也是造成管線腐蝕的重要原因。我們采用氧化還原電位評價土壤腐蝕性的標準，將土壤的腐蝕性按氧化還原電位分為四級；土壤腐蝕率反映的是土壤中無防腐層金屬被腐蝕的速度。；土壤的含水率、PH值、Cl離子和SO42離子對埋地金屬管線的腐蝕有很大影響，PH較高或較低時金屬的腐蝕速度較大，在管線的防腐層薄弱的地方會增加金屬點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕的發(fā)生。表 土壤腐蝕性評價標準項目強較強中弱評判標準土壤電阻率()2020~5050SY/T 0599氧化還原電位(V)100100200200400400SY/T 0599腐蝕率(mm/y)SY/T 0599 土壤理化性能分析評價標準項目強較強中較弱弱土壤含水率25～1212～1010～77～3；25～403；40土壤PH值；～～Cl(mg/kg)55～22SO42(mg/kg)55～22，對沿線土壤環(huán)境腐蝕性進行了評價，評價結果見附表。通過對沿線土壤環(huán)境腐蝕性評價數據分析，埋地管線所處土壤環(huán)境腐蝕等級為強腐蝕。如果防腐層破損，管線將發(fā)生腐蝕。 雜散電流狀況評估雜散電流是從電力設備的電源導體進入到周圍土壤中的電流，該電流在另一點從土壤中返回到電源電路。一般來說，直流雜散電流引起的腐蝕比交流電雜散電流腐蝕嚴重的多。因此，本次調查主要以直流雜電為主。直流雜散電流對金屬的腐蝕情況類似于電解原理，即陽極為正極，為腐蝕區(qū)；陰極為負極，為非腐蝕區(qū)。直流雜散電流通過土壤進入管線的區(qū)域為陰極區(qū)，該電流從管線的另一處流出，這一區(qū)域為陽極區(qū)。雜散電流對埋地金屬管線的腐蝕極為嚴重。這種腐蝕的形貌一般為局部針狀腐蝕，從外表上看雖然管段其他部分腐蝕非常輕微，但雜散電流的陽極區(qū)卻可能已經穿孔。由此看來，雜散電流對管線的危害是非常嚴重的，應引起高度重視。直流雜散電流的來源主要是直流電流電氣化鐵路、有軌電車等接地裝置、直流電焊機、電解和電鍍車間等。大地也存在少量的雜散電流，稱為地電流。這是由于太陽的紫外線和高能粒子的輻射，將大氣中的分子電離為帶電的正負離子，在地磁場的作用下，帶電離子沿一定的方向流動，在地球表面形成感應電流。地下除了大地場外，還有自然電場和離散電場等。大地是具有一定電阻的電導體，如果土壤中有地電流存在時，將會在大地上產生一定的IR降，即地電位差，我們用兩個不易極化且電位穩(wěn)定的可逆電極可以測得該電位差，一般選用硫酸銅參比電極測量電位梯度。電位梯度可以反映出該處雜散電流的情況。另外，從管地電位的大小和變化，也可以分析地下金屬管線上有無雜散電流的存在。本次調查采用中科院金屬腐蝕與防護研究所研制的SCM－2智能型雜散電流腐蝕測量儀，對管地電位進行長時間的連續(xù)監(jiān)測，所得數據經軟件處理可分析管線中雜散電流的大小與方向。該儀器的測量結果將直觀準確地反映出雜散電流的變化情況。 雜散電流評價標準表 評價分級強中弱電位梯度絕對值(mV/20m)55～管地電位變化（VmaxVave）(mV)100100～5050，對管線沿線雜散電流進行了評價，評價結果見附表。通過對管線沿線雜散電流評價數據分析，埋地管線環(huán)境中有雜散電流存在?？傮w來說,該區(qū)域雜散電流評價等級為中。即使該管段絕緣層狀況較好，但只要該管段存在漏點雜散電流就會由漏點處流入，并沿管線流動，在管線其他漏點處（管線與土壤接觸電阻最低處）流出，使陽極區(qū)產生較為嚴重的針狀腐蝕，并且腐蝕速度較大。 管線防腐層絕緣電阻評估管線鋪設在地下，由瀝青玻璃絲布及黃夾克把管體金屬與外界土壤環(huán)境隔離開來，而起到防腐蝕的作用。因此，絕緣層質量的好壞將直接影響到埋地管線的使用壽命。絕緣層電阻值測量是腐蝕調查工作的重要內容。防腐層絕緣電阻是綜合反映覆蓋層技術狀況的重要指標。該項指標不僅與防腐材料本身有關，而且與施工質量密切相關。施工中對防腐層的任何損壞或防腐層本身的質量問題等現象，都將表現為絕緣層電阻的下降。對于泡沫夾克管來說，防腐層質量的下降將直接導致保溫層的破損，使管體金屬發(fā)生腐蝕。根據近年來的文獻顯示，泡沫夾克管腐蝕的最主要原因是泡沫中進水。因此可以看出管線絕緣層電阻的降低是管線腐蝕的先決條件。防腐層絕緣電阻的測量采用PCM管線測量系統(tǒng)。其測量值代表某一段管線絕緣層電阻的平均值。評價標準采用1995年我國制定了中華人民共和國行業(yè)標準SY/T 008795“鋼質管線及儲罐腐蝕與防護調查方法”標準中管線防腐層保護效果評價等級。 管線外防腐層絕緣電阻值的評價標準 等 級優(yōu)良可差劣絕緣層電阻()1000010000～50003000～50001000～30001000根據所調查管線的實際情況，對管線防腐層絕緣電阻進行了評價，評價結果見附表。從表中可以看到，管線絕緣層電阻值普遍為差、劣。經過開挖探坑驗證，管線腐蝕情況與地面檢測結果基本正確，如果該處管段環(huán)境地下水位較高，腐蝕環(huán)境較為惡劣，管線將會發(fā)生嚴重腐蝕。 管線腐蝕機理分析埋地金屬管線的腐蝕因素可概分為土壤因素和非土壤因素兩大類，土壤因素與土壤性質有直接關系，非土壤因素主要是由電性因素以及人為因素引起。土壤本身是一個由固、液、氣三相組成的不均一的多相體系，固相部分是由不同粒徑的顆粒組成，氣體與水則充滿在土壤孔隙中。土壤中金屬的腐蝕過程主要是電化學溶解過程，形成各種腐蝕電池，致使金屬受損。土壤的組成、含有的氣體、微生物和酸度等化學因素，土壤的顆粒大小、透氣性、含水量等物理因素以及雨水、氣溫、風和光照等氣候因素都會引起土壤性質的顯著變化，進而影響金屬在土壤中的腐蝕速率。埋地管線金屬與性質不同的土壤接觸后，在這些部位產生電位差，不同部位的電位差通過土壤介質構成回路，形成腐蝕電池，,鹽濃差電池腐蝕,溫差電池等等；電腐蝕是電化學腐蝕的一種特殊形式，是因雜散直流電流和高壓輸電線在土壤中感應產生的交流電流產生強迫溶解而引起地下金屬管線的電腐蝕，包括直流雜散電流和交流雜散電流腐蝕；人為因素主要是在管線的敷設中由于施工不當造成的人為破損。導致防腐層失效,管線直接暴露在腐蝕介質中,從而使管線發(fā)生嚴重的腐蝕損傷。在本次調查中，經過對現場測試的大量數據統(tǒng)計分析，我們認為造成被調查管線腐蝕的主要原因主要有以下幾種。(1)由于土壤結構不同導致嚴重的宏電池腐蝕　管線沿線經過不同土壤層，管線金屬表面與通氣性差的土壤相接觸而引起的腐蝕，如水旱田交界處，池塘岸邊、砂粘相間的土層等。位于水 飽和或通氣性差的土壤中的管線表面產生嚴重腐蝕。 (2)管線不同部位的腐蝕由于管線在敷設施工過程中，回填土夯實程度不如原土結實，而且管線上部又接近地面，故氧氣充足，氧的濃度大，所以管線上部金屬的電極電位高。 管線下部原土結實，氧的濃度小，管線下部金屬的電極電位低。因此，管線上、下兩部位電極電位不同，管線上部是腐蝕電池的陰極區(qū)，管線下部是腐蝕電池的陽極區(qū)，遭受腐蝕。(1)管線彎頭處的應力腐蝕敷設管線施工過程中在管線走向有形狀變化處很多，如管線彈性轉彎處、管溝挖深不同致使管線不能完全緊貼溝底敷設，這樣一來管線某些部位金屬受應力，形成物理狀態(tài)不均勻。在變形小應力小部位的金屬電極電位高，是腐蝕電池的陰極區(qū)。在變形大應力大部位的金屬電極電位低，是腐蝕電池的陽極區(qū)，一旦防腐層發(fā)生破損,管線暴露在介質中時,在應力和腐蝕介質的聯(lián)合作用下,管線加速腐蝕,使管線彎頭外側很快穿孔.（2）管線的局部腐蝕 從數據表中可以看到,管線沿線部分地區(qū)土壤中Cl,SO42含量較高, Cl和SO42對金屬氧化膜的穿透性極強,因而極易誘發(fā)點蝕,縫隙腐蝕等嚴重的局部腐蝕,這時,腐蝕沿著管壁深度方向快速進行,在管體表面形成深坑,.（3）裸露管線的腐蝕直接露在地面上的管線由于日久風化和某些人為的因素防腐層一般破損較為嚴重,由于瀝青防腐層與管線結合力不強,防腐層破損處容易封存雨水,被封存的雨水經過不斷的蒸發(fā)濃縮,在管線表面與破損的防腐層之間形成一個相對獨立的具有強腐蝕性的環(huán)境,在這個環(huán)境中某些有害離子,比如Cl,SO42,S2,H+等的濃度要遠遠超過自然環(huán)境,在這種強腐蝕環(huán)境中,管線的腐蝕速度大大增加.2 管道陰極保護 陰極保護設計的基礎資料 工藝站場及閥室的設置牛居—青龍臺D426輸氣管線工程，