【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工質(zhì)量密切相關(guān)。施工中對(duì)防腐層的任何損壞或防腐層本身的質(zhì)量問題等現(xiàn)象，都將表現(xiàn)為絕緣層電阻的下降。對(duì)于泡沫夾克管來說，防腐層質(zhì)量的下降將直接導(dǎo)致保溫層的破損，使管體金屬發(fā)生腐蝕。根據(jù)近年來的文獻(xiàn)顯示，泡沫夾克管腐蝕的最主要原因是泡沫中進(jìn)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(cè)量采用 PCM 管線測(cè)量系統(tǒng)。其測(cè)量值代表某一段管線絕緣層電阻的平均值。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用 1995 年我國制定了中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 008795“鋼質(zhì)管線及儲(chǔ)罐腐蝕與防護(hù)調(diào)查方法”標(biāo)準(zhǔn)中管線防腐層保護(hù)效果評(píng)價(jià)等級(jí)，評(píng)價(jià)等級(jí)見表 。 表 管線外防腐層絕緣電阻值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 等 級(jí) 優(yōu) 良 可 差 劣 絕緣層電阻(Ω .m2) 10000 10000～ 5000 3000～ 5000 1000～ 3000 1000 根據(jù)所 調(diào)查管線的實(shí)際情況，對(duì)管線防腐層絕緣電阻進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)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(jīng)過開挖探坑驗(yàn)證，管線腐蝕情況與地面檢測(cè)結(jié)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(huì)發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。 管線腐蝕機(jī)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(zhì)有直接關(guān)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(gè)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(xué)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(xué)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(fēng)和光照等氣候因素都會(huì)引起土壤性質(zhì)的顯著變化，進(jìn)而影響金屬在土壤中的腐蝕速率。埋地管線金屬與性質(zhì)不同的土壤接觸后，在這些部位產(chǎn)生電位差，不同部位的電位差通過土壤輸氣管線陰極防腐保護(hù)工程初步設(shè)計(jì) 6 介質(zhì)構(gòu)成回路，形成腐蝕電池，從而在局部加速腐蝕 .這種腐蝕電池主要有氧濃差電池腐蝕 ,鹽濃差電池腐蝕 ,溫差電池等等； 電腐蝕是電化學(xué)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(yīng)產(chǎn)生的交流電流產(chǎn)生強(qiáng)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(shè)中由于施工不當(dāng)造成的人為破損。導(dǎo)致防腐層失效 ,管線直接暴露在腐蝕介質(zhì)中 ,從而使管線發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕損傷 。 在本次調(diào)查中，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，我們認(rèn)為造成被調(diào)查管線腐蝕的主要原因主要有以下幾種 。 (1)由于土壤結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致嚴(yán)重的宏電池腐蝕 管線沿線經(jīng)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(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。 圖 (2)管線不同部位的腐蝕 由于管線在敷設(shè)施工過程中，回填土夯實(shí)程度不如原土結(jié)實(shí)，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(jié)實(shí)，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 。 輸氣管線陰極防腐保護(hù)工程初步設(shè)計(jì) 7 圖 (1)管線彎頭處的應(yīng)力腐蝕 敷設(shè)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(zhuǎn)彎處、管溝挖深不同致使管線不能完全緊貼溝底敷設(shè)，這樣一來管線某些部位金屬受應(yīng)力，形成物理狀態(tài)不均勻。在變形小應(yīng)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(yīng)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(zhì)中時(shí) ,在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下 ,管線加速腐蝕 ,使管線彎頭外側(cè)很快穿孔 . 圖 （ 2） 管線的局部腐蝕 從數(shù)據(jù)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(duì)金屬氧化膜的穿透性極強(qiáng) ,因而極易誘發(fā)點(diǎn)蝕 ,縫隙腐蝕等嚴(yán)重的局部腐蝕 ,這時(shí) ,腐蝕沿著管壁深度方向快速進(jìn)行 ,在管體表面形成深坑 ,最后導(dǎo)致管線穿孔 .這類腐蝕也是危害管線安全最嚴(yán)重的腐蝕類型之一 . 輸氣管線陰極防腐保護(hù)工程初步設(shè)計(jì) 8 （ 3） 裸露管線的腐蝕 直接露在地面上的管線由于日久風(fēng)化和某些人為的因素防腐層一般破損較為嚴(yán)重 ,由于瀝青防腐層與管線結(jié)合力不強(qiáng) ,防腐層破損處容易封存雨水 ,被封存的雨水經(jīng)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(gè)相對(duì)獨(dú)立的具有強(qiáng)腐蝕性的環(huán)境 ,在這個(gè)環(huán)境中某些有害離子 ,比如 Cl,SO42,S2,H+等的濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然環(huán)境 ,在這種強(qiáng)腐蝕環(huán)境中 ,管線的腐蝕速度大大增加 . 2 管道陰極保護(hù) 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料 工藝站場(chǎng)及閥室的設(shè)置 牛居 — 青龍臺(tái) D426 輸氣管線工程，首站為龍一聯(lián)，末站為牛一聯(lián)，中間無其它站廠。 設(shè)計(jì)參數(shù) （ 1） 工藝參數(shù) 管道輸送介質(zhì)為天然氣，輸送溫度為常溫，設(shè)計(jì)壓力為 。管道采用石油瀝青玻璃布防腐，材質(zhì)為 20鋼，管道規(guī)格為 D426 7，長(zhǎng) 。 （ 2） 基本參數(shù) 自然電位： （相對(duì)飽和 Cu/CuSO4參比電極） 最小保護(hù)電位： （相對(duì)飽和 Cu/CuSO4參比電極） 最大保護(hù)電位： （相對(duì)飽和 Cu/CuSO4參比電極） 最小保護(hù)電流密度： 150μ A/m2 鋼材電阻率： mm2/m 陰極保護(hù)方式確定 管道陰極保護(hù)主要有兩種形式，即 犧牲陽極法和強(qiáng)制電流法 。陰極保護(hù)方式的確定主要考慮以下主要因素： （ 1）工程規(guī)模的大??； （ 2）有無經(jīng)濟(jì)方便的電源； （ 3）被保護(hù) 體所需保護(hù)電流密度的大小； （ 4）被保護(hù)體與周圍地下金屬構(gòu)筑物的相互影響； （ 5）土壤電阻率的大小。 犧牲陽極法一般適用于管徑小、距離短或距離較短并帶有優(yōu)質(zhì)防腐層的大口徑管道以及臨時(shí)陰極保護(hù)；強(qiáng)制電流陰極保護(hù)則由于其壽命長(zhǎng)，輸出電流、電位可調(diào)，保護(hù)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，因此在大管徑、長(zhǎng)輸埋地鋼質(zhì)管道上得到廣泛應(yīng)用。 輸氣管線陰極防腐保護(hù)工程初步設(shè)計(jì) 9 本工程管線原犧牲陽極保護(hù)系統(tǒng)已失效，根據(jù)管線的沿途情況及管道本身防腐層實(shí)際情況，綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)分析，該管線適于 采用強(qiáng)制電流的陰極保護(hù)方式 。 陰極保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成及附屬設(shè)施 陰極 保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)主要由 陰極保護(hù)電源設(shè)備、輔助陽極地床、參比電極及連接電纜構(gòu)成 。 選用電源設(shè)備應(yīng)具備以下基本要求： （ 1）可靠性高； （ 2）維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便； （ 3）壽命長(zhǎng)； （ 4）對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)； （ 5）輸出電流、電壓可調(diào)； （ 6）具有抗過載、防雷、抗干擾、故障保護(hù)功能。 本設(shè)計(jì)推薦選用恒電位儀作為陰極保護(hù)電源設(shè)備。每座陰極保護(hù)站配備 2 臺(tái)恒電位儀，其中 1 臺(tái)工作， 1 臺(tái)備用， 2 臺(tái)設(shè)備定期輪換使用。 輔助陽極選用高硅鑄鐵陽極，采用水平淺埋方式。 參比電極采用長(zhǎng)效型飽和 Cu/CuSO4參比電極。 陰 極保護(hù)連接電纜采用帶絕緣和護(hù)套的銅芯電纜。按其功能可分為： （ 1）陽極電纜 16mm2 （ 2）陰極電纜 16mm2 （ 3）參比電極電纜 10mm2 （ 4）零位接陰電纜 10mm2 （ 5）測(cè)試電纜 10mm2 電纜與管道連接采用鋁熱焊技術(shù)。 陰極保護(hù)附屬設(shè)施 （ 1） 電絕緣裝置 為防止保護(hù)電流流失，需在被保護(hù)管道與非保護(hù)體之間實(shí)施電絕緣。 本工程電絕緣裝置選用整體絕緣接頭。在管道進(jìn)、出工藝站場(chǎng)的適當(dāng)位置各設(shè)置一個(gè)絕緣接頭。 （ 2） 陰極保護(hù)測(cè)試系統(tǒng) 為監(jiān)測(cè)管地電位，在管道沿線安裝測(cè)試樁。管道沿線每公里設(shè) 1 個(gè)測(cè)試樁，測(cè)試樁可兼作線路里程樁。 另外，為測(cè)試絕緣接頭的電絕緣性，在絕緣接頭安裝處設(shè)置測(cè)試樁。 輸氣管線陰極防腐保護(hù)工程初步設(shè)計(jì) 10 陰極保護(hù)準(zhǔn)則 施加陰極保護(hù)后，陰極保護(hù)效果應(yīng)達(dá)到下列要求： 測(cè)得的管道保護(hù)電位（不含 IR 降）應(yīng)達(dá)到 ～ （相對(duì)于銅 /飽和硫酸銅參比電極）。并且在管道的設(shè)計(jì)壽命期間內(nèi)始終維持這一電位范圍。 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)工藝計(jì)算 計(jì)算公式 （ 1） 保護(hù)長(zhǎng)度 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)保護(hù)長(zhǎng)度按下式計(jì)算： RJD VL sL ??? ?? ? 82 （ ） R＝ ??? ? )( ??D T （ ） 式中： L—— 單側(cè)保護(hù)長(zhǎng)度（ m）； LV? ——最大保護(hù)電位與最小保護(hù)電位之差（ V）； D—— 管道外徑（ m）； Js—— 保護(hù)電流密度（ A/m2）； R—— 單位長(zhǎng)度管道縱向電阻（Ω /m）； T? ——鋼管電阻率（Ω mm2/m）； D′ —— 管道外徑（ mm）； δ —— 管道壁厚（ mm） （ 2） 保護(hù)電流 強(qiáng)制電流陰極保護(hù)保護(hù)電流按下式計(jì)算： 2Io＝ 2π D Js L （ ） 式中： Io—— 單側(cè)保護(hù)電流（ A）。 恒電位儀輸出電流 Id＝ （ A） （ 3） 輔助陽極接地電阻 1）單支水平式陽極接地電阻按下式計(jì)算： tdLLR H2ln2 ?? ?? （ tL） （ ） 式中： HR ——單支水平式陽極接地電 阻（Ω）； 輸氣管線陰極防腐保護(hù)工程初步設(shè)計(jì) 11 L—— 陽極長(zhǎng)度（含填料）（ m）； d—— 陽極直徑（含填料）（ m）； t—— 埋深（填料頂部距地表面）（ m）； ?——陽極區(qū)的土壤電阻率（Ω m）。 2）陽極接地電阻按下式計(jì)算： nRFR Vg ?? （ ） 式中： gR ——陽極組接地電阻（Ω）； n—— 陽極支數(shù)； F—— 電阻修正系數(shù)（查圖得）； VR ——單支陽極接地電阻（Ω）。 計(jì)算結(jié)果 （ 1） 保護(hù)站設(shè)置 根據(jù)計(jì)算，陰極保護(hù)站保護(hù)距離為 29km，即單側(cè)保護(hù)距離為 ，所需保護(hù)電流為 。本設(shè)計(jì)在龍一聯(lián)和牛一聯(lián)各設(shè)一座陰極保護(hù)站，即可對(duì)該管線進(jìn)行保護(hù) 。 每座陰極保護(hù)站內(nèi)設(shè)置 2 臺(tái)（其中 1 臺(tái)備用） 20A/20V 恒電位儀， 2 臺(tái)設(shè)備定期輪換使用。 （ 2） 輔助陽極地床設(shè)置 輔助陽極地床由 20 支高硅鑄鐵陽極組成。陽極規(guī)格為 D75 1500。高硅鑄鐵陽極的允許電流密度為 5～ 80A/m2，消耗率應(yīng)小于 （ A a）。 （ 3） 輔助設(shè)施設(shè)置 （ 1）在管線進(jìn)、出龍一聯(lián)和牛一聯(lián)的適當(dāng)位置設(shè)置絕緣接頭，本工程共設(shè)置絕緣接頭 2 個(gè)。規(guī)格為 DN400 ，絕緣接頭的材質(zhì)、規(guī)格、壓力等級(jí)、防腐等級(jí)應(yīng)與管道相同。 （ 2）全線共設(shè)電位測(cè)試樁 25 個(gè)（包括絕緣接頭測(cè)試樁 2 個(gè)、本遼高速及流沙河穿越處各設(shè) 1 個(gè)測(cè)試樁）。 （ 3）補(bǔ)設(shè)線路轉(zhuǎn)角樁 27 個(gè)。 陰極保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求 陰極保護(hù)主要工程量 牛居至青龍臺(tái)管線工程 陰極保護(hù)主要工程量見表 2. 1。 輸氣管線陰極防腐保護(hù)工程初步設(shè)計(jì) 12 表 陰極保護(hù)主要工程量表 序號(hào) 項(xiàng) 目 單位 數(shù)量 備注 1 陰極保護(hù)站 座 2 龍一聯(lián)和牛一聯(lián) 2 恒電位儀 臺(tái) 4 其中 2臺(tái)備用 3 輔助陽極地床安裝 組 2 20支高硅鑄鐵陽極 4 測(cè)試樁安裝 個(gè) 25 5 絕緣接頭安裝 個(gè) 2 DN400 6 電纜敷設(shè) m 2021 7 陰極保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)試 km 8 轉(zhuǎn)角樁 個(gè) 27 陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試 陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試內(nèi)容以及測(cè)試方法較多，本設(shè)計(jì)僅對(duì)日常管理中基本常規(guī)檢查項(xiàng)目及要求提出建議，其中包括內(nèi)容和推薦使用的儀器儀表以及需要注意的事 項(xiàng)，具體測(cè)量方法見 SY/T002397 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試方法》。 1） 測(cè)試內(nèi)容： 管道沿線管 /地保護(hù)電位的測(cè)量 ； 陰極保護(hù)站輔助陽極地床接地電阻的測(cè)量； 絕緣接頭絕緣性能的測(cè)量； 2） 測(cè)試儀器儀表： DT930 型數(shù)字萬用表； ZC