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(hù)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(hù)實(shí)施過程為事例，對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了探討。包括對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的詳細(xì)調(diào)查，追加陰極保護(hù)方案設(shè)計(jì)以及方案實(shí)施等內(nèi)容。

埋地管道 區(qū)域性陰極保護(hù)

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(kuò)張，地下管網(wǎng)擴(kuò)建會(huì)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(cuò)。

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(jí)較低的環(huán)氧煤瀝青，且十年前建成的企業(yè)一般不增設(shè)陰極保護(hù)，年限一長(zhǎng)，防腐蝕層出現(xiàn)老化、剝離和破損，露出基體。從電化學(xué)腐蝕角度考慮，破露點(diǎn)將作為電化學(xué)腐蝕的小陽極，防腐蝕層完好的部分作為電化學(xué)反應(yīng)的大陰極，從而引發(fā)腐蝕性極其嚴(yán)重的大陰極小陽極的電化學(xué)過程，破露點(diǎn)處腐蝕速度會(huì)以幾何數(shù)量級(jí)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(huì)帶來環(huán)境污染、起火爆炸等危害;消防水管網(wǎng)泄漏會(huì)帶來消防安全隱患;工業(yè)水管網(wǎng)泄漏直接導(dǎo)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(dá)到千萬元;泄漏發(fā)生后勢(shì)必需要投入大量人力物力來進(jìn)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(hù)因其緩解直至停滯電化學(xué)腐蝕發(fā)生，延長(zhǎng)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(shè)初期一般即同步安裝陰極保護(hù)裝置;已建成廠區(qū)，條件允許，追加陰極保護(hù)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(hù)裝置就是一個(gè)典型事例。

1 追加陰極保護(hù)裝置準(zhǔn)備工作

為得到詳實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)資料，給設(shè)計(jì)、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(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況作了細(xì)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(jí)、運(yùn)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(yīng)用的方法主要有:直接觀察法、無損檢測(cè)法、在線檢測(cè)法和實(shí)驗(yàn)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(shè)現(xiàn)象，但管徑跨度較大，從φ80 mm～φ1 420 mm;部分管段運(yùn)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(píng)估達(dá)差與劣等級(jí)的占到30%左右(詳見表1);管道周圍土壤腐蝕性強(qiáng)，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(cè)狀況

考慮相關(guān)領(lǐng)域未有統(tǒng)一的國標(biāo)、行標(biāo)對(duì)相關(guān)技術(shù)參數(shù)尤其是陰極保護(hù)電流密度作出明確規(guī)定，調(diào)研過程中，同時(shí)進(jìn)行了多個(gè)管段的饋電試驗(yàn)工作，根據(jù)饋電實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選定陰極保護(hù)電流密度為5 mA/m2。

2 方案設(shè)計(jì)

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(shí)，決定采用區(qū)域性陰極保護(hù)方法，把地下水管網(wǎng)作為一個(gè)保護(hù)整體進(jìn)行設(shè)計(jì);輔助陽極地床采用深井方式;陽極地床個(gè)數(shù)由整個(gè)管網(wǎng)所需保護(hù)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(chǎng)實(shí)際情況考慮，在服從整體布局基礎(chǔ)上，每座陽極地床應(yīng)有保護(hù)側(cè)重點(diǎn)與針對(duì)性;在管段特別密集，大小管徑交雜分布區(qū)域，引進(jìn)近陽極地床概念，采用特制輔助陽極與管道同溝敷設(shè)方式，重點(diǎn)保護(hù)該段管道;為針對(duì)性保護(hù)近陽極地床，計(jì)算保護(hù)電流時(shí)該管段重復(fù)計(jì)算;輔助陽極采用自身質(zhì)量輕，消耗率低、壽命長(zhǎng)的貴金屬氧化物陽極;配套使用碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%以上的石油焦;雜散電流干擾嚴(yán)重區(qū)域，安裝排流裝置;極少數(shù)特別偏遠(yuǎn)管段以及有明顯屏蔽物管段，追加部分高電位鎂陽極進(jìn)行保護(hù)。設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，設(shè)計(jì)結(jié)果見表3。

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 設(shè)計(jì)結(jié)果

3 方案實(shí)施

方案實(shí)施過程需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)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(diǎn)和測(cè)試樁等施工安裝技術(shù)。重點(diǎn)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(shí)是需要重點(diǎn)控制的技術(shù)環(huán)節(jié);同時(shí)，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(xì)，排氣孔數(shù)量、規(guī)格相同的專用排氣管。通電點(diǎn)防腐蝕密封是另一個(gè)需要重視的技術(shù)環(huán)節(jié);采用高等級(jí)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(diǎn)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(yīng)放在第一位。施工時(shí)間的協(xié)調(diào)與合理安排，施工現(xiàn)場(chǎng)的整齊堆放與施工完畢的場(chǎng)地恢復(fù)，都是本環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)考慮的對(duì)象。

(3)專業(yè)施工:根據(jù)石油化工企業(yè)自身特點(diǎn)，在焊接、電纜敷設(shè)以及綠化恢復(fù)等環(huán)節(jié)，最好聘請(qǐng)專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。

在未干擾企業(yè)正常生產(chǎn)的情況下，項(xiàng)目組全體人員奮戰(zhàn)30天時(shí)間，依據(jù)設(shè)計(jì)方案，保質(zhì)保量完成了整個(gè)陰極保護(hù)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試工作。

4 效果

陰極保護(hù)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(shí)用、可操作的區(qū)域性陰極保護(hù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致實(shí)施過程中，設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、電位的測(cè)量等等，只能借鑒相近標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

(2)針對(duì)石油化工企業(yè)的地下管網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，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(biāo)準(zhǔn)的情況下(因個(gè)體差異太大，恐怕也很難統(tǒng)一、硬性要求)，設(shè)計(jì)前進(jìn)行饋電試驗(yàn)應(yīng)該是一個(gè)行之有效的辦法。

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

表4 陰極保護(hù)效果記錄

表5 陰極保護(hù)系統(tǒng)輸出記錄

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

［2］貝克曼 W V，施文克 W.陰極保護(hù)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)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(jí)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(hù)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用工作。E-mail:haibowfs@163.com