鄭 聰, 姚世航, 何 強

(1.臺州市能源集團有限公司, 浙江 臺州 318000; 2.臺州市城市天然氣有限公司, 浙江 臺州 318000)

1 概述

埋地鋼質(zhì)燃氣管道長期埋于地下,隨著時間推移和地下情況多變,不可避免會產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象,近年來因腐蝕漏氣導(dǎo)致的燃氣爆炸事故時有發(fā)生,安全形勢嚴(yán)峻。2022年全年共收集到媒體報道的國內(nèi)燃氣事故802起,造成66人死亡,487人受傷,其中較大事故10起。

埋地設(shè)施的防腐尤為重要。犧牲陽極陰極保護是燃氣廠站埋地設(shè)施較為常用和有效的防腐手段,但其缺點也很明顯:由于土壤環(huán)境不同,部分地區(qū)的陽極消耗量大;在高電阻的土壤環(huán)境下該手段可能無效;陽極更換費用較高。

2 犧牲陽極陰極保護輔以鋅包鋼接地體法

燃氣廠站采用傳統(tǒng)犧牲陽極陰極保護法(見圖1),是采用鍍鋅鋼接地體保護地上管道,采用陽極保護地下管道,且應(yīng)該通過安裝絕緣接頭使陽極和鍍鋅鋼接地體處于絕緣狀態(tài)。而實際工程中,陽極和鍍鋅鋼接地體往往做不到絕緣,進而導(dǎo)致大量陰極保護電流優(yōu)先保護褪去鋅層保護的鍍鋅鋼接地體,使燃氣管道無法得到有效保護,陽極消耗極為嚴(yán)重,保護電位無法滿足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)要求。

圖1 傳統(tǒng)犧牲陽極陰極保護法

為解決該問題,以犧牲陽極陰極保護輔以鋅包鋼接地體方法(見圖2)代替?zhèn)鹘y(tǒng)犧牲陽極陰極保護法,即以鋅包鋼接地體代替鍍鋅鋼接地體,且不安裝絕緣接頭,陽極和鋅包鋼接地體不進行絕緣。

鋅包鋼與鍍鋅鋼均為將鋅層包覆在圓鋼的表面,但是鋅層厚度不同,鍍鋅鋼的鋅層很薄,容易消耗,而鋅包鋼的鋅層較厚。

3 鋅包鋼

從目前國內(nèi)情況來看,常用的接地體材料有銅、鍍鋅鋼和鋅包鋼。根據(jù)文獻[1]可知,鋅包鋼作為接地體材料的服役性能更優(yōu)越。

鋅包鋼(見圖3)是用擠壓包覆工藝將較厚的鋅層包覆在圓鋼的表面。鋅的導(dǎo)電性比鋼更優(yōu),又具有較強的耐腐蝕性,作為接地體材料,可以大大延長接地體的使用壽命,減緩陽極的消耗。

圖3 鋅包鋼

4 鋅包鋼之間的焊接工藝

燃氣廠站接地體采用的鋅包鋼表面鋅層厚度一般為3 mm。一般接地體需要對多根鋅包鋼進行焊接,鋅包鋼之間的焊接方式一般采用電弧焊和放熱焊。

電弧焊焊接(見圖4)需要準(zhǔn)備電源,并配備合適的電焊機以及與鋼材匹配的電焊條。因鋅包鋼的鍍鋅層較厚,焊接前準(zhǔn)備時間較長,僅去除鍍鋅層這道工序就需要花費大量的時間。焊接后的理化試驗顯示,焊接接頭的抗拉強度為47.63 kN,彎曲強度為180°。

圖4 電弧焊焊接

放熱焊焊接(見圖5)有固定的模具和配置好的焊藥,無需單獨準(zhǔn)備電源,只需要1只點火槍即可,焊接時將需要焊接的鋅包鋼材料放置在固定的模具內(nèi)點火、熱熔、冷卻即可。焊接后的理化試驗顯示,焊接接頭的抗拉強度為47.57 kN,彎曲強度為90°。

圖5 放熱焊焊接

對兩種焊接方式比較可知,放熱焊用時較短,設(shè)備簡單,不需要去除鍍鋅層,因此優(yōu)先采用放熱焊焊接工藝。

5 鋅包鋼焊接接頭的防腐

在鋅包鋼焊接完成后,因焊接放熱致使鋅包鋼表面鋅層受到破壞,因此每個焊接接頭會成為鋅包鋼接地體防腐最薄弱的地方,需對鋅包鋼焊接接頭進行重新防腐。

對于土壤含水量高的地區(qū),鋅包鋼焊接接頭形狀不規(guī)則,因此在選擇防腐材料時,既要有很好的防透水性又要對不規(guī)則形狀有很好的貼合。粘彈體防腐材料具有很好的防透水性和自融合性,對微小的缺陷亦可自我修復(fù),因此成為鋅包鋼焊接接頭防腐材料的首選。粘彈體防腐材料有膏狀防腐膠料(見圖6)和自融合粘彈體膠帶兩部分,均為聚烯烴高分子材料。施工時首先對焊接接頭表面的粉塵和污物等進行清理,其次涂抹膏狀防腐膠料,使凹凸不平的焊接接頭表面與膏狀防腐膠料充分貼合,最后用自融合粘彈體膠帶進行內(nèi)外雙層表面纏繞(見圖7、8),加強膏狀防腐膠料與接頭表面的附著力,增強防水性。

圖6 涂抹的膏狀防腐膠料

圖7 用自融合粘彈體膠帶進行內(nèi)層表面纏繞

圖8 用自融合粘彈體膠帶進行外層表面纏繞

6 鋅包鋼接地體施工注意事項

鋅包鋼接地體作為犧牲陽極陰極保護的輔助設(shè)施,應(yīng)盡量減少對鋅層的破壞,保證鋅層均勻消耗。鋅包鋼鋅層較脆,彎折易出現(xiàn)開裂[2]。因此在施工過程中有以下注意事項。

① 鋅包鋼的鋅層容易被劃傷,因此在材料進場時,在場地上鋪干草或布袋等,避免硬質(zhì)物質(zhì)直接接觸鋅層。接地網(wǎng)下溝時避免拖拽。

② 沿海地區(qū)土質(zhì)軟、沉降大,為防止沉降拉斷鋅包鋼接地體,需在接地網(wǎng)鋪設(shè)前對地基做硬化處理,減少沉降。

③ 接地體埋設(shè)前要先在地面上豎直打孔,孔深應(yīng)大于鋅包鋼接地體長度,孔徑可比接地體直徑大10 mm。在接地體放入孔洞之前可將接地體用布料包裹,以減少接地體和孔壁的摩擦。

④ 接地體全部埋設(shè)完成后,孔洞回填時,回填土不得夾雜尖銳物體。

7 結(jié)束語

無論效果、成本還是施工工期方面,犧牲陽極陰極保護輔以鋅包鋼接地體方法都優(yōu)于傳統(tǒng)犧牲陽極陰極保護。熊金根等人[3]在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),廠站采用犧牲陽極陰極保護輔以鋅包鋼接地體方法運行1 a后,開挖檢測發(fā)現(xiàn)燃氣管道未被腐蝕,效果良好。一些廠站采用犧牲陽極陰極保護輔以鋅包鋼接地體方法后,實測的管道通電電位、陽極開路電位均符合GB/T 21448—2017的要求。