閆錦霞 中海油石化工程有限公司 濟(jì)南 250101

在空氣中氧的作用下，埋地鋼制管道與土壤中的水分等介質(zhì)作用，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)成電化學(xué)腐蝕；而土壤中的腐蝕性物質(zhì)如二氧化碳、鹵素離子等會(huì)加快鋼質(zhì)管道的全面腐蝕和點(diǎn)蝕。埋地鋼質(zhì)管道因腐蝕而發(fā)生重大安全事故的案例危害巨大。

2000年某天然氣公司在新墨西哥州Carlsbad附近的埋地天然氣管道因介質(zhì)腐蝕，造成管道內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重而發(fā)生斷裂，事故造成附近12名人員死亡，直接損失近100萬(wàn)美元。2004年某化肥廠一條埋地輸氣管道因土壤腐蝕，造成管道外腐蝕嚴(yán)重而發(fā)生泄漏，事故造成大量可燃、有毒的水煤氣泄漏，周圍環(huán)境嚴(yán)重污染。由此可見，埋地鋼質(zhì)管道的防腐蝕措施是管道安全運(yùn)行的重要保障。一般來說，埋地油氣長(zhǎng)輸管道、油氣田外輸管道以及油氣田內(nèi)埋地集輸干線管道應(yīng)采用陰極保護(hù)，其他埋地管道宜采用陰極保護(hù)[1]。

1 陰極保護(hù)的原理及分類

陰極保護(hù)是對(duì)被保護(hù)金屬通過陰極極化，使其電極電位負(fù)移，從而控制金屬腐蝕的方法。按照施加電流的方式不同，陰極保護(hù)可以分為犧牲陽(yáng)極(圖1)和強(qiáng)制電流(圖2)兩種。下面重點(diǎn)介紹犧牲陽(yáng)極法。

圖1 犧牲陽(yáng)極法

圖2 強(qiáng)制電流法

2 犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)及施工

2.1 系統(tǒng)

2.1.1 犧牲陽(yáng)極的選擇

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)適用于電阻率低的土壤里、水中或沼澤環(huán)境中管徑較小的管道，或距離較短且涂有優(yōu)質(zhì)防腐層的大口徑管道。工程上常見的犧牲陽(yáng)極有鎂合金、鋅合金、鋁合金三大類，種類選擇見表1。

表1 犧牲陽(yáng)極種類的應(yīng)用選擇

2.1.2 犧牲陽(yáng)極的安裝要求

犧牲陽(yáng)極的埋設(shè)方式根據(jù)軸向和徑向可分為立式和水平式。犧牲陽(yáng)極到管道外壁的距離一般為3～5m，陽(yáng)極頂部距地面的距離不宜小于1m[1]。成組布置時(shí)，陽(yáng)極間距一般為2～3m，見圖3和圖4。

犧牲陽(yáng)極應(yīng)埋在土壤凍土層的下面，在干燥地帶，陽(yáng)極的埋設(shè)深度可適當(dāng)加深。埋設(shè)在河床中的陽(yáng)極應(yīng)避免洪水沖刷和河床清除淤泥時(shí)的損壞。若是直接將陽(yáng)極埋設(shè)在土壤中，會(huì)加快陽(yáng)極的自身腐蝕，并使陽(yáng)極耗損不平均，因此在土壤中使用時(shí)，要利用可以吸收水分的回填料，使接地電阻降低，陽(yáng)極效率提高，以確保陽(yáng)極表面平均消耗。

圖3 犧牲陽(yáng)極安裝在管道同一側(cè)

圖4 犧牲陽(yáng)極安裝在管道兩側(cè)

2.2 電纜

2.2.1 電纜的選用

陰極保護(hù)電纜應(yīng)采用銅芯電纜，銅芯電纜截面用于犧牲陽(yáng)極時(shí)宜大于4mm2。多股連接導(dǎo)線，每股導(dǎo)線的截面宜大于2.5mm2。

2.2.2 電纜的施工要點(diǎn)

電纜應(yīng)埋在凍土層下面，電纜與管道相交時(shí)，垂直凈距離不應(yīng)小于0.5m[3]。不應(yīng)在彎頭或距離管道焊縫小于200mm的位置進(jìn)行電纜與管道的焊接?？刹捎糜昧坎怀^15g鋁熱焊方法進(jìn)行焊接。當(dāng)焊接電纜的截面大于16mm2時(shí)，可將電纜芯分成若干股分別焊接[1]。

電纜與管道的連接處要采取安全可靠的防護(hù)和絕緣措施，焊點(diǎn)處要纏繞寬度為250mm的熱收縮帶，徑向搭接長(zhǎng)度不小于100mm。

2.3 絕緣裝置

2.3.1 絕緣裝置的形式

陰極保護(hù)管道應(yīng)設(shè)置絕緣裝置，絕緣的主要形式有：絕緣接頭(或絕緣法蘭)、絕緣短管、絕緣管接頭、套管內(nèi)絕緣支撐、管橋上的絕緣支架等[1]。

2.3.2 絕緣裝置的施工要點(diǎn)

在爆炸危險(xiǎn)區(qū)，絕緣裝置應(yīng)采用防爆火花間隙進(jìn)行跨接，絕緣裝置還應(yīng)采取防止意外高電壓擊穿的保護(hù)措施。

陰極保護(hù)管道中設(shè)置的管道附件、管道與管道支撐物間、管道與套管間均應(yīng)保證電絕緣，管道與套管的端口部位還應(yīng)密封，不得滲漏水。

2.4 測(cè)試裝置

2.4.1測(cè)試裝置的設(shè)置

測(cè)試裝置應(yīng)沿管線走向設(shè)置，鄰近的多個(gè)測(cè)試裝置之間宜間隔1～3km。在城鎮(zhèn)市區(qū)或工業(yè)區(qū)，相鄰的間隔不應(yīng)大于1km，有雜散電流干擾的區(qū)域可適當(dāng)縮小測(cè)試裝置的間距[1]。

對(duì)不同溝敷設(shè)的多條平行管道，每條管道應(yīng)單獨(dú)設(shè)置測(cè)試裝置，每個(gè)測(cè)試裝置中應(yīng)有不少于兩根電纜與管道連接。

2.4.2 測(cè)試裝置的安裝

測(cè)試裝置應(yīng)與陰極保護(hù)系統(tǒng)同時(shí)安裝。測(cè)試樁應(yīng)安裝在距離管道中心線1.5m處，樁體固定在管道上，焊點(diǎn)要求用鋁熱焊工藝。

3 運(yùn)行維護(hù)[2]

陰極保護(hù)應(yīng)與管道一起設(shè)計(jì)、施工和投產(chǎn)。運(yùn)行后一定要按期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試以確保陰極保護(hù)系統(tǒng)持續(xù)有效。

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的測(cè)試管理要求為：① 定期檢測(cè)被保護(hù)構(gòu)筑物的電位；② 半年或一年檢測(cè)一次陽(yáng)極工作電位和電流；③ 必要時(shí)檢驗(yàn)陽(yáng)極表面的腐蝕狀態(tài)；④ 確保犧牲陽(yáng)極系統(tǒng)的完整性。

4 工程實(shí)例

葫蘆島某化工企業(yè)，有一管道材質(zhì)為20號(hào)鋼，管徑為150mm埋地敷設(shè)的天然氣管線，管線總長(zhǎng)約350m。該埋地管線采用擠壓聚乙烯三層結(jié)構(gòu)防腐外加鎂合金犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的聯(lián)合防腐方式。

本管段共設(shè)置3處鎂合金陽(yáng)極(型號(hào)：MG-14)陰極保護(hù)，每處2只鎂合金陽(yáng)極塊，兩只陽(yáng)極塊間隔2m。為了方便開挖，鎂合金陽(yáng)極埋設(shè)在管道一側(cè)，見圖5。

圖5 陽(yáng)極埋設(shè)示意圖

首先開挖陽(yáng)極坑，待陽(yáng)極就位、陽(yáng)極布袋覆蓋薄土后再灌水，直至填料飽和吸滿水，再回填夯實(shí)地面，恢復(fù)地坪。

采用鋁熱焊將電纜焊接在管道正上方，焊點(diǎn)用和管道相同的防腐措施防腐。本管段設(shè)置1個(gè)測(cè)試樁，測(cè)試樁旁邊埋設(shè)一支長(zhǎng)效硫酸銅參比電極(型號(hào)：CXCB-1)。測(cè)試線(型號(hào)：VV22-1kV-1×10)和管道焊接，焊點(diǎn)也用和管道相同的防腐材料防腐，測(cè)試樁的安裝詳見圖6。

圖6 測(cè)試樁安裝示意圖

為保證被保護(hù)輸氣管道的電氣連續(xù)性以及與外界的絕緣，采取以下措施：① 管線首尾兩端安裝絕緣法蘭；② 所有其他與管道直接相連的金屬件不允許直接接地。

陽(yáng)極埋入地下一天后進(jìn)行保護(hù)電位測(cè)試，測(cè)試時(shí)用萬(wàn)用表的直流2V擋進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)測(cè)出的保護(hù)電位讀數(shù)在-0.85V～-1.25V之間時(shí)，說明此時(shí)的管道處于被保護(hù)狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行半年后，應(yīng)進(jìn)行第一次測(cè)試，以后應(yīng)每半年測(cè)試一次。

目前該項(xiàng)目已安全運(yùn)行3年多，管道未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

合理設(shè)計(jì)、正確施工、定期維護(hù)才能確保管道外防腐層與陰極保護(hù)的聯(lián)合使用達(dá)到最合理有效的防腐蝕效果，才能從根本上降低管道腐蝕事故的發(fā)生，在帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還能避免環(huán)境被污染。