摘要：結合萊蕪市已建的秦鋼次高壓燃氣管道追加強制電流陰極保護工程的實踐，論述了陰極保護方案的確定、方案設計、施工、調(diào)試、運行方面的實踐經(jīng)驗。

關鍵詞：埋地鋼質(zhì)燃氣管道；腐蝕控制；強制電流陰極保護

YAN Zhu-feng

Abstract：Combined with the engineering practice of adding impressed current cathodic protection for the built sub-high pressure gas pipeline of Taigang in Laiwu City. the determination of cathodic protection scheme and the practice experience in the scheme design，construction，commissioning and operation are discussed.

Key words：buried steel gas pipeline；corrosion control；impressed current cathodic protection

    萊蕪市燃氣熱力有限責任公司泰鋼次高壓天然氣管道始建于2008年1月，管道全長大約20km。管材為Ø323.9×8的螺旋焊接鋼管，管道外防腐形式為絕緣性能優(yōu)良的擠塑聚乙烯三層復合結構防腐層。管道設計壓力為0.8MPa，運行壓力≤0.7MPa。管道焊接采用纖維素焊條下向焊工藝，管道材質(zhì)為Q235B。

   按照CJJ 95—2003《城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道腐蝕控制技術規(guī)程》，新建的高壓、次高壓、公稱直徑≥100mm的中壓管道和公稱直徑≥200mm的低壓管道必須采用防腐層輔以陰極保護的腐蝕控制措施，管道運行期間陰極保護不應間斷^[1～4]。2008年11月，我公司為消除次高壓管道運行隱患，貫徹執(zhí)行防腐蝕規(guī)范，經(jīng)過研究決定對泰鋼次高壓燃氣專用管道追加陰極保護工程。

    泰鋼次高壓燃氣專用管道大多位于萊蕪市郊區(qū)，且管道已修建完成，通過技術經(jīng)濟比較，我公司決定對該管道采用造價低、工程量小的強制電流陰極保護方式。泰鋼次高壓燃氣管道強制電流陰極保護設置見圖1。

 

    強制電流陰極保護站和深井陽極地床均設置在傅家莊門站內(nèi)，在傅家莊門站和泰鋼計量站內(nèi)以及管道沿線分別設置12個陰極保護數(shù)據(jù)測試樁，在沿途4個閥門井處分別設置鎂合金陽極以補充閥門處的陰極電流消耗。在管道穿越鐵路和臨近高壓線處均設置鋅排流陽極裝置。

    ① 陽極地床可選擇深井陽極地床和淺埋陽極地床。深井陽極地床是將輔助陽極安裝在直徑為200～400mm，深度為30～50m的陽極井中。其優(yōu)點為：占地少，對非保護的地下鋼結構的影響小，適用于復雜的管網(wǎng)和罐區(qū)，是區(qū)域性陰極保護的主要技術之一。由于保護對象為城市郊區(qū)的次高壓管道，附近可能存在受影響的非保護對象，為避免對管道周圍其他地下金屬構筑物的影響，根據(jù)現(xiàn)場條件和地下水位較高的特點，采用保護效果較好的深井陽極地床。將陽極井建在泰鋼次高壓管道的起點站——傅家莊門站，原因如下：a.門站有強制電流陰極保護設備所需要的穩(wěn)定的外部電源和工作間，可減少二次建站的造價，還便于陽極匯流電纜與恒電位儀陽極接線點的短距離連接。b.門站工作人員可以隨時對設備情況進行監(jiān)控、管理。

    ② 本項陰極保護工程輔助陽極材料選用最近幾年由國外引進的已大量用于工程實踐的混合金屬氧化物(MMO)管狀陽極。MMO陽極具有單位面積輸出電流大、壽命長、本身強度高、重量輕、安裝方便等優(yōu)點。門站陽極井深約40m，口徑規(guī)格Ø325，陽極地床設置了6支Ø25、長度為1m的MMO管狀陽極。管狀陽極設置方式為從井底到井口并聯(lián)式固定在長度為40m、規(guī)格為Ø32×3.6的PVC管外壁，相鄰間距為6m，每支管狀陽極緊貼PVC管外壁，兩端用PVC卡箍固定。由于陽極棒在深井內(nèi)逐漸腐蝕并伴生氣體，因此，PVC管還作為陽極井地下透氣管，外壁按螺旋方式均勻鉆Ø5的孔，間距為5cm，直至地面管口，管周圍填充焦炭，便于井內(nèi)氣體溢出至地面。

    ③ 為有效減小輔助陽極接地電阻，并延長輔助陽極使用壽命，選擇含碳量較高的石油焦炭(粒徑為3～5mm)作為輔助陽極填料，輔助陽極井內(nèi)大約使用2t焦炭進行填充。

   ① 控制系統(tǒng)

   位于傅家莊門站內(nèi)的陰極保護控制系統(tǒng)由2臺恒電位儀、1臺控制臺、1個輔助陽極地床、1處陰極通電點組成。

    陽極地床各支陽極通過匯流電纜與恒電位儀陽極接線柱相連。在泰鋼次高壓管道位于傅家莊門站工藝區(qū)埋地出站管道絕緣接頭外安裝一個接恒電位儀陰極通電點和一個零位接陰通電點，通過電纜分別與恒電位儀的相應接線柱相連。在2個通電點附近土壤冰凍線以下距離管壁0.3m處分別埋設一支電位控制用長壽命銅-硫酸銅參比電極和與管道同材質(zhì)的測試片(與保護管道相連)。為確保參比電極能夠正常工作，參比電極頂部設置一根Ø110×3的PVC管，配PVC地漏，并略低于地面，管內(nèi)填上細沙至地面高度，以便維護中向長效參比電極澆水。

    ② 檢測系統(tǒng)

    陰極保護檢測系統(tǒng)由恒電位儀、參比電極和測試樁組成。恒電位儀可以自動測量通電點的電位、輸出電壓和輸出電流。沿泰鋼次高壓管道每隔3km設置1個混凝土電位測試樁，在傅家莊門站(首站)和泰鋼計量站(末站)各設置1個絕緣測試樁，總計12個檢測樁。

    ③ 電絕緣與電涌保護

    a. 本工程管道需要在傅家莊門站出站管道處、泰鋼計量站進站管道處把現(xiàn)有法蘭改裝成絕緣法蘭，此項工作由我公司施工單位負責完成。后續(xù)鋼質(zhì)管道與本管道連接時必須設置絕緣接頭。

    b. 考慮到管道沿線雷電較多的特點，在絕緣法蘭(接頭)處采用雙鋅接地電池進行保護，每1個絕緣法蘭(接頭)處設置雙鋅接地電池一套。在臨近高壓線和與鐵路交叉處分別設置鋅排流陽極。

    ④ 干擾腐蝕控制

    考慮到管道沿線與高壓電線路交叉或鄰近、與鐵路交叉的特點，在次高壓管道上設置鋅排流陽極8組，每組2支，每支質(zhì)量為15kg/支，用于排除雜散電流的影響和管道靜電接地。

   ⑤ 電纜型號

   陰極匯流電纜：VV22-1kV-1×16。

   陽極匯流電纜：VV22-1kV-1×25。

   零位接陰電纜：VV22-1kV-1×16。

   測試樁測試電纜：VV-1kV-1×10。

   輔助陽極電纜：VV-1kV-1×10。

   參比電極信號電纜：RVVP-2×1.5。

   對保護電流大小和經(jīng)濟電壓降作綜合考慮，根據(jù)導線總電阻所占系統(tǒng)回路總電阻的合適比例，確定以上陰極保護系統(tǒng)電纜配線截面積。

   零位接陰是整個儀器電路的地端，接于被保護物通電點附近，這個“地”必須建立在被保護物(管道)上，才能實現(xiàn)正確控制。因此，絕不能使用短線把零位接陰與輸出陰極接在一起。

   ⑥ 沿途閥門井防護

   由于燃氣管道施工時沿途閥門井兩端未設置絕緣接頭，在該次陰極保護方案中采用鎂合金陽極補充閥門井的電流消耗，每個閥門井處設置鎂合金陽極1組(2支)，型號為HFAZ63CT-8。泰鋼次高壓燃氣管道沿途共有閥門井4個，一共設置8支鎂合金陽極。

    強制電流陰極保護工程施工前，施工方首先要制定完善的設計方案和施工組織設計，報請業(yè)主和監(jiān)理方審批通過。在施工過程中我公司派出經(jīng)過陰極保護專業(yè)培訓的施工管理人員和監(jiān)理方全程現(xiàn)場管理。這樣做一方面便于對現(xiàn)場布點情況作出及時調(diào)整，另一方面也為了陰極保護工程施工保質(zhì)保量。

    強制電流陰極保護工程中設置于門站內(nèi)的接地電極和測試樁一般均按照設計方案施工。在管道沿途設置的測試樁，建議在遵從方案設計的前提下，可在較短距離范圍內(nèi)調(diào)整，把樁位設置于靠近路邊的地方，以便于巡檢人員進行測試和維護。

    陰極保護系統(tǒng)在建設過程中利用絕緣接頭(或絕緣法蘭)與非保護管道進行電絕緣而成為獨立的電保護系統(tǒng)。在實際操作中，一定要高質(zhì)量地做好絕緣隔離施工，必須由有經(jīng)驗的電氣工程師進行認真的檢測，防止保護電流流失。

    泰鋼次高壓天然氣管道陰極保護工程施工完畢，我們在未通電前實測自然電位為-0.57V，通電極化電位選擇為-1.5V，極化時間選擇48h，陰極保護站電壓調(diào)整為-1.3V，管道末端實測保護電壓為-1.296V。建議新建強制電流陰極保護工程投運初始階段短時間采用電壓絕對值較高的負陰極保護電壓運行，有利于管道極化，但要控制好運行時間，防止管道析氫、剝離防腐層。

    系統(tǒng)在建成后必須由有經(jīng)驗的專業(yè)防腐蝕工程師進行認真的檢測和調(diào)試。在調(diào)試過程中，注意察看恒電位儀、控制柜等設備是否正常工作；保護電位是否達到設計要求；檢測絕緣接頭兩側的電位，驗證絕緣接頭的效果；通過繪制保護電位曲線圖，對異常部位要認真找出漏電原因，及時采取措施。

    在運行方面，我們在陰極保護站制定了強制電流陰極保護操作規(guī)程，門站值班人員每1h記錄陰極保護設備運行參數(shù)，每1d巡檢測試樁并記錄測試值，2臺恒電位儀每1個月切換運行1次。這樣做以確保受保護管道及設備的陰極保護實效。

    ① 對于有些城市原有的當時未施加陰極保護的郊外埋地鋼質(zhì)燃氣管道，由于外防腐層性能的提高，追加陰極保護措施可選擇強制電流法，其技術可靠，經(jīng)濟效果明顯。

    ② 在強制電流陰極保護方案中，應盡量選擇深陽極地床技術，避免陽極地床對其他埋地鋼質(zhì)建、構筑物的影響。

    ③ 相對于犧牲陽極法，強制電流法的陰極保護電流在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其保護效果更容易滿足要求。

    ④ 必須要求在受保護的燃氣管道途經(jīng)變電站、高壓線區(qū)域采取排流措施。

    ⑤ 陰極保護站建議建在受保護燃氣管道的首站或末站，可大大減少投資費用。

[1] SY/T 0036—2000，埋地鋼質(zhì)管道強制電流陰極保護設計規(guī)范[S].

[2] CJJ 95—2003，城鎮(zhèn)燃氣埋地鋼質(zhì)管道腐蝕控制技術規(guī)程[S].

[3] SYJ 4006—1990，長輸管道陰極保護工程施工及驗收規(guī)范[S].

[4] 高鵬，王亞平，康志剛，等.新建埋地鋼質(zhì)燃氣管道強制電流陰極保護設計[J].煤氣與熱力，2008，28(12)：B09-B13.