目前我国很多在役的埋地钢制旧管道的防腐措施只是施加了涂覆层,而未采用阴极保护。随着自然环境土壤的腐蚀、管内输送介质的腐蚀、防腐涂层老化以及人为因素,使长期投入使用的埋地钢制管道发生穿孔、断裂等泄漏事故[1,2]。
现阶段实践证明,在埋地钢制管道外部涂覆防腐层并采用阴极保护的双层保护体系是有效地,保证了管道的安全性,减少了事故,提高了经济效益[3]。
德阳XX工业园内XX玻璃厂输气管道为φ219×6材质20#,长度1.6km,设计压力0.4MPa,从园区天然气门站向XX玻璃厂进行供气。管道外涂层为熔结环氧粉末,于2006年建成投入运行。因同时期建成的管道大部分存在腐蚀严重的情况,为了确保管线的供气,延长管线的使用寿命,我院对此管道进行了牺牲阳极保护技术改造设计。
1 测量及计算
1.1 土壤电阻率
此输气管道沿工业园区内部人行道敷设,穿越地区土壤介质成份变化不大,以管道埋深1.2~1.5m,用电阻仪采用四极法测量,接线图见图1。电极入土深度应小于a/20,从地表至深度为a的土壤电阻率为[4]:
ρ=2πa R
管线沿线共测量了4个点,测量值与季节系数乘积得到最大土壤电阻率,算术平均后得到管道所处自然环境的土壤电阻率计算值为76.43Ω.m。
1.2 设计计算
根据管道实际情况可得出以下计算参数:
保护电流密度:10μA/m2;
填料包尺寸:D250×1100mm;
最大保护电位:-1.15V(相对Cu/CuSO4电极);
最小保护电位:-0.85V(相对Cu/CuSO4电极);
自然电位:-0.55V(相对Cu/CuSO4电极);
本管线采用2支镁合金牺牲阳极(Mg-Al-Zn-Mn,8Kg/支)对管道实施牺牲阳极阴极保护,通过计算[5]:
最终结果考虑实际系数后,得n=3,共需6支3组阳极。每支装入单重40kg的填料包(石膏粉(CaSO4·2H2O)75%,工业硫酸钠5%,膨润土20%)。
2 改造
通过对工业园区XX玻璃厂输气管道的计算,得出需要3组(每组2支)牺牲阳极对该段管道进行阴极保护改造,用以减缓或阻止管道的腐蚀。改造方案和施工情况如下:
2.1为防止阴极保护电流漏失,必须实施阴极保护电绝缘,需在所保护管道两端安装绝缘接头。2014年利用XX玻璃厂停工检修期间,在园区天然气门站阀门下游,XX玻璃厂进气阀门上游,各安装一只PN16 DN200绝缘接头。
2.2为保护管道上的绝缘接头免受雷电高压电涌的破坏,每个绝缘接头安装了避雷器,数量与绝缘接头数量一致。避雷器安装在定制的防爆接线箱内,安装前、后均作了检测。
2.3 每一个绝缘接头匹配绝缘接头测试桩用以对避雷器和绝缘接头进行检测。
2.4平均设置牺牲阳极3组,每组安装2支MG-8镁合金牺牲阳极预包装袋。袋装牺牲阳极采用立式埋地敷设,阳极体之间距离≥3m,埋深≥1m,与管道间距3~5m。
2.5 每一组牺牲阳极需匹配电位测试桩以方便对管道进行电位检测
2.6 电缆与管道的焊接全部采用铝热焊,并在焊点采取必要的补伤和防腐。
3 改造效果
此输气管道阴极保护改造工程于2014年8月完工,8月25日、10月15日和2015年4月20日分别通过测试桩对管道进行了电位检测。结果如下:
通过表中数据可知,此管道电位处于保护电位之中,牺牲阳极阴极保护方式完全发挥作用,使管道处于保护当中,腐蚀得到有效控制。施工时在2号测试桩附近埋设了6片检查片,3片通过测试电缆与钢管连接在一起得到保护,另3片未连接管道裸埋。一年后2015年9月10日挖出检查片,清洗表面后可以清晰看出检查片的区别。
从检查片的外观可清晰看出,连接到管道的检查片腐蚀轻微,而未连接到管道的检查片腐蚀严重。由此可知牺牲阳极阴极保护方式对管道的保护效果明显,可以减缓钢制管道的腐蚀,对于经济效益、社会效益有着积极的作用。
4 结语
通常埋地管线在服役一段年限后,防腐层逐渐趋于老化,使钢制管道腐蚀速率加快。为达到延长使用寿命效果最经济可靠的方式就是对管道进行阴极保护。德阳XX工业园区输气管道在改造中既做到了与其他管道的电绝缘,又采取牺牲阳极的方式减少对周围管道的影响,最终达到设计保护电流,使管道得到保护。验收结果表明,此管道的改造是成功的,为旧管道阴极保护改造提供了可靠的例证。
摘要：通过设计计算结果,对德阳XX工业园输气管道采取牺牲阳极方式进行防腐改造。完工后一年时间的管道电位值数据和检查片对比结果表明,改造是成功的,此改造用实践探索出一条对老旧管道进行阴极保护防腐的道路。
关键词：旧管道,腐蚀,牺牲阳极保护
参考文献
[1] 胡士信.阴极保护手册[M].北京:化学工业出版社,1999.
[2] 吴萌顺,曹备.阴极保护与阳极保护[M].北京:中国石化出版社,2007.
[3] 愈蓉蓉,蔡志章.地下金属管道的腐蚀与防护[M].北京:石油工业出版社,1998,33-34.
[4] GB/T21246-2007.埋地钢质管道阴极保护参数测量方法[M].北京:中国标准出版社,2007.
[5] GB/T21448-2008.埋地钢制管道阴极保护技术规范[M].北京:中国标准出版社,2008.