施工技術(shù)
專注陰極保護生產(chǎn)研發(fā)20年，中石油、中石化、中交集團入網(wǎng)單
位，燃氣公司指定供應(yīng)商！
隨著城市建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，埋地管道的數(shù)量劇增。這些管道多采用碳鋼材質(zhì)，為了延長管道的使用壽命，采取相應(yīng)的防護措施尤為重要，其中涂層防腐和陰極保護聯(lián)合防護取得了良好的效果[1]。本文結(jié)合紹興天然氣利用工程的建設(shè)經(jīng)驗，針對陰極保護設(shè)計和施工中的問題提出一些建議。
1 工程簡介
紹興天然氣利用工程于2004年4月22 日開工建設(shè)，2005年底建成門站(主要包括調(diào)壓計量裝置區(qū)、綜合樓、生產(chǎn)輔助用房等)1座、高壓管道29.5km、高一中壓調(diào)壓站2座。2006年7月建成濱海次高壓管道14.5 km、高一中壓調(diào)壓站2座。
紹興天然氣利用工程輸氣管道具有部分儲氣功能，高壓管道設(shè)計壓力為4.0MPa，管材材質(zhì)為L415(X60)，管道外徑為508mm;一般管段選用螺旋縫埋弧焊鋼管，壁厚為11.9mm;穿越江河、立交橋處管段選用UOE直縫埋弧焊鋼管，壁厚為12.7mm管道外防腐采用擠塑聚乙烯三層復合結(jié)構(gòu)，在工廠預(yù)制完成。
2 經(jīng)驗與建議
①陰極保護方法的選擇
管道防腐通常采用涂層加陰極保護，常規(guī)陰極保護有兩種方法：外加電流法和犧牲陽極法。紹興天然氣工程高壓管道多在市區(qū)內(nèi)，土壤電阻率約20Ω·m，保護電流密度為0.2mA/m2，自然電位為-0.4～-0.6V，管道保護電位(參比電極Cu/Cu-SO4)低于-0.95V。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，陰極保護采用犧牲陽極法較適宜，該法施工簡單，安全可靠，對鄰近金屬管道電干擾少，不用專人管理，可延長管道壽命1倍以上。
?、趲铈V陽極的使用
帶狀鎂陽極由純鎂或鎂錳合金冷軋壓制而成，開路電位(參比電極Cu/CuSO4)為-1.7V，單位長度質(zhì)量為0.37kg/m，宜在電阻率≥100Ω·m的環(huán)境中使用。鎂帶在電阻率為50Ω·m的土壤中輸出電流為10mA/m，在電阻率為150Ω·m的淡水中輸出電流為3mA/m。同等質(zhì)量帶狀鎂陽極比錠狀鎂陽極表面積大很多，如11kg鎂錠表面積為0.27m2，而11 kg鎂帶長度為30m，表面積為1.9m2，是前者的7倍。陽極輸出電流與表面積成正比，與電阻率成反比。陽極質(zhì)量決定陽極壽命。設(shè)計上應(yīng)考慮當?shù)赝寥离娮杪?，在穿越段或套管?nèi)管道上纏繞鎂帶要考慮它的使用壽命應(yīng)該與管道壽命相當。如果設(shè)計壽命為20年，而當?shù)赝寥离娮杪瘦^低，就不宜采用鎂帶，而應(yīng)采用錠狀鎂陽極。
常規(guī)設(shè)計穿越段或套管內(nèi)管道通常采用鎂帶纏繞安裝方法。紹興天然氣利用工程中采用的帶狀鎂陽極斷面尺寸為(19±0.5)mm×(9.5±0.5)mm，每根鋼管纏繞2條帶狀鎂陽極，纏繞方式為對稱分布于管道兩側(cè)，每隔1～2m設(shè)一處捆 綁帶，其材料為尼龍帶。電纜與鎂陽極采用灌錫焊。絕緣層采用復合絕緣結(jié)構(gòu)，從內(nèi)向外為環(huán)氧樹脂、電工膠布、塑料膠布、熱縮套、防腐膠布，各層膠布纏繞時搭接。電纜與管道采用雙點鋁熱焊連接，電纜蛇行并留有余量，兩焊點間距>10cm，涂層破口尺寸為3cm×3cm，補口尺寸大于5cm×5cm。但在實際施工中這種鎂帶纏繞安裝方法操作起來有困難，尤其是穿越段管道回拖時，纏繞的鎂帶會增加回拖阻力，且鎂帶容易脫落和斷裂。因此，對于穿越段管道，建議不采用鎂帶，而是在出、入土點兩處增設(shè)錠狀鎂陽極，并設(shè)置測試樁，定時檢測陽極消耗量。對套管內(nèi)管道，建議鎂帶的安裝方法不采用纏繞，而是在不減少鎂帶量的前提下和管道平行安裝，這樣便于管道進入套管內(nèi)而不損傷鎂帶。
③三層PE涂層的優(yōu)越性
在當前管道防腐涂層中，三層PE是諸多涂層中性能較優(yōu)的一種，它不但有良好的機械性能，而且有良好的抗腐蝕性能和抗陰極剝離性能。三層PE涂層與陰極保護配合使用，大大降低陰極保護電流密度，從而降低陰極保護的造價。眾多實例證實，新建PE涂層陸地管道所需保護電流密度約1～20μA/m2，海水管道所需保護電流密度約500μA/m2，大大低于其他防腐層。但在當前設(shè)計中，由于缺乏對三層PE性能及使用壽命的認識，往往設(shè)計過于保守，造成犧牲陽極材料使用量過大。
?、芙^緣裝置的安裝
陰極保護管道上的絕緣裝置有多種形式，主要是絕緣法蘭和絕緣接頭。絕緣法蘭必須架空，絕緣接頭可直埋入地。安裝絕緣裝置會出現(xiàn)兩個問題：a.如何保護絕緣裝置不受強電電涌的破壞。目前絕緣接頭有整體自放電型和無自放電型兩種。整體自放電型絕緣接頭由于內(nèi)部有釋放高壓的裝置，可省去具有相同功能的接地電池。b.如何防止非保護管道不受陰極干擾而加速腐蝕。接地電池能減少管外壁陰極干擾強度，即減小保護段與非保護段之間 的電位差。但是與非保護段連接的鋅棒消耗較快，壽命較短，一旦消耗殆盡，保護段電位與非保護段自然電位的電位差會更大，會從非保護段流出較大的陽極腐蝕電流而加快非保護管段的腐蝕。解決的辦法是絕緣裝置兩側(cè)各10m內(nèi)的管外壁做特加強防腐層，以減輕陰極干擾對非保護側(cè)管道的腐蝕。此外，非保護側(cè)仍需安裝一支犧牲陽極以減輕絕緣裝置兩端電位差造成的陰極干擾。
紹興天然氣利用工程高壓管道以埋地為主，因此選擇的絕緣裝置是絕緣接頭。我們在施工中遇到了絕緣接頭泄漏的情況，安裝前按照規(guī)范要求進行了試驗，可是埋地后與管道一起試壓時發(fā)生了泄漏。原因可能是沒有完全按照生產(chǎn)廠商提出的絕緣接頭安裝注意事項施工而造成了泄漏。建議絕緣接頭施工時應(yīng)對產(chǎn)品安裝說明予以重視，不同的生產(chǎn)廠商產(chǎn)品安裝說明不盡相同。
?、蓐枠O導線的處理
犧牲陽極裝置中所有連接到陽極的導線都有被保護的可能，即使有銅線露出，也不易腐蝕。因此，犧牲陽極電纜與管道連接處的絕緣要求不很苛刻，但也應(yīng)該很好地處理，以防電流泄漏及可能產(chǎn)生的銅一鐵電偶腐蝕。
⑥陰極保護過河管道安裝
管道穿越江河時，穩(wěn)管大都采用砼壓塊，有時為保護外防腐層不受損壞在壓塊下還鋪一層橡膠片，這種做法會造成電屏蔽(壓塊與管道接觸的部分得不到保護或欠保護)及橡膠片下的縫隙腐蝕。原因是管道浸在導電介質(zhì)中，由于金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)介質(zhì)處于滯流狀態(tài)，引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕。引起腐蝕的縫隙并非是用肉眼可以明辨的縫隙，而是指使縫內(nèi)介質(zhì)停滯的特小縫隙，其寬度一般為0.025～0.100 mm。對寬度>0.1 mm的縫隙，縫內(nèi)介質(zhì)不至于形成滯流，不會形成此種腐蝕。解決的辦法是：去掉保護用的橡膠片，避免縫隙腐蝕;在壓塊下管道的底部焊上小犧牲陽極塊，使保護電流沿壓塊與管道的縫隙中進入管道上半部分，避免砼壓塊造成的屏蔽作用。
?、吖艿罊z測
管道壽命初期的事故多發(fā)階段一般是在竣工后0.5—2.0 a內(nèi)，這期間管道暴露出其內(nèi)在質(zhì)量問題，包括設(shè)計、管材質(zhì)量、施工質(zhì)量等方面的問題。因此我們在投產(chǎn)試運行前對新建高壓管道進行了一般性檢測，主要有管道防腐層的電流檢測、陰極保護檢測和管道埋深檢測。非開挖檢測結(jié)果顯示，12.7 k管道中發(fā)現(xiàn)防腐層漏點2處，其余防腐層質(zhì)量優(yōu)良鑒于這兩處防腐層漏點面積較小，且埋深較深，不采取開挖修復，而是加強陰極保護電位測試。陰極保護的檢測結(jié)果較好，但是局部設(shè)計過于保守，有犧牲陽極材料使用量過大的現(xiàn)象。管道埋深一般約1.5m，局部埋深不足1 m，因此對埋深不足管段加強巡檢。在3年內(nèi)進行全面檢測，以后根據(jù)管道運行狀況每1～3年檢測1次。
參考文獻：
[1] 李永威，周凌.埋地管道外防腐與陰極保護的探[J].煤氣與熱力，2002，22(1)：32—33.
