埋地钢质燃气管道追加强制电流阴极保护实践

作者:燕珠峰 来源:莱芜市燃气热力有限责任公司 点击:  评论: 更新日期:2016年10月06日
摘要:结合莱芜市已建的秦钢次高压燃气管道追加强制电流阴极保护工程的实践,论述了阴极保护方案的确定、方案设计、施工、调试、运行方面的实践经验。
关键词:埋地钢质燃气管道;腐蚀控制;强制电流阴极保护
Addition of Impressed Current Cathodic Protection for Buried Steel Gas Pipeline
YAN Zhu-feng
AbstractCombined 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 wordsburied steel gas pipeline;corrosion control;impressed current cathodic protection
概述
    莱芜市燃气热力有限责任公司泰钢次高压天然气管道始建于2008年1月,管道全长大约20km。管材为Ø323.9×8的螺旋焊接钢管,管道外防腐形式为绝缘性能优良的挤塑聚乙烯三层复合结构防腐层。管道设计压力为0.8MPa,运行压力≤0.7MPa。管道焊接采用纤维素焊条下向焊工艺,管道材质为Q235B。
   按照CJJ 95—2003《城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程》,新建的高压、次高压、公称直径≥100mm的中压管道和公称直径≥200mm的低压管道必须采用防腐层辅以阴极保护的腐蚀控制措施,管道运行期间阴极保护不应间断[1~4]。2008年11月,我公司为消除次高压管道运行隐患,贯彻执行防腐蚀规范,经过研究决定对泰钢次高压燃气专用管道追加阴极保护工程。
阴极保护方案的确定
    泰钢次高压燃气专用管道大多位于莱芜市郊区,且管道已修建完成,通过技术经济比较,我公司决定对该管道采用造价低、工程量小的强制电流阴极保护方式。泰钢次高压燃气管道强制电流阴极保护设置见图1。
 
    强制电流阴极保护站和深井阳极地床均设置在傅家庄门站内,在傅家庄门站和泰钢计量站内以及管道沿线分别设置12个阴极保护数据测试桩,在沿途4个阀门井处分别设置镁合金阳极以补充阀门处的阴极电流消耗。在管道穿越铁路和临近高压线处均设置锌排流阳极装置。
设计与施工注意事项
3.1 阳极地床及辅助阳极的选择
    ① 阳极地床可选择深井阳极地床和浅埋阳极地床。深井阳极地床是将辅助阳极安装在直径为200~400mm,深度为30~50m的阳极井中。其优点为:占地少,对非保护的地下钢结构的影响小,适用于复杂的管网和罐区,是区域性阴极保护的主要技术之一。由于保护对象为城市郊区的次高压管道,附近可能存在受影响的非保护对象,为避免对管道周围其他地下金属构筑物的影响,根据现场条件和地下水位较高的特点,采用保护效果较好的深井阳极地床。将阳极井建在泰钢次高压管道的起点站——傅家庄门站,原因如下:a.门站有强制电流阴极保护设备所需要的稳定的外部电源和工作间,可减少二次建站的造价,还便于阳极汇流电缆与恒电位仪阳极接线点的短距离连接。b.门站工作人员可以随时对设备情况进行监控、管理。
    ② 本项阴极保护工程辅助阳极材料选用最近几年由国外引进的已大量用于工程实践的混合金属氧化物(MMO)管状阳极。MMO阳极具有单位面积输出电流大、寿命长、本身强度高、重量轻、安装方便等优点。门站阳极井深约40m,口径规格Ø325,阳极地床设置了6支Ø25、长度为1m的MMO管状阳极。管状阳极设置方式为从井底到井口并联式固定在长度为40m、规格为Ø32×3.6的PVC管外壁,相邻间距为6m,每支管状阳极紧贴PVC管外壁,两端用PVC卡箍固定。由于阳极棒在深井内逐渐腐蚀并伴生气体,因此,PVC管还作为阳极井地下透气管,外壁按螺旋方式均匀钻Ø5的孔,间距为5cm,直至地面管口,管周围填充焦炭,便于井内气体溢出至地面。
    ③ 为有效减小辅助阳极接地电阻,并延长辅助阳极使用寿命,选择含碳量较高的石油焦炭(粒径为3~5mm)作为辅助阳极填料,辅助阳极井内大约使用2t焦炭进行填充。
3.2 阴极保护系统
   ① 控制系统
   位于傅家庄门站内的阴极保护控制系统由2台恒电位仪、1台控制台、1个辅助阳极地床、1处阴极通电点组成。
    阳极地床各支阳极通过汇流电缆与恒电位仪阳极接线柱相连。在泰钢次高压管道位于傅家庄门站工艺区埋地出站管道绝缘接头外安装一个接恒电位仪阴极通电点和一个零位接阴通电点,通过电缆分别与恒电位仪的相应接线柱相连。在2个通电点附近土壤冰冻线以下距离管壁0.3m处分别埋设一支电位控制用长寿命铜-硫酸铜参比电极和与管道同材质的测试片(与保护管道相连)。为确保参比电极能够正常工作,参比电极顶部设置一根Ø110×3的PVC管,配PVC地漏,并略低于地面,管内填上细沙至地面高度,以便维护中向长效参比电极浇水。
    ② 检测系统
    阴极保护检测系统由恒电位仪、参比电极和测试桩组成。恒电位仪可以自动测量通电点的电位、输出电压和输出电流。沿泰钢次高压管道每隔3km设置1个混凝土电位测试桩,在傅家庄门站(首站)和泰钢计量站(末站)各设置1个绝缘测试桩,总计12个检测桩。
    ③ 电绝缘与电涌保护
    a. 本工程管道需要在傅家庄门站出站管道处、泰钢计量站进站管道处把现有法兰改装成绝缘法兰,此项工作由我公司施工单位负责完成。后续钢质管道与本管道连接时必须设置绝缘接头。
    b. 考虑到管道沿线雷电较多的特点,在绝缘法兰(接头)处采用双锌接地电池进行保护,每1个绝缘法兰(接头)处设置双锌接地电池一套。在临近高压线和与铁路交叉处分别设置锌排流阳极。
    ④ 干扰腐蚀控制
    考虑到管道沿线与高压电线路交叉或邻近、与铁路交叉的特点,在次高压管道上设置锌排流阳极8组,每组2支,每支质量为15kg/支,用于排除杂散电流的影响和管道静电接地。
   ⑤ 电缆型号
   阴极汇流电缆:VV22-1kV-1×16。
   阳极汇流电缆:VV22-1kV-1×25。
   零位接阴电缆:VV22-1kV-1×16。
   测试桩测试电缆:VV-1kV-1×10。
   辅助阳极电缆:VV-1kV-1×10。
   参比电极信号电缆:RVVP-2×1.5。
   对保护电流大小和经济电压降作综合考虑,根据导线总电阻所占系统回路总电阻的合适比例,确定以上阴极保护系统电缆配线截面积。
   零位接阴是整个仪器电路的地端,接于被保护物通电点附近,这个“地”必须建立在被保护物(管道)上,才能实现正确控制。因此,绝不能使用短线把零位接阴与输出阴极接在一起。
   ⑥ 沿途阀门井防护
   由于燃气管道施工时沿途阀门井两端未设置绝缘接头,在该次阴极保护方案中采用镁合金阳极补充阀门井的电流消耗,每个阀门井处设置镁合金阳极1组(2支),型号为HFAZ63CT-8。泰钢次高压燃气管道沿途共有阀门井4个,一共设置8支镁合金阳极。
3.3 其他事项
    强制电流阴极保护工程施工前,施工方首先要制定完善的设计方案和施工组织设计,报请业主和监理方审批通过。在施工过程中我公司派出经过阴极保护专业培训的施工管理人员和监理方全程现场管理。这样做一方面便于对现场布点情况作出及时调整,另一方面也为了阴极保护工程施工保质保量。
    强制电流阴极保护工程中设置于门站内的接地电极和测试桩一般均按照设计方案施工。在管道沿途设置的测试桩,建议在遵从方案设计的前提下,可在较短距离范围内调整,把桩位设置于靠近路边的地方,以便于巡检人员进行测试和维护。
    阴极保护系统在建设过程中利用绝缘接头(或绝缘法兰)与非保护管道进行电绝缘而成为独立的电保护系统。在实际操作中,一定要高质量地做好绝缘隔离施工,必须由有经验的电气工程师进行认真的检测,防止保护电流流失。
调试与运行
    泰钢次高压天然气管道阴极保护工程施工完毕,我们在未通电前实测自然电位为-0.57V,通电极化电位选择为-1.5V,极化时间选择48h,阴极保护站电压调整为-1.3V,管道末端实测保护电压为-1.296V。建议新建强制电流阴极保护工程投运初始阶段短时间采用电压绝对值较高的负阴极保护电压运行,有利于管道极化,但要控制好运行时间,防止管道析氢、剥离防腐层。
    系统在建成后必须由有经验的专业防腐蚀工程师进行认真的检测和调试。在调试过程中,注意察看恒电位仪、控制柜等设备是否正常工作;保护电位是否达到设计要求;检测绝缘接头两侧的电位,验证绝缘接头的效果;通过绘制保护电位曲线图,对异常部位要认真找出漏电原因,及时采取措施。
    在运行方面,我们在阴极保护站制定了强制电流阴极保护操作规程,门站值班人员每1h记录阴极保护设备运行参数,每1d巡检测试桩并记录测试值,2台恒电位仪每1个月切换运行1次。这样做以确保受保护管道及设备的阴极保护实效。
结论
    ① 对于有些城市原有的当时未施加阴极保护的郊外埋地钢质燃气管道,由于外防腐层性能的提高,追加阴极保护措施可选择强制电流法,其技术可靠,经济效果明显。
    ② 在强制电流阴极保护方案中,应尽量选择深阳极地床技术,避免阳极地床对其他埋地钢质建、构筑物的影响。
    ③ 相对于牺牲阳极法,强制电流法的阴极保护电流在一定范围内连续可调,其保护效果更容易满足要求。
    ④ 必须要求在受保护的燃气管道途经变电站、高压线区域采取排流措施。
    ⑤ 阴极保护站建议建在受保护燃气管道的首站或末站,可大大减少投资费用。
参考文献:
[1] SY/T 0036—2000,埋地钢质管道强制电流阴极保护设计规范[S].
[2] CJJ 95—2003,城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程[S].
[3] SYJ 4006—1990,长输管道阴极保护工程施工及验收规范[S].
[4] 高鹏,王亚平,康志刚,等.新建埋地钢质燃气管道强制电流阴极保护设计[J].煤气与热力,2008,28(12):B09-B13.
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