石油高校油氣儲運腐蝕與防護實踐創新基地建設

劉建國, 李自力, 胡宗武, 寇 杰, 張樹文

(中國石油大學 儲運與建筑工程學院, 山東 青島 266580)

劉建國, 李自力, 胡宗武, 寇 杰, 張樹文

(中國石油大學 儲運與建筑工程學院, 山東 青島 266580)

為滿足學生實踐教學要求,改善實踐教學條件,以培養學生實踐、創新能力為目標,以建設國家級實驗教學示范中心為契機,建設了腐蝕與防護實踐創新基地,構建了工程環節實訓實驗及創新實驗體系。確保了學生在校內有足夠的實習實訓時間,有效地調動了學生的積極性、創造性。

油氣儲運； 腐蝕與防護； 實踐創新基地； 本科教學

中國石油大學是一所具有鮮明石油特色的行業院校。油氣儲運工程專業作為國家重點學科,堅持培養具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才。2012年“油氣儲運工程實驗教學中心”獲批建設“十二五”國家級實驗教學示范中心(下稱中心),中心以學生的工程意識養成和實踐動手能力、創新能力培養為目標,構建校內實驗教學、工業模擬仿真、校外實習實訓、創新創業鍛煉一體化的實踐育人模式[1-4]。中心建設加大對教學基本設施的投入,改善實踐教學條件,建設腐蝕與防護實踐創新基地是重要一環。

1 建設必要性、可行性分析

國內石油管網、儲罐等日益嚴重的腐蝕問題及由于腐蝕造成的重大安全問題已經威脅到油氣儲運的安全運行。青島“1122”爆燃事故,造成了嚴重的人員傷亡和巨大的經濟損失及環境污染,就是由于腐蝕導致的穿孔漏油導致的[5]。腐蝕與防護方向主要介紹金屬腐蝕與防護方面的基礎知識,重點是電化學腐蝕的原理以及電化學保護、防腐層保護等基本保護方法,以拓寬學生的專業面,并使學生能夠在該領域從事基本的應用與研究工作,要求學生既要掌握扎實的理論基礎,又要有較強的分析問題、解決問題的實踐能力,以適應社會的需求[6-8]。目前存在的主要問題是缺乏工程環節相關實踐實驗,與實踐應用脫鉤,無法滿足工作單位應用需求。由于管道的腐蝕老化問題日益嚴重,目前石油部門已將腐蝕檢測及評估作為防腐蝕的一個重要環節,但目前沒有相關的實訓,與現場應用嚴重脫鉤,導致學生畢業后初次面對相關問題時不知所措。為了滿足學生工程實訓的要求,培養學生實踐與創新能力,以國家級實驗教學示范中心建設為契機,建設了腐蝕與防護實踐創新基地。

2 腐蝕與防護實踐創新基地建設

為了滿足學生工程實訓的要求,達到滿足企業的工程應用需求的目的,建設的腐蝕與防護實踐創新基地需與現場實際情況一致。依據現行標準GB/T 21447—2008《鋼質管道外腐蝕控制規范》、GB/T 21448—2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》,對腐蝕與防護實踐創新基地進行了設計建設。利用學校草坪,建設了與現場一致的微縮型“腐蝕與防護實踐創新基地” ,見圖1。該基地模擬現場埋地長輸管線,采用防腐層與陰極保護聯合對管線進行保護。該基地所用設備、材料與現場一致,具體包括鋼制管道、環氧煤瀝青防腐層、犧牲陽極、恒電位儀、輔助陽極、參比電極、電纜、測試樁、填充料等。部分建設照片見圖2。

圖1 腐蝕與防護實踐創新基地示意圖

圖2 腐蝕與防護實踐創新基地建設照片

2.1 基地概況

埋地管線采用Q235A碳鋼管材,管線直徑219 mm,壁厚5 mm,總長48 m,管道埋深0.8 m。管線37 m和46 m處均有一彎頭,46 m處彎頭向上。管線和地面齊平,設置管道井,可方便進行內檢測與評價等,管線兩端使用法蘭封堵。全線采用環氧煤瀝青防腐層。陰極保護采用2種形式,日常采用犧牲陽極陰極保護,實驗時可采用外加電流陰極保護。

2.2 設計參數

土壤電阻率取 40 Ω·m；平均保護電流密度取20 μA/m2；設計壽命20年；最小保護電位-0.85 V(vs. CSE),最大保護電位-1.20 V(vs. CSE)。

2.3 基地建設

管線全線采用環氧煤瀝青防腐層進行防護,管道工廠預制,補口處現場制作。

陰極保護采用犧牲陽極陰極保護、外加電流陰極保護2種形式。陰極保護是通過外加負電位使被保護的金屬陰極極化,從而降低金屬的腐蝕速度的方法。犧牲陽極陰極保護就是在金屬構筑物上連接或焊接電位較負的金屬,如鋁、鋅或鎂。釋放出的電流供給被保護金屬構筑物而陰極極化,從而實現保護。本基地犧牲陽極采用規格為MG-14鎂合金犧牲陽極2塊,其尺寸為700×(120+100)×102 mm。犧牲陽極用填充料包覆,填充料組成為:石膏粉75%，膨潤土20%，無水硫酸鈉5%。

外加電流陰極保護是在被保護結構周圍同一電解質環境中埋設輔助陽極,通過一個直流電源以輔助陽極為陽極,以被保護結構為陰極,構成供電回路,將直流電通向被保護的金屬,使被保護金屬陰極極化。外加電流采用KHV-5A/20V可控硅恒電位儀控制,輸出電壓的可調范圍0.4～20 V,輸出電流的可調范圍0.1～5 A。恒電位儀具備恒電位、恒電流運行模式。恒電位控制范圍為0～-3 V(vs. SCE),恒電流方式工作時,控制電流在0.1～5A 的范圍內連續可調。恒電位儀自帶模擬電路,可以在不連接管道情況下,實現恒電位儀操作模擬,方便教學。輔助陽極采用MMO/Ti柔性陽極,與管道并行鋪設,其組成部分由內向外依次是:陽極引線、陽極引線與MMO/Ti陽極線連接點、MMO/Ti陽極線、焦炭包覆層、耐酸堿織層(填料袋)和耐磨編織網組成。MMO/Ti陽極主體由一個連續的鈦基材并外涂裝銥/鉭金屬氧化物混合物涂層共同構成。MMO陽極線直徑0.8 mm,陽極設計壽命≥40年,MMO陽極線涂層消耗率≤6 mg/A.a,平均工作電流密度52 mA/m,陽極電阻≤0.007 Ωm。

參比電極采用長效硫酸銅參比電極,共布設5個參比電極,其中1個用作控制參比電極,其余分布在管線各處,用作測試之用。共布設3個測試樁,參比電極電纜、陽極地床電纜以及管線等均引入測試樁。

在平行于管線、距管線2 m處,布設紫銅接地極2個,接地極通過電纜引入測試樁,用于模擬雜散電流輸入。

輔助陽極電纜規格為XLPE/PVC 0.6/1 kV 1×16 mm2,陽極匯流電纜規格為YJVP 1×25 mm2,陰極電纜規格為YJVP 1×25 mm2,測試電纜規格為VV 0.6/1 kV 1×10 mm2。埋地電纜外均穿PVC保護管。

3 腐蝕與防護實踐創新實驗設計

利用建好的腐蝕與防護實踐創新基地,以學生的工程意識養成和實踐動手能力、創新能力培養為目標,構建了工程環節實訓實驗及創新實驗體系,充分發揮學生的主體地位,對學生進行工程環節訓練,培養學生的工程素質,提高學生分析問題和解決問題的能力,為將來科研工作以及畢業后的工作提供基本方法、基本技能和科學思維的保障。

3.1 實踐教學實驗設計

結合現場實踐應用,依據現行標準規范GB/T 19285—2003《埋地鋼質管道腐蝕防護工程檢驗》、SY/T 0087.1—2006《鋼制管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質管道外腐蝕直接評價》、SY/T 5918—2004《埋地鋼質管道外防腐層修復技術規范》、GB/T 21246—2007《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》、SY/T 0017—2006 《埋地鋼質管道直流排流保護技術標準》、GB/T 50698—2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》,設計了管線精確查找模塊、陰極保護檢測與評價模塊、防腐層檢測與評價模塊、雜散電流檢測與評價模塊4個模塊,土壤電阻率測試、管道陰極保護電位測試、管道自然電位測試、犧牲陽極開路電位測試、陽極接地電阻測試、管道定位檢測、管道防腐層檢測與評估、交流雜散電流檢測與評估、直流雜散電流檢測與評估、恒電位儀操作培訓10個實訓實驗。這4個模塊10個實訓實驗均為目前現場的日常或突發事故檢測項目,基本涵蓋了油氣儲運設施的腐蝕檢測評估工作,使學生不出校門就可達到工程實訓的目的。

按照相關標準規范,編制了實訓實驗指導書,包括了10個實訓實驗所需要的儀器設備、操作步驟等,并建設了網站,錄制了實訓視頻資源放在網站上,供學生下載學習,提前熟悉儀器設備及操作方法。

3.2 開放性創新性實驗設計

開放腐蝕與防護實踐創新基地,增加了創新性實驗,培養學生創新能力。與學校、學院“大學生創新創業訓練計劃創新訓練項目”相結合,鼓勵學生利用實踐創新基地,自主申請腐蝕相關項目。創新性實驗的設計緊跟現場需求,從選題立項、儀器設備等方面給予學生全方位支持。學生完成實驗并通過考核后,賦予相應的自主發展學分。設計的創新實驗主要有管道內檢測方法、智能內檢測機器人的研制、埋地管道剩余壁厚非開挖檢測、陰極保護電位IR降的消除、管中雜散電流測試方法研究、雜散電流智能排流器的設計等。滿足了學生對專業、興趣等的個性化需求,促進學生發展獨立思維和自我開拓獲取知識的能力,激發其創新意識,提高其創新能力。

4 結束語

以建設國家級實驗教學示范中心為契機,建設了腐蝕與防護實踐創新基地作為校內實習實訓基地之一,以學生的工程意識養成和實踐動手能力、創新能力培養為目標,構建了工程環節實訓實驗及創新實驗體系,充分發揮學生的主體地位。基地建設已經取得初步成效,確保了學生在校內有足夠的實習實訓時間。加深了學生對腐蝕防護知識的理解,分析問題和解決問題的能力明顯提高,使得學生不出校門就可達到工程實訓的目的,教學效果明顯,為學生將來的科研工作以及畢業后的工作提供了基本方法、基本技能和科學思維的保障。

References)

[1] 梁勇, 王杰, 任佳, 等.構建校內創新實踐基地 培育學生創新能力[J].實驗技術與管理, 2014, 31(10): 216-218.

[2] 李勇軍, 張海燕.大學生創新能力訓練模式探索與實踐[J].實驗技術與管理,2014, 31(11): 17-19, 28.

[3] 王莉麗,艾欣,宋金鵬.國家級電氣工程專業實驗教學示范中心建設與實踐[J].實驗技術與管理, 2014, 31(12): 124-127.

[4] 羅小明,何利民,曹學文,等.油氣儲運實驗教學示范中心建設的思考[J].實驗技術與管理, 2014, 31(10): 161-164.

[5] 安全監管總局監督管理一司.山東省青島市“11?22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故調查報告[EB/OL].(2014-1-11).http://www.chinasafety.gov.cn/newpage/Contents/Channel_20132/2014/0110/229137/content_229137.htm.

[6] 韓立影,王亞男,張峻巍,等.“材料腐蝕與防護”課程教學改革實踐[J].遼寧科技大學學報, 2013, 35(3): 247-251.

[7] 張惠,王輝,馬永青,等.材料的腐蝕與防護實踐教學探索[J].化學工程與裝備,2012 (1): 177-178.

[8] 龔利華,吳海峰,鄭傳波.《耐腐蝕金屬材料學》課程教學改革探討[J].實驗科學與技術, 2012, 10(2): 116-118.

Corrosion and protection practice and innovation base construction of oil & gas storage and transportation in petroleum universities

Liu Jianguo, Li Zili, Hu Zongwu, Kou Jie, Zhang Shuwen

(College of pipeline and civil Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

In order to meet the students’ requirements of practical teaching and improve practical teaching conditions, taking to train students practice and innovation capacities as the target, to construct the national experimental teaching demonstration center as an opportunity, the corrosion and protection practice and innovation base was constructed. The engineering training test and innovative experimental system was built. It is ensured that the students have enough time to practice and get training in the school, and the enthusiasm and creativity of students are effectively mobilized.

oil & gas storage and transportation; corrosion and protection; practical and innovation base; undergraduate teaching

2015- 05- 24 修改日期：2015- 07- 07

“十二五”國家級實驗教學示范中心“油氣儲運工程實驗教學中心”建設項目；中國石油大學教學改革項目(2014)；中國石油大學教學改革項目(JY-B201275)；山東省成人高等教育特色課程建設項目(2013)

劉建國(1983—),男,內蒙古烏蘭察布,博士,講師,儲運工程系副主任,主要從事油氣儲運腐蝕與防護研究.

E-mail：jgliu83@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)12- 0225- 03