陰極保護技術在直埋蒸汽管道中的應用

王宗超

摘 要：為了延長管道的使用壽命和保障安全生產，應在管道防腐中采用防腐蝕涂層與陰極保護相結合的雙保護技術。防腐涂層可對管道與周圍土壤介質起到物理隔離作用，優質的防腐涂層可有效降低陰極保護所需的保護電流密度；陰極保護可有效彌補防腐涂層具有的針孔、涂層老化等缺陷，從根本上抑制管道土壤腐蝕的發生和發展。通過兩者的結合使用，可大大延長管道的使用壽命，這是目前公認的組合防腐蝕技術。

關鍵詞：蒸汽直埋管道；陰極保護；鎂合金陽極；防腐蝕技術

中圖分類號：TG174.41 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.133

本文以無錫協聯熱電埋地蒸汽管道改造項目為例，具體闡述陰極保護在蒸汽熱網埋地管道中的應用。2013年，無錫協聯熱電擬對市區解放環路內各埋地蒸汽管道進行全面改造，對各埋地蒸汽管道加裝陰極保護為改造項目之一，從而延長管道的使用壽命。

1 設計依據

本設計參考《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》（GB/T 21448—2008）、《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》（GB/T 21246—2007）、《埋地鋼質管道直流排流保護技術標準》（SY/T 0017—2006）、《埋地或水下金屬管道系統的外部腐蝕控制》（NACE RPO169—96）和無錫市區的地下水位、水質狀況。

2 設計技術指標

保護電位：管道保護電位為-0.85 V（相對于飽和Cu/CuSO4參比電極）；設計使用年限t≥20年。

3 設計方案

陰極保護方法分為強制電流保護和犧牲陽極保護兩種。根據本管道所處的環境狀況和外涂層性質（在本設計中，埋地蒸汽管道外套鋼管防腐層采用環氧煤瀝青防腐層，防腐結構為“一底三布五油”，即“底漆—瀝青—玻璃布—瀝青—玻璃布—瀝青—玻璃布—兩層瀝青”），本管道宜使用犧牲陽極法。犧牲陽極的作用分為2方面：①對管道實施有效保護；②起排流作用，以排除雜散電流的干擾。

4 犧牲陽極保護設計計算

4.1 保護面積

本項目埋地蒸汽管道外套管的外表面積為6 692 m2，詳見表1.

4.2 平均保護電流的密度

根據本項目管道周圍的工況條件、涂層品種、設計使用壽命等，考慮到需要陰極保護蒸汽管道的外套管具有一定的溫度，并參考了其他工程的實踐經驗，設定本管道的平均保護電流密度為0.8 mA/m2。

4.3 陽極材料

選用鎂合金犧牲陽極，陽極的化學成分和電化學性能應符合GB/T 21448—2008中的規定，詳見表2和表3.

4.3.1 陽極的規格、型號

鎂合金陽極的型號為MG-22，規格為700 mm×（130 mm +150 mm）×125 mm，質量為22 kg。

4.3.2 填充料的配方

在土壤環境中，為了降低犧牲陽極接地電阻和活化陽極的電化學性能，需要在鎂陽極中配置專用化學填充料。填充料的成分為質量分數為15%的石膏粉、質量分數為35%的工業硫酸鎂和質量分數為50%的膨潤土。

4.3.3 填料包的規格

MG-22型陽極（22 kg/支）填料包的尺寸為φ300×1 000 mm。

4.4 陽極用量的計算

4.4.1 陽極接地電阻

陽極采用立式埋設，陽極接地電阻按以下公式計算：

將相關數據代入式（1），求得MG-22型陽極接地電阻RV=9.34 Ω。

4.4.2 單組陽極接地電阻的計算

單組陽極接地電阻的計算公式為：

4.4.5 犧牲陽極的用量

陰極保護所需的犧牲陽極數量按以下公式計算：

計算結果見表5.

考慮到陽極采取成組埋設的方式，所以，選取了148只陽極。

4.4.6 陽極間距

犧牲陽極埋設間距詳見表6.

4.4.7 犧牲陽極使用壽命的計算

陽極的使用壽命可按以下公式計算：

經計算可得，T=20.55年，可滿足設計中20年的年限要求。

〔編輯：張思楠〕