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〕