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地下输油输气管道的阴极保护方案与经济效益

地下输油、输气管道的阴极保护

金属管道在土壤中会发生腐蚀,严重时甚至会因腐蚀而导致管道穿孔,造成不必要的损失。因此,保护管道是安全生产不可忽视的措施。阴极保护是一种有效的防腐措施,所需费用一般不到管道工程投资的1%。采用阴极保护,首先应确定保护方法,这取决于保护电流的大小,土壤电阻率、其他结构物的干扰以及经济性等;其次要确定保护参数;此外还应考虑对其他设施可能产生的影响及防治措施。

有如下几个具体实例可供参考。

1.输油、输气管道的阴极保护

参考第九章的相关内容。

2.海底管道的阴极保护

随着海上石油和天然气的开采,需要铺设很多海底管道。对于直径300mm、壁厚16mm的较小的管道,在绝缘层质量良好的情况下,保护区的长度可以达到100km左右。而更长的海底管道,通常就要用锌阳极保护。

海水中的管道常用厚1.5cm的覆盖层保护,这种覆盖层含有15%的沥青、0.1%的玻璃纤维和85%左右的无机填充物。为了增加管道的机械强度,在管外再覆盖5cm左右厚的混凝土层,并用直径2~3mm的钢筋网加强后填埋入沟中。常用锌合金作牺牲阳极。海底管道采用锌阳极保护时,即使表面覆盖层损坏5%,管道仍能得到完全的保护。地中海海滨有一直径为914.4mm的裸管,埋在海底的长度有1741m,采用外加电流系统进行阴极保护,多年使用后证明该法的保护效果好,又较为经济。

二、地下输水管网的阴极保护

据资料报道,某厂区地下输水管网全部投产运行,其管径有十几种规格,管网总长度约59km,日供水量为26.6×l04 t。由于建造过程中防腐涂层等级要求不高,施工质量差,且未施加阴极保护,使用几年后发现管网腐蚀泄漏严重,泄漏点逐年增多,到1990年达到127点。每年仅维修堵漏费用即达几十万元,换新管段耗资则达百万元以上,严重地威胁着厂区主要装置的正常运行。经过技术分析和可行性论证,确认阴极保护技术是抑制厂区地下输水管网腐蚀的最佳技术路线,自1991年起在易燃易爆厂区的密集管网上实施了区域阴极保护,达到了设计技术要求。取得了明显的保护效果。其实施的措施包括如下几项。

1.阴极保护工程的方案设计

(1)保护范围。厂区地下输水管网阴极保护工程保护的总面积为42730m2 ,保护对象包括地下输水管网、铜接地网、地下电缆、桩基等地下金属构筑物。

(2)技术路线。由于厂区地下输水管与地下电缆、桩基等地下金属构筑物用导电材料连接成一体,经过专家论证和评审,确定厂区地下输水管网防腐蚀方案。该方案确定不采用绝缘法兰进行保护对象的电性分离,而应直接采用牺牲阳极与外加电流的联合保护,以实现厂区地下金属构筑物全方位的保护。

(3)主要技术指标。

①厂区地下输水管网等设施阴极保护有效期为25年。

②在有效保护期内,管一地电位控制在-1.05〜-0.85V(相对于Cu、CuSO4 参比电极,下同),在硫酸盐还原菌多的地区,管一地电位控制在-1.05~-0.90V,外加电流保护系统的馈电点最负电位为-1.25V。

③测试挂片保护角大于90%。

④地下输水管网的泄漏率逐年大幅度地降低,管外壁基本维持现状,原腐蚀点不再继续发展,新的腐蚀点不再出现,腐蚀隐患基本消除。

⑤确保阴极保护系统安全可靠,无副作用。

2.阴极保护工程的施工及测试

按照工程特点,某厂区地下输水管网阴极保护工程的施工分为三个阶段。

(1)阴极保护方案全面实施阶段。1991年7月至12月,该厂对厂区地下输水管网全面实施牺牲阳极和外加电流保护,共设置225个牺牲阳极的埋设点,埋设了1874支牺牲阳极,其中锌合金牺牲阳极1784支,镁合金牺牲阳极90支,外加电流阴极保护系统共设了15个控制点,安装15台50V、50A恒电位仪,钻18眼阳极井,其中20m以上深井10眼,6~15m半深井8眼,埋设65支高硅铸铁辅助阳极。1992年2月至3月,该厂对厂区阴极保护系统进行了全面通电调试和电位测量,测量结果表明,整个厂区地下管网的管一地电位普遍向负向移动100~150mA,消除了异种金属的接触腐蚀,并起到了排流与均压的作用,泄漏点明显地减少。

(2)阴极保护方案重点整改阶段。为总结分析保护方案实施阶段效果,该厂自1992年4月起,选择腐蚀较严重的某处和中央干道两个区域作为突破点,提出了重点整改方案,增设13处浅埋阳极床、2眼深井、8台恒电位仪、38支高硅铸铁辅助阳极、两支铂、铌丝阳极、28支镁合金牺牲阳极。至1992年11月,全面完成了重点整改方案的实施工作,并进行了管一地电位的测量。测量结果表明,选择的腐蚀较严重处阴极保护方案全面整改后,管道电位低于-0.85V,保护管道面积达到全厂地下输水管网总面积的91.3%。中央干道阴极保护方案全面整改后,管道电位低于-0.85V,完全保护的管道面积达到该区域地下输水管网总面积的92.2%,基本上满足了设计要求。

(3)阴极保护方案的全面整改阶段。根据腐蚀较为严重处和中央干道阴极保护方案整改成功的经验,自1993年6月中旬起,对全厂其他几个区域进行了全面整改,至1993年10月全面完成了上述整改工作,并对各处地下管网进行了管一地电位测量。测量结果表明,全厂地下管网电位低于-0.85V,得到完全保护的管道面积占地下管网总面积的90%以上,泄漏点大幅度下降,达到了设计技术要求。

3.安全测试及作用评价

(1)阴极保护的安全测试。上述厂区属一级禁火区,在该区域实施阴极保护最担心的问题之一,是跨步电压的安全防爆问题。跨步电压,就是埋设于阴极保护电场中不同金属结构间的电位差,一旦结构间短路,就可能产生电火花,引爆可燃性气体,产生不堪设想的灾难性事故。因此,跨步电压的安全防爆问题,是该厂区能否实施外加电流阴极保护的一个必要条件。为了解决这一重要问题,厂区专门进行了防爆测试,测试表明,在装置区内实施阴极保护后测到的跨步电压均不会产生短路火花,更不会引爆可燃性气体。因此,在防爆装置区实施阴极保护,从跨步电压的引爆角度看,是安全可行的,这也为在装置区实施外加电流阴极保护提供了一个重要的安全保证。

(2)阴极保护的作用评价。

①阴极保护系统全面运行后,除个别地点地下管网电位接近-2.0V外,其余大部分管网最负点电位均高于-1.5V,达到了设计技术要求,对埋设管道外涂层不会产生破坏作用。

②厂区地下输水管网阴极保护系统全面投运后,分别测得铜接地网电位为-0.72~1.47V,测得地下电缆电位为-1.12~-1.11 V,铸铁管电位为-0.79~-0.75V,未发现电位正移现象,而且普遍负移200mV以上,达到了保护电位范围,且电位分布均匀。这就表明了阴极保护系统投运后,对地下非主要保护对象铸铁管、铜接地网、电缆等构造物无任何干扰、腐蚀作用,而且这些地下构造物与输水管网同样得到了足够的保护。

(1)减少了抢修费。在实施阴极保护前,泄漏点逐步增加,几乎是成倍增加,堵不胜漏。最多漏点达到127点。全面实施阴极保护后,泄漏点已明显减少,管道的局部严重腐蚀状态得到控制,漏点降为49点。

(2)节省了大量的管道更新费。1990年该厂区的供排水厂曾打算在严重腐蚀区换管道4588m,工程概算为1000万元。但在厂区实施区域性阴极保护后,能有效地防止地下管网的严重腐蚀,节省了原计划换装管道经费。

(3)经济效益分析。

①该厂区地下输水管网已使用了15年,采用阴极保护后,有效保护期为25年,现有管网的使用寿命延长到40年,经计算每年可获得直接经济效益200.5万元。

②由于实施阴极保护,抑制了管道的泄漏,该厂年创节水费为478.88万元。

③由于实施阴极保护,抑制了管道的腐蚀泄漏,保证了各装置的安全供水,避免了停水、停产带来的重大经济损失,经估算,该厂每年将避免因利税损失产生的间接经济损失137万元。

采用了阴极保护后,以上三项累计年创经济效益816.4万元。并为易燃易爆厂区密集管网实施区域性阴极保护提供了成功的经验,事实也证明了在这一区域内实施阴极保护的必要性和可靠性。


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