阴极保护技术在直埋蒸汽管道中的应用

2015-12-21 04:55王宗超
科技与创新 2015年24期
关键词:阴极保护

王宗超

摘 要:为了延长管道的使用寿命和保障安全生产,应在管道防腐中采用防腐蚀涂层与阴极保护相结合的双保护技术。防腐涂层可对管道与周围土壤介质起到物理隔离作用,优质的防腐涂层可有效降低阴极保护所需的保护电流密度;阴极保护可有效弥补防腐涂层具有的针孔、涂层老化等缺陷,从根本上抑制管道土壤腐蚀的发生和发展。通过两者的结合使用,可大大延长管道的使用寿命,这是目前公认的组合防腐蚀技术。

关键词:蒸汽直埋管道;阴极保护;镁合金阳极;防腐蚀技术

中图分类号:TG174.41 文献标识码:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.133

本文以无锡协联热电埋地蒸汽管道改造项目为例,具体阐述阴极保护在蒸汽热网埋地管道中的应用。2013年,无锡协联热电拟对市区解放环路内各埋地蒸汽管道进行全面改造,对各埋地蒸汽管道加装阴极保护为改造项目之一,从而延长管道的使用寿命。

1 设计依据

本设计参考《埋地钢质管道阴极保护技术规范》(GB/T 21448—2008)、《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》(GB/T 21246—2007)、《埋地钢质管道直流排流保护技术标准》(SY/T 0017—2006)、《埋地或水下金属管道系统的外部腐蚀控制》(NACE RPO169—96)和无锡市区的地下水位、水质状况。

2 设计技术指标

保护电位:管道保护电位为-0.85 V(相对于饱和Cu/CuSO4参比电极);设计使用年限t≥20年。

3 设计方案

阴极保护方法分为强制电流保护和牺牲阳极保护两种。根据本管道所处的环境状况和外涂层性质(在本设计中,埋地蒸汽管道外套钢管防腐层采用环氧煤沥青防腐层,防腐结构为“一底三布五油”,即“底漆—沥青—玻璃布—沥青—玻璃布—沥青—玻璃布—两层沥青”),本管道宜使用牺牲阳极法。牺牲阳极的作用分为2方面:①对管道实施有效保护;②起排流作用,以排除杂散电流的干扰。

4 牺牲阳极保护设计计算

4.1 保护面积

本项目埋地蒸汽管道外套管的外表面积为6 692 m2,详见表1.

4.2 平均保护电流的密度

根据本项目管道周围的工况条件、涂层品种、设计使用寿命等,考虑到需要阴极保护蒸汽管道的外套管具有一定的温度,并参考了其他工程的实践经验,设定本管道的平均保护电流密度为0.8 mA/m2。

4.3 阳极材料

选用镁合金牺牲阳极,阳极的化学成分和电化学性能应符合GB/T 21448—2008中的规定,详见表2和表3.

4.3.1 阳极的规格、型号

镁合金阳极的型号为MG-22,规格为700 mm×(130 mm +150 mm)×125 mm,质量为22 kg。

4.3.2 填充料的配方

在土壤环境中,为了降低牺牲阳极接地电阻和活化阳极的电化学性能,需要在镁阳极中配置专用化学填充料。填充料的成分为质量分数为15%的石膏粉、质量分数为35%的工业硫酸镁和质量分数为50%的膨润土。

4.3.3 填料包的规格

MG-22型阳极(22 kg/支)填料包的尺寸为φ300×1 000 mm。

4.4 阳极用量的计算

4.4.1 阳极接地电阻

阳极采用立式埋设,阳极接地电阻按以下公式计算:

将相关数据代入式(1),求得MG-22型阳极接地电阻RV=9.34 Ω。

4.4.2 单组阳极接地电阻的计算

单组阳极接地电阻的计算公式为:

4.4.5 牺牲阳极的用量

阴极保护所需的牺牲阳极数量按以下公式计算:

计算结果见表5.

考虑到阳极采取成组埋设的方式,所以,选取了148只阳极。

4.4.6 阳极间距

牺牲阳极埋设间距详见表6.

4.4.7 牺牲阳极使用寿命的计算

阳极的使用寿命可按以下公式计算:

经计算可得,T=20.55年,可满足设计中20年的年限要求。

〔编辑:张思楠〕

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