石油化工企業埋地鋼管道區域性陰極保護技術

汪海波，楊 鑫，楊朝輝，李 寧

(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島 266071)

石油化工企業埋地鋼管道區域性陰極保護技術

汪海波，楊 鑫，楊朝輝，李 寧

(鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，山東青島 266071)

以某化工企業地下水管網追加區域性陰極保護實施過程為事例，對相關問題進行了探討。包括對現場情況的詳細調查，追加陰極保護方案設計以及方案實施等內容。

埋地管道 區域性陰極保護

石油化工尤其是以化工為主業的企業，諸如消防水管網、工業水管網(主要為冷凝循環水管網)和工業管道等地下鋼質管網星羅棋布。隨著企業不斷發展，產能不斷擴張，地下管網擴建會不斷持續下去，但企業用地有限，地下空間更加有限，所以管網布局縱橫交錯。

2004年在某大型石油化工企業調研發現，廠區中心區域上中下分布三層管網，縱向間距一米左右，最多一層橫向排列各種規格鋼質管道7根;每層管網建成年代相距五年以上，防腐蝕層狀況大相徑庭。

地下管網所處環境惡劣，除水、氧氣外，還有大量腐蝕介質以及雜散電流存在。而尤其是消防水和工業水管網等地下鋼質管網，其外防腐蝕層一般為防腐蝕等級較低的環氧煤瀝青，且十年前建成的企業一般不增設陰極保護，年限一長，防腐蝕層出現老化、剝離和破損，露出基體。從電化學腐蝕角度考慮，破露點將作為電化學腐蝕的小陽極，防腐蝕層完好的部分作為電化學反應的大陰極，從而引發腐蝕性極其嚴重的大陰極小陽極的電化學過程，破露點處腐蝕速度會以幾何數量級增加，穿孔等腐蝕現象也就司空見慣。

地下管網的腐蝕、泄漏造成危害不一樣:原材料等工業管道泄漏會帶來環境污染、起火爆炸等危害;消防水管網泄漏會帶來消防安全隱患;工業水管網泄漏直接導致損失巨大的生產停產，某廠因停水檢修一天的損失就達到千萬元;泄漏發生后勢必需要投入大量人力物力來進行搶修。

近年來，隨著行業管理者以及企業自身的重視，陰極保護因其緩解直至停滯電化學腐蝕發生，延長地下管網使用壽命等功效，被大規模引用到石油化工企業地下管網上。新建廠區，建設初期一般即同步安裝陰極保護裝置;已建成廠區，條件允許，追加陰極保護裝置。2005年華東某大型石化企業地下水管網追加陰極保護裝置就是一個典型事例。

1 追加陰極保護裝置準備工作

為得到詳實的現場資料，給設計、施工提供足夠的依據，2005年3－4月份，組織相關技術人員，對現場情況作了細致的調研。調研主要內容包括:管道基本情況(包括施工和竣工圖紙、管材、材質、外防腐蝕層類型及等級、運行期間的維修情況等);土壤腐蝕特性;雜散電流分布;管道外防腐蝕層老化和破損情況等。應用的方法主要有:直接觀察法、無損檢測法、在線檢測法和實驗室理化分析法等。

調研結果發現:鋼質管道分布較為規范，未發現分層埋設現象，但管徑跨度較大，從φ80 mm～φ1 420 mm;部分管段運行期間泄漏、維修頻次較高，每年至少停工檢修2次以上;管道防腐蝕層狀況較差，經評估達差與劣等級的占到30%左右(詳見表1);管道周圍土壤腐蝕性強，平均土壤電阻率25.8(Ω·m);部分區域存在雜散電流干擾。

表1 管道防腐蝕層檢測狀況

考慮相關領域未有統一的國標、行標對相關技術參數尤其是陰極保護電流密度作出明確規定，調研過程中，同時進行了多個管段的饋電試驗工作，根據饋電實驗結果，選定陰極保護電流密度為5 mA/m2。

2 方案設計

綜合以上調研結果，考慮已建成廠區無法追加絕緣裝置等現實，決定采用區域性陰極保護方法，把地下水管網作為一個保護整體進行設計;輔助陽極地床采用深井方式;陽極地床個數由整個管網所需保護電流除以單座陽極地床發出電流大小得出;陽極地床安裝位置結合現場實際情況考慮，在服從整體布局基礎上，每座陽極地床應有保護側重點與針對性;在管段特別密集，大小管徑交雜分布區域，引進近陽極地床概念，采用特制輔助陽極與管道同溝敷設方式，重點保護該段管道;為針對性保護近陽極地床，計算保護電流時該管段重復計算;輔助陽極采用自身質量輕，消耗率低、壽命長的貴金屬氧化物陽極;配套使用碳質量分數為98%以上的石油焦;雜散電流干擾嚴重區域，安裝排流裝置;極少數特別偏遠管段以及有明顯屏蔽物管段，追加部分高電位鎂陽極進行保護。設計參數見表2，設計結果見表3。

表2 設計參數

表3 設計結果

3 方案實施

方案實施過程需要重點考慮以下幾個方面:

(1)施工技術:涉及深井陽極地床、近陽極地床、排流陽極、高電位鎂陽極、通電點和測試樁等施工安裝技術。重點關注深井陽極地床施工，本次工程采用輔助陽極借用支撐管固定、逐根并聯安裝模式，所以焦炭的填埋壓實是需要重點控制的技術環節;同時，良好的排氣效果是深井陽極地床壽命的保障，所以在支撐管已鉆有足夠排氣孔的基礎上，再套裝一根管徑稍細，排氣孔數量、規格相同的專用排氣管。通電點防腐蝕密封是另一個需要重視的技術環節;采用高等級的環氧樹脂加熱交聯輻射收縮帶雙重防腐蝕密封方式能最大程度保障通電點與外界隔絕。

(2)安全、環保:因牽涉到在不停產狀況下廠區大規模開挖、施工，安全、環保應放在第一位。施工時間的協調與合理安排，施工現場的整齊堆放與施工完畢的場地恢復，都是本環節需要重點考慮的對象。

(3)專業施工:根據石油化工企業自身特點，在焊接、電纜敷設以及綠化恢復等環節，最好聘請專業施工隊伍進行施工。

在未干擾企業正常生產的情況下，項目組全體人員奮戰30天時間，依據設計方案，保質保量完成了整個陰極保護系統的安裝與調試工作。

4 效果

陰極保護效果記錄見表4，系統輸出記錄見表5。

5 問題及探討

(1)目前未有實用、可操作的區域性陰極保護統一標準，導致實施過程中，設計參數的選取、電位的測量等等，只能借鑒相近標準實施。

(2)針對石油化工企業的地下管網進行保護，電流密度的選取是最為關鍵的一步，在目前未有統一標準的情況下(因個體差異太大，恐怕也很難統一、硬性要求)，設計前進行饋電試驗應該是一個行之有效的辦法。

(3)區域性陰極保護過程中由于管道分布復雜，陽極地床選址受限，不可避免會出現電極錐對部分管段的干擾。根據實地檢測，穿過陽極地床與陰極接點之間的管道局部會測到低于陰極給定點1V的電位差，所以區域性陰極保護過程中跨接電纜是必不可少的設施之一。

表4 陰極保護效果記錄

表5 陰極保護系統輸出記錄

［1］胡士信 .陰極保護工程手冊［M］.化學工業出版社.2000.10.

［2］貝克曼 W V，施文克 W.陰極保護手冊［M］.北京:化學工業出版社，2005:03.

Cathodic Protection Technology for Buried Steel Pipeline Networks in Petrochemical Plants

Wang Haibo，Yang Xin，Yang Zhaohui，Li Ning
CISRI Qingdao Marine Corrosion Research Institute(Qingdao，Shandong 266071)

In a case study of the application of cathodic protection system in additional underground water pipeline networks for a petrochemical plant，the associated problems were studied，including detailed site investigation，design of additional cathodic protection system and implementation，etc.

buried pipeline，area cathodic protection

TQ174.41

A

1007－015X(2011)04－0020－03

2011－05－ 03;

2011－07－29。

汪海波，高級工程師，現就職于鋼鐵研究總院青島海洋腐蝕研究所，常年從事陰極保護技術開發與應用工作。E-mail:haibowfs@163.com