埋地航煤輸油管道陰極保護施工方案概述

朱 浩

（北京中航油工程建設(shè)有限公司，北京 100621）

0 概述

陰極保護作為防止金屬腐蝕的有效技術(shù)，自1965年引入國內(nèi)，經(jīng)過40多年的發(fā)展，取得了顯著的經(jīng)濟效益，在國民經(jīng)濟的多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著國內(nèi)民航機場快速發(fā)展，作為機場供油配套設(shè)施，航煤需求量的快速增加，使得航煤輸油管道的地位逐漸顯現(xiàn)出來，在國內(nèi)主要干線機場航煤輸送中有著非常重要的作用。而作為埋地輸油管道腐蝕防護必不可少的技術(shù)措施，陰極保護系統(tǒng)在航煤輸油管道也得到極大的應(yīng)用。航煤輸油管道特點是輸送距離不太長，管徑不太大，主要位于城鎮(zhèn)周邊地域，充分保證管道本體的安全，降低對周邊的不利影響。

結(jié)合國內(nèi)某機場航煤輸油管線工程，管道長度約100km，管徑DN400，材質(zhì)L360，外防腐采用3層PE加強級，無內(nèi)防腐。根據(jù)工程情況，制定了以強制電流為主，穿越段采用犧牲陽極加強保護為輔的陰極保護方案。本文重點介紹陰極保護方案施工方法、注意事項以及調(diào)試和檢測方法，同時給出排除雜散電流干擾措施的實施方法。

1 陰極保護準(zhǔn)則

強制電流法和犧牲陽極法共同的特點就是給油氣管道提供電流，避免金屬管道因電子流失而發(fā)生腐蝕，管道陰極保護電位應(yīng)為-850mV或更負(fù)，陰極保護狀態(tài)下管道的極限電位不能比-1200mV（CSE）更負(fù)，避免保護電位不足或過負(fù)。此外，上述保護電位準(zhǔn)則難以達到時，可采用陰極極化電位差大于100mV作為判斷依據(jù)[1,3]。

2 陰極保護施工方案

本工程采用強制電流保護為主、穿越段采用犧牲陽極保護為輔的陰極保護方案，沿線共設(shè)置2座陰保間，輔助陽極地床采用淺埋的方式。主要介紹陽極地床、犧牲陽極、參比電極、測試樁、雜散排流、通電點及電纜等安裝工藝。

2.1 施工工藝安裝方案[2,4]

（1）淺埋輔助陽極床

每個淺埋陽極地床長40m，深不小于1.5m，寬1.2m，含鉻高硅鑄鐵陽極Φ75×1500mm 共計20支，陽極預(yù)包裝規(guī)格為Φ219×2000mm，輔助陽極安裝間距為2m。

陽極床盡量選擇在地下水位較高或潮濕低洼處，土壤電阻率50Ω.m 以下的地點，土層厚便于施工的地方，對附近的地下金屬構(gòu)筑物干擾小，陽極地床與被保護管道之間不宜有其他金屬構(gòu)筑物，陽極地床與被保護管道的垂直距離不宜小于300m，如圖1所示；

（2）犧牲陽極

犧牲陽極地床距離管道的凈距離為5m，陽極間距為2.5m，水平埋設(shè)深度2m。4支一組，陽極規(guī)格為14kg。長效參比電極1套，埋設(shè)在凍土以下，埋設(shè)在距管道側(cè)壁不大于1.0m的土壤中，如圖2所示；

圖1 淺埋陽極地床安裝示意圖

圖2 犧牲陽極保護安裝示意圖

（3）測試樁

測試樁采用鋼質(zhì)，距離管道1.5m介質(zhì)流向的左側(cè)。電位測試樁每1Km設(shè)置一個，電流測試樁每8Km設(shè)置一個，兼做線路里程樁。同時為方便施工完成后對輸油管道進行密間隔管地電位（CIPS）測試及特殊重要地段的監(jiān)測，在鐵路、高速公路、等級公路穿越單側(cè)及與外部管道交叉處設(shè)置電位樁1個；河流大型穿越、定向鉆穿越的兩端各設(shè)置1 個電流測試樁；絕緣接頭測試樁在管道絕緣接頭處設(shè)置安裝測試樁進行測試[3]，如圖3所示；

圖3 電位樁、電流樁及用絕緣接頭測試樁安裝示意圖

（4）排流施工方案

本工程在交流干擾段采用固態(tài)去耦合器加裸銅線的排流保護措施，固態(tài)去耦合器可以起到防雷及故障電流排放作用，初期考慮與高壓線并行段每1km安裝1處，穿越電氣化鐵路一端安裝1處[5]。裸銅線排流床為長30m或2條15m的排流地床，深1.5m，安裝原則同輔助陽極地床，如圖4所示；

圖4 去固態(tài)耦合器+裸銅線排流安裝示意圖

（5）通電點及電纜安裝

電纜鋪設(shè)主要是陰極保護站電纜的鋪設(shè)，包括陰極點陰極電纜、零位接陰電纜、參比電極電纜以及陽極井到陰保間的陽極電纜，電纜的起點處均從陰保間接出。

電纜應(yīng)敷設(shè)于凍土層以下，并用PVC管保護。電纜間連接采用銅管壓接，采用電纜熱縮套密封防腐；電纜與設(shè)備或測試樁連接時，采用壓接銅鼻子方式連接；穿越院墻、站內(nèi)公路處，加鍍鋅鋼套管保護，套管兩端至少長出300mm，并用礦膩子等材料封堵端部。

通電點位于進出站管道絕緣接頭保護端處，主要為陰極電纜與管道焊接、零位電纜與管道焊接、長效銅/硫酸銅極化探頭。陰極、零位電纜采用鋁熱焊與管道連接，不得虛焊或脫焊，通電點連接后必須用熱溶膠加熱縮帶進行防腐絕緣處理。

2.2 施工技術(shù)控制點

2.2.1 陽極地床的安裝

本陰保工程采用淺埋式陽極地床，其中陽極地床位置的確定非常關(guān)鍵。陽極地床位置的確定要綜合考慮以下幾個因素：

（1）地下水位較高或潮濕低洼處；

（2）土壤電阻率50Ω.m以下的地點；

（3）土層厚，便于施工的地方；

（4）對附近地下金屬構(gòu)筑物干擾小，陽極地床與被保護管道之間不宜有其他金屬構(gòu)筑物；

（5）陽極地床與被保護管道的垂直距離不宜小于300m。

另外在陽極地床施工過程中需仔細(xì)檢查每支陽極頭引出電纜及引出電纜與陽極主電纜的連接是否牢靠，陽極引出線與陽極的接觸電阻應(yīng)小于0.01Ω，拉脫力數(shù)值應(yīng)大于陽極自身質(zhì)量的1.5倍，接頭密封可靠；高硅鑄鐵陽極易斷裂，運輸與施工中應(yīng)小心輕放，凡斷裂后不得再使用；焦炭粒徑不大于15mm，均勻鋪灑在陽極周圍，在土壤電阻率偏大的地區(qū)，必要時可以添加降阻劑。

2.2.2 電纜與管道的焊接與防腐

本工程電纜與管道的連接均采用鋁熱焊，焊接點制作時先在管道防腐層上開適合焊模的口子（約30cm2左右），直至露出金屬本色；將金屬表面清理干凈并打毛，用鋁熱焊焊接測量電纜；焊點用熱熔膠加補傷片防腐密封，并把搭接寬度100mm范圍內(nèi)的防腐層打毛，剪一塊補傷片，補傷片的尺寸應(yīng)保證其邊緣距防腐層孔洞邊緣不小于100mm，剪去補傷片的四角，將補傷片的中心對準(zhǔn)破損面貼上。防腐完畢，在焊接點附近將電纜敷設(shè)成一個大的蝴蝶結(jié)，并用絕緣帶將其固定在管道上，以減輕拉力。并在回填前測試檢查電纜有無斷裂和虛焊。

2.3 陰保保護調(diào)試方案

陰極保護站最佳恒電位儀控制電位值的調(diào)試確定原則是：管線各處管/地電位以沿線各點的斷電電位處于-0.85～-1.5V的合理范圍內(nèi)，不出現(xiàn)欠保護和過保護狀態(tài)，并以斷電電位進行評價，盡量減小雜散電流對測試結(jié)果的影響[6]。站場部分投產(chǎn)測試內(nèi)容包括：（1）陽極地床接地電阻；（2）絕緣接頭絕緣性能；（3）陰極通電點電位（Uon及Uoff）；（4）儀器輸出電流、電壓[4]。

2.4 排流的措施與實施

采用新建大型排流地床排流為主，以外加電流陰保站強排為輔相結(jié)合的方式。具體的實施方案如下：

（1）通過加大管線外加陰極保護電流的輸出，使通電電位負(fù)移，消除電位正移的危害，但通電點處的斷電電位盡量控制在-1.5V 以內(nèi)；

（2）在管線路雜散電流干擾嚴(yán)重區(qū)域預(yù)設(shè)置大型排流地床，個別干擾嚴(yán)重區(qū)域因條件限制，考慮在稍遠位置增加外加電流強排陰保站；

（3）使用便攜式極化探頭進行管地斷電電位有效測試，在一定程度上降低雜散電流的干擾，更真實的評估管線陰保的運行狀態(tài)。

通過以上措施，使管地電位分布均勻，任意點上的管地電位達到陰極保護電位標(biāo)準(zhǔn)，不對防腐層產(chǎn)生陰極剝離，盡可能不對保護系統(tǒng)以外的埋地管道或金屬構(gòu)筑物產(chǎn)生干擾[5]。

3 結(jié)束語

在根據(jù)陰極保護設(shè)計方案施工前，及時核算設(shè)計所確認(rèn)的陰極保護參數(shù)。陰極保護犧牲陽極、電位測試樁、電流測試樁等與管線線路施工同時進行，避免二次開挖。

陰極保護施工難點在于雜散電流的排流，對于已知的雜散電流源，根據(jù)雜散電流的情況制定合理的排流方案，再根據(jù)地質(zhì)情況綜合考慮土壤電阻率、地勢情況、征站地情況、與工藝區(qū)及管道的相對位置等因素，選擇合理的地方安裝排流裝置，最終達到排流目標(biāo)。

全線陰極保護系統(tǒng)調(diào)試，使管線各處管/地電位以沿線各點的斷電電位處于-0.85～-1.5V 的合理范圍內(nèi)，并對站場部分陽極地床接地電阻、絕緣接頭絕緣性能、陰極通電電位以及儀器輸出電流電壓等進行測試。