強(qiáng)制電流陰極保護(hù)在直埋蒸汽管道的應(yīng)用

鄭春苗， 石常青， 高鐳珉， 胡海濤， 李吉星

(青島金海熱電有限公司，山東青島266000)

1 概述

青島金海熱電有限公司(以下簡(jiǎn)稱金海熱電公司)既擔(dān)負(fù)著城鎮(zhèn)居民集中供熱，也是中韓貿(mào)易工業(yè)園區(qū)的供汽單位，更承擔(dān)著中國(guó)軌道交通裝備制造行業(yè)的骨干企業(yè)——中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司(本文簡(jiǎn)稱中車青島公司)供汽服務(wù)。確保管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系著民生和經(jīng)濟(jì)。本文針對(duì)直埋蒸汽管道在埋地環(huán)境下出現(xiàn)的外護(hù)鋼管腐蝕穿孔問(wèn)題，提出采取強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，對(duì)防腐效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 項(xiàng)目概況

① 項(xiàng)目概況

熱電廠為中車青島公司提供蒸汽，用于生產(chǎn)車間用汽。蒸汽管道采用直埋敷設(shè)，敷設(shè)長(zhǎng)度為6.2 km，從熱電廠依次經(jīng)過(guò)熱電廠出廠段、過(guò)洪江河段、錦榮路段、華貫路段、中車入廠段到達(dá)中車青島公司生產(chǎn)車間。

設(shè)計(jì)蒸汽壓力1.0 MPa，溫度280 ℃。采用外滑動(dòng)鋼套鋼預(yù)制直埋蒸汽管，固定支座形式為內(nèi)固定支座，補(bǔ)償器為套筒波紋管復(fù)合補(bǔ)償器。工作管規(guī)格為D630×10，外護(hù)管規(guī)格為D1020×12。外護(hù)管外防腐層采用3PE，補(bǔ)口采用熱縮套。

② 出現(xiàn)的問(wèn)題

2016年，華貫路多處排潮管排出大量蒸汽，開挖檢查發(fā)現(xiàn)外護(hù)管多處腐蝕并出現(xiàn)穿孔，保溫層受損嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積結(jié)晶體，非常堅(jiān)硬。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，確定排潮管大量排汽的主要原因是直埋蒸汽管道外護(hù)管腐蝕穿孔，導(dǎo)致地下水進(jìn)入保溫層，與工作管接觸汽化后產(chǎn)生大量蒸汽，由排潮管排出。保溫層出現(xiàn)的大面積結(jié)晶體，應(yīng)為含鹽地下水反復(fù)受熱濃縮后結(jié)晶而成。

3 解決思路與實(shí)施方案

① 解決思路

為防止直埋蒸汽管道今后出現(xiàn)類似情況，除需要更換腐蝕穿孔的直埋蒸汽管外，還考慮對(duì)華貫路段約1.2 km的直埋蒸汽管道的外護(hù)管實(shí)施強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。

強(qiáng)制電流陰極保護(hù)是通過(guò)人為設(shè)置陽(yáng)極地床強(qiáng)制電流輸出失去電子，使被保護(hù)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備得電子，使需要保護(hù)的結(jié)構(gòu)、設(shè)備的電位一直處在陰極保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)電位的狀態(tài)下，從而成為整個(gè)環(huán)境中的陰極。這樣，就不會(huì)因?yàn)槭ル娮佣l(fā)生腐蝕。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)由整流電源、輔助陽(yáng)極地床、參比電極、連接電纜等組成，主要用于大型設(shè)備以及土壤電阻率比較高的環(huán)境中結(jié)構(gòu)、設(shè)備的陰極保護(hù)。

② 實(shí)施方案

對(duì)于直埋蒸汽管道，由于在滑動(dòng)方式、固定支座、補(bǔ)償器、疏水裝置各個(gè)方面均實(shí)現(xiàn)了工作管與外護(hù)管之間無(wú)熱橋，因此工作管與外護(hù)管為電隔絕，強(qiáng)制電流陰極保護(hù)僅針對(duì)外護(hù)管。強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的連接電纜與外護(hù)管進(jìn)行鋁熱焊接，焊接后重新進(jìn)行絕緣密封處理，確保焊接區(qū)的防腐效果可靠。

在更換腐蝕穿孔直埋蒸汽管的基礎(chǔ)上，2017年，實(shí)施了華貫路段直埋蒸汽管道外護(hù)管的強(qiáng)制電流陰極保護(hù)工程。2018年，先后對(duì)熱電廠出廠段(約1.3 km)、錦榮路段(約600 m)、中車青島公司入場(chǎng)段(約1.2 km)的直埋蒸汽管道外護(hù)管實(shí)施了強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。

4條路段的直埋蒸汽管道分別設(shè)置1臺(tái)恒電位儀(與防爆接線箱安裝在陰極保護(hù)間內(nèi))，輔助陽(yáng)極地床沿管道均勻分布，通過(guò)電纜與恒電位儀連接。由于排潮管與外護(hù)管為電連通，未單獨(dú)設(shè)置測(cè)試樁，測(cè)試系統(tǒng)電位時(shí)，將排潮管作為測(cè)試端。

4 陰極保護(hù)效果

① 斷電電位

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，直埋蒸汽管道外護(hù)管自然電位為-0.66～-0.57 V。根據(jù)GB/T 21448—2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，最小保護(hù)電位(無(wú)IR降)取-0.85 V，限制臨界電位(無(wú)IR降)取-1.2 V。

2019年9月24日，我們對(duì)熱電廠出廠段、錦榮路段、華貫路段、中車入廠段直埋蒸汽管道外護(hù)管的斷電電位進(jìn)行測(cè)量。由于熱電廠出廠段與錦榮路段之間僅隔一段過(guò)河段，因此采取聯(lián)合測(cè)量。華貫路段、中車入廠段則采取單獨(dú)測(cè)量。實(shí)測(cè)結(jié)果分別見表1～3。由表1～3數(shù)據(jù)可知，4條路段直埋蒸汽管道外護(hù)管各測(cè)點(diǎn)的斷電電位均負(fù)于最小保護(hù)電位，正于限制臨界電位，說(shuō)明外護(hù)管受到了充分的陰極保護(hù)。

表1 熱電廠出廠段及錦榮路段直埋蒸汽管道外護(hù)管的斷電電位

② 排潮管排汽量

自更換腐蝕穿孔的直埋蒸汽管及實(shí)施外護(hù)管強(qiáng)制電流陰極保護(hù)以來(lái)，華貫路段直埋蒸汽管道排潮管再未出現(xiàn)過(guò)大量排汽的情況。說(shuō)明外護(hù)管腐蝕得到了有效抑制。

表2 華貫路段直埋蒸汽管道外護(hù)管的斷電電位

表3 中車入廠段直埋蒸汽管道外護(hù)管的斷電電位

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)較強(qiáng)腐蝕環(huán)境中的直埋蒸汽管道實(shí)施強(qiáng)制電流陰極保護(hù)技術(shù)，對(duì)抑制外護(hù)管腐蝕穿孔效果明顯，宜在管道敷設(shè)安裝時(shí)同步實(shí)施。既有直埋蒸汽管道實(shí)施強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，存在開挖路面以及在綠化帶內(nèi)施工的情況，不僅施工難度較大，而且涉及侵占管位的問(wèn)題。隨著城市建設(shè)加快，日后建成的地鐵項(xiàng)目將導(dǎo)致雜散電流的干擾，需要在后期增設(shè)排流設(shè)施。因此，應(yīng)加強(qiáng)日常監(jiān)督和數(shù)據(jù)分析，密切關(guān)注管道的運(yùn)行狀況。