燃氣管道的防腐——陰極保護法介紹及工藝要求
燃氣管道的防腐
陰極保護法介紹及工藝要求
一、犧牲陽極保護
犧牲陽極系統(tǒng)適用于敷設在電阻率較低的土壤里、水中、沼澤或濕地環(huán)境中的小口徑管道或距離較短并帶有優(yōu)質(zhì)防腐層的大口徑管道。選用犧牲陽極時，應考慮的使用因素包括無可利用電源的地方；電氣設備不便實施維護保養(yǎng)的地方；臨時性保護；強制電流系統(tǒng)保護的補充；永久凍土層內(nèi)管道周圍土壤融化帶；保溫管道的保溫層下方等。
(一)犧牲陽極的應用條件
犧牲陽極的應用條件包括土壤電阻率或陽極填包料電阻率足夠低，所選陽極類型和規(guī)格應能連續(xù)提供最大電流需要量，陽極材料的總質(zhì)量能夠滿足陽極提供所需電流的設計壽命。犧牲陽極上應標記材料類型(如商標)、陽極質(zhì)量(不包括陽極填料)、爐號等。
(二)犧牲陽極施工基本要求
根據(jù)現(xiàn)場施工條件，犧牲陽極施工應選擇經(jīng)濟合理的施工方式。立式陽極宜采用鉆孔法施工；臥式宜采用開挖溝槽施工。按設計要求在埋設點挖好陽極坑和電纜溝，檢查袋裝陽極電纜接頭的導電性能，合格后袋裝陽極就位，放入陽極坑內(nèi)。陽極連接電纜，埋設深度不應小于0.7m,四周墊有5～10cm的細砂，砂的上部應覆蓋水泥護板或紅磚。確認各焊點、連接點絕緣防腐合格后，回填土壤。在回填土將陽極布袋埋住后，向陽極坑內(nèi)灌水，使陽極填料飽和吸滿水后，將回填土夯實，恢復地貌。犧牲陽極保護參數(shù)投產(chǎn)測試必須是在陽極埋入地下、填包料澆水10d后進行。為便于測量，在相鄰兩組陽極的管段中間，根據(jù)需要適當設置電位測試樁。電位測試樁樁間距以不大于500m為宜。犧牲陽極投入運行后，應定期進行監(jiān)測，至少每個月測試一次保護參數(shù)，犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)檢測每年不少于兩次。至少每半年測量一次管道保護電位和陽極輸出電流，并根據(jù)測量結(jié)果進行保護電流的調(diào)節(jié)(一般以每年調(diào)節(jié)一次為宜)。對鎂陽極保護系統(tǒng)，每年至少應維護一次。
(三)犧牲陽極布置
犧牲陽極常見的有棒狀陽極和帶狀陽極，具體布置如下。
1.棒狀陽極
棒狀犧牲陽極可采取單支或多支成組兩種方式，同組陽極宜選用同一爐號或開路電位相近的陽極。棒狀犧牲陽極埋設方式按軸向和徑向分為立式和水平式兩種。一般情況下犧牲陽極距管道外壁3~5m,最小不宜小于0.5m,埋設深度以陽極頂部距地面不小于1m為宜。成組布置時，陽極間距以2～3m為宜。棒狀犧牲陽極應埋設在土壤冰凍線以下。在地下水位低于3m的干燥地帶，陽極應適當加深埋沒；埋設在河床中的陽極應避免洪水沖刷和河床挖泥清淤時的損壞。在布設棒狀犧牲陽極時，注意陽極與管道間不應存在有金屬構(gòu)筑物。
2.帶狀陽極
帶狀犧牲陽極應根據(jù)用途和需要與管道同溝敷設或纏繞敷設。
3.特殊用途的犧牲陽極
犧牲陽極作為接地極、參比電極等特殊應用時應根據(jù)用途和需要進行布置。
(四)犧牲陽極填料包的制作與安裝
1.犧牲陽極填料包的性能要求
作為犧牲陽極材料，必須能滿足以下要求：
(1)要有足夠負的穩(wěn)定電位。
(2)自腐蝕速率小且腐蝕均勻，要有高而穩(wěn)定的電流效率。
(3)電化學當量高，即單位質(zhì)量產(chǎn)生的電流量大。
(4)工作中陽極極化要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落。
(5)腐蝕產(chǎn)物不污染環(huán)境，無公害。
(6)材料來源廣，加工容易，價格低廉。
常用的犧牲陽極品種有鎂基、鋅基和鋁基合金三類。
2.制作犧牲陽極填料包
在日常工作中，經(jīng)常遇到制作犧牲陽極填料包的工作，制作填料包的要求包括根據(jù)陽極類型選擇填料，根據(jù)適用環(huán)境確定填料重量配比，選擇適合的填料袋，準確稱重，填料厚度不小于50mm,填料無雜物。
3.安裝犧牲陽極填料包
安裝犧牲陽極填料包時，首先檢查犧牲陽極表面應無油污、無塵土；用鐵刷、砂紙打磨去除犧牲陽極表面的氧化層。其次，檢查連接電纜，陽極電纜和鋼芯可采用銅焊或錫焊連接，焊接后未剝皮的電纜應與鋼芯用尼龍繩捆扎結(jié)實，陽極焊接端和底端兩個面應采用環(huán)氧樹脂絕緣，以減輕陽極的端部效應。
最后，除去待連接管道的防腐層，將待連接部位用鐵刷和砂紙打磨光滑。
在這之后安裝爆破裝置，用爆破法將陽極電纜與管道連接。安裝完犧牲陽極后，在連接處刷防腐膠，用防腐膠帶將連接處做防腐處理。陽極就位后，先回填部分細土，然后往陽極坑中澆一定量的水，再大量回填土壤。
(五)常用犧牲陽極材料
常用的犧牲陽極材料包括鎂及鎂合金、鋅及鋅合金和鋁及鋁合金。
1.鎂及鎂合金的性能及適用性
鎂陽極應儲存在室內(nèi)倉庫內(nèi)，嚴禁沾染油污、油漆和接觸酸、堿、鹽等化工產(chǎn)品。鎂陽極用作導電的鋼芯，采用直徑不小于6mm的鋼筋制成。
鎂陽極的優(yōu)點是對鋼鐵陰極保護的激勵電壓為-0.7V,適應的土壤電阻率范圍廣，陽極表面不極化，腐蝕產(chǎn)物易脫落。
鎂陽極的缺點是電流效率低，只有50%左右，碰撞易發(fā)生電火花。
2.鋅及鋅合金的特點
鋅是陰極保護中應用最早的犧牲陽極材料。鋅的電極電位比鐵負，表面不易極化，是理想的犧牲陽極材料。鋅陽極不僅可以用于低電阻率土壤中，還可廣泛用于海洋中。鋅陽極最大的特點是表面不易極化。鋅陽極的不足之處是相對鐵的保護電位激勵電壓小，只有0.25V,相當于鎂陽極的1/3。
3.鋁及鋁合金的性能及適用性
鋁合金作為犧牲陽極材料是近年發(fā)展起來的新品種。由于鋁的自鈍化性能，所以純鋁不能作為犧牲陽極材料。鋁是產(chǎn)量最多的有色金屬，資源廣，價格便宜；其單位質(zhì)量產(chǎn)生的電量大，是鋅的3.6倍，是鎂的1.35倍。鋁合金犧牲陽極在海水中的電流效率大于80%,消耗率約為3.8kg/(A·a)。
二、強制電流陰極保護
(一)輔助陽極性能要求
常用的輔助陽極包括高硅鑄鐵陽極、石墨陽極、鋼鐵陽極、柔性陽極、金屬氧化物陽極等。石墨陽極的石墨化程度不應小于81%,灰分應不大于0.5%,陽極宜經(jīng)亞麻油或石蠟浸漬處理，陽極的性能應符合表8-4的規(guī)定。陽極引出電纜與陽極的接觸電阻應小于0.01Ω,拉脫力數(shù)值應大于陽極自身質(zhì)量的1.5倍，接頭密封可靠。陽極電纜長度不應小于1.5m,陽極表面應無明顯缺陷。柔性陽極是由導電聚合物包覆在銅芯上構(gòu)成，陽極銅芯截面積為16mm2,陽極外徑為13mm。
(二)安裝輔助陽極
在安裝輔助陽極時，按實際挖寬500mm、深800mm左右、設計長度的陽極溝，在陽極溝內(nèi)按4m間距挖深為L+500mm、直徑約300mm的深洞(L為陽極體長)。然后在陽極洞內(nèi)填入250mm厚的填料層，陽極體立于正中，繼續(xù)填入填料至填滿。填料填滿后，向溝內(nèi)放水，滲水后補充填料。填料補充完測單體接地電阻，并編號記錄。焊接陽極體連接電纜后，測試總體接地電阻。測試接地電阻合格后，在陽極洞上填礫石，把陽極連接電纜引向陽極線或陽極電纜并連接妥善。工作完成后，進行回填并測回填后的總接地電阻，把數(shù)據(jù)和施工過程填入管道檔案。
(三)分析排除雜散電流干擾
分析雜散電流干擾的步驟如下。
1.測量管地電位
在雜散電流干擾區(qū)任選一測試樁為起點測量該處的管地電位，向同一方向移動一支參比電極連續(xù)測量，當距離起點超過100m時，改測兩支參比電極的極間相對電位直至沒有干擾區(qū)。
2.畫管地電位分布曲線圖
記錄每一點的測試數(shù)據(jù)，以距離為橫軸，電位值為縱軸，畫出管地電位分布曲線圖，選定干擾源測試點。
3.接線、測量
接線并開始測量，每隔10～15s記錄一次數(shù)據(jù)。
4.計算、判斷
經(jīng)1h測量后，先測量Vab和Ved的最大、最小值，計算其平均值，并在直角坐標系上畫出其坐標，求合成電位大小及方向的矢量圖，矢量的方向即為雜散電流干擾的方向。
5.重復測試、判斷重復測試，綜合測試結(jié)果，最終判定干擾源方位。
三、陰極保護技術(shù)要求
(一)陰極保護裝置安裝要求
陰極保護裝置安裝時，裝置的測試電纜與管道連接采用鋁熱焊劑焊接，應做到連接牢固、電氣導通，且在連接處必須進行防腐絕緣處理。管道回填時，測試電纜應保持一定的松弛度。裝置采用地下測試井設置方式時，應在地面上注明位置標記，其接線端子和測試頭均應采用銅制品并封閉在測試盒內(nèi)。測試電纜應采用雙電纜接頭。
(二)陰極保護系統(tǒng)保護效果指標
施加陰極保護后，使用銅—飽和硫酸銅參比電極(以下簡稱CSE參比電極)測得的極化電位至少應達到-850mV或更低。測量電位時，必須考慮IR(電流和電阻)降(電流和電阻引起的偏差)的影響。采用斷電法測得管道相對于CSE參比電極的極化電位應達到-850mV或更低。在陰極保護極化形成或衰減時，測得被保護管道表面與接觸土壤、穩(wěn)定的CSE參比電極之間的陰極極化電位值不應小于-100mV。
(三)陰極保護測試裝置設置要求
陰極保護測試裝置應與陰極保護系統(tǒng)同步安裝，測試裝置應沿管道線路走向進行設置，相鄰測試裝置間隔宜為1～3km,在城鎮(zhèn)市區(qū)或工業(yè)區(qū)，相鄰的間隔JBA012陰極保護不應大于1km,雜散電流干擾影響區(qū)域內(nèi)可適當加密。測試裝置可設置在地下或測試裝置設置要求地上，市區(qū)可采用地下測試井方式。測試裝置的功能應分別滿足電位測試和組合功能測試的要求。測試裝置應堅固耐用、方便測試，且裝置上應標明編號。在下列位置處，也應安裝測試裝置：
(1)管道與交、直流電氣化鐵路交叉或平行段；
(2)絕緣接頭處；
(3)接地系統(tǒng)連接處；
(4)金屬套管處；
(5)與其他管道或設施連接處；
(6)輔助試片及接地裝置連接處；
(7)與外部管道交叉處；
(8)管道與主要道路或堤壩交叉處；
(9)穿越鐵路或河流處；
(10)與外部金屬構(gòu)筑物相鄰處；
(11)強制電流陰極保護的匯流點；
(12)犧牲陽極埋設點；
(13)犧牲陽極中間點；
(14)穿跨越管道兩端；
(15)雜散電流干擾區(qū)；
(16)套管安裝處；
(17)絕緣裝置處；
(18)強制電流陰極保護的末端。
對不同溝敷設的多條平行管道，每條管道應單獨設置測試裝置，測試裝置應安裝在管道上方。每個測試裝置中至少有兩根電纜與管道連接，電纜應采用顏色或其他標記法進行區(qū)分，并做到全線統(tǒng)一。
(四)陰極保護監(jiān)控裝置設置要求
1.與外部管道交叉
在與其他管道交叉時應設置監(jiān)控裝置，并考慮在裝置中進行跨接，即從每條管道上分別引出兩根電纜連接到同一監(jiān)控裝置中，在裝置內(nèi)，電纜可直接連接或通過電阻跨接。
2.金屬套管處
為檢測金屬套管與輸送管之間的電絕緣狀況，應在套管和輸送管兩側(cè)分別安裝兩根測試電纜，并將電纜連接到監(jiān)控裝置中的對應接線端子上。
3.絕緣接頭處
管道絕緣接頭兩側(cè)應分別引出兩根電纜。所有電纜應直接連接或通過電阻跨接至監(jiān)控裝置中不同的接線端子上。在監(jiān)控裝置處，根據(jù)需要安裝的極化電池、接地電池或避雷器等防電涌裝置，通過監(jiān)控裝置中的接線端子進行跨接。
4.排流點處
雜散電流干擾影響區(qū)域，直接排流、極性排流或強制排流的排流點，應在輸送管、干擾體或接地體上連接所需數(shù)目的電纜，并將電纜引至監(jiān)控裝置，通過監(jiān)控裝置中的接線端子與排流裝置進行連接。
5.匯流點處
直流電源的負極與管道連接的匯流點處應設置監(jiān)控裝置，并在陰極回路中設置電流監(jiān)控裝置。當有多個陰極連接時，應當配備分流器和阻斷二極管。匯流點處的測試裝置應當單獨從管道上引出測試電纜，用以測量匯流點處的管/地電位。
6.其他監(jiān)測裝置
當管道穿過無人地區(qū)或很難接近的地方，應當采用遠距離監(jiān)測、遙感技術(shù)或其他數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，同時配合使用長效參比電極、極化測試探頭或試片。
7.消除IR降的測試裝置
如果有雜散電流干擾影響或犧牲陽極難以拆除時，應采用極化探頭(試片)斷電測量技術(shù)進行電位測量。
(五)陰極保護附加措施設置要求
陰極保護的附加措施設置應采用銅芯電纜，測試電纜的截面不宜小于4mm2;多股連接導線，每股導線的截面不宜小于2.5mm2。用于強制電流陰極保護的銅芯電纜截面不宜小于16mm2,用于犧牲陽極的銅芯電纜的截面不宜小于4mm2。
焊接位置不應在彎頭上或管道焊縫兩側(cè)200mm范圍內(nèi)�？刹捎娩X熱焊方法，焊接用的鋁熱焊劑用量不應超過15g。當焊接電纜的截面大于16mm2時，可將電纜芯分成若干股，每股小于16mm2時，分開進行焊接。
