新建埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿缽?qiáng)制電

流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)（最新版）Safetyistheprerequisiteforenterpriseproduction,andproductionistheguaranteeof

efficiency.Payattentiontosafetyatalltimes.（安全論文）單位：部門：日期：本文檔文字可以自由修改化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文新建埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿缽?qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)（最新版）導(dǎo)語：安全是企業(yè)生產(chǎn)的前提，生產(chǎn)又是效益的保障。談到效益，我們總是想TOC\o"1-5"\h\z:I到U利潤、成本、資金、節(jié)支等字眼，很少有人想到安全。安全與生產(chǎn)、效益是II:I密不可分的，時(shí)時(shí)刻刻都要注意安全。SI:ILI摘要：論述了新建埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)方法的選擇，強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)設(shè)計(jì)主要參數(shù)的確定、工藝計(jì)算、工程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)及應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿?；陰極保護(hù)；強(qiáng)制電流法；設(shè)計(jì)DesignofImpressedCurrentCathodicProtectionforNewBuriedSteelGasPipelineGA0Peng，WANGYa-ping，KANGZhi-gang，LIZhi，ZHANGYanAbstract:化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文Theselectionofcathodicprotectionmethodsfornewburiedsteelgaspipeline,thedeterminationofmaindesignparametersforimpressedcurrentcathodicprotection,theprocesscalculation,themattersneedingattentioninengineeringdesignandtheapplicationexamplearediscussed.Keywords:buriedsteelgaspipeline；cathodicprotection；impressedcurrent；design鋼質(zhì)燃?xì)夤艿酪虬l(fā)生電化學(xué)腐蝕往往對(duì)社會(huì)造成嚴(yán)重危害，實(shí)踐證明控制管道腐蝕的主要方法是防腐層和陰極保護(hù)[1]°CJJ95—2003《城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制技術(shù)規(guī)程》對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道腐蝕控制進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定，強(qiáng)制要求新建的高壓、次高壓、公稱直徑2100mm的中壓管道和公稱直徑2200mm的低壓管道必須采用防腐層輔以陰極保護(hù)的腐蝕控制措施，管道運(yùn)行期間陰極保護(hù)不應(yīng)間斷。1新建鋼質(zhì)燃?xì)夤艿狸帢O保護(hù)方法選擇化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文陰極保護(hù)技術(shù)有兩種方法：強(qiáng)制電流法和犧牲陽極法。不論何種方法，合理有效的陰極保護(hù)系統(tǒng)都可以獲得良好的保護(hù)效果，防止腐蝕產(chǎn)生危害。選擇陰極保護(hù)方法時(shí)考慮的主要因素有：管道防腐層性能，工程規(guī)模，保護(hù)電流大小，環(huán)境條件，土壤電阻率，管網(wǎng)現(xiàn)狀，交、直流干擾情況，有無經(jīng)濟(jì)方便的電源，工程造價(jià)等。強(qiáng)制電流法的優(yōu)點(diǎn)是[2]:輸出電流連續(xù)可調(diào)；保護(hù)范圍大；不受環(huán)境電阻率限制；工程越大越經(jīng)濟(jì)；保護(hù)裝置壽命長。其缺點(diǎn)是：需要外部電源；對(duì)鄰近金屬構(gòu)筑物干擾大；維護(hù)管理工作量大。犧牲陽極法的優(yōu)點(diǎn)是[2]:不需要外部電源；對(duì)鄰近構(gòu)筑物無干擾或干擾很??；投產(chǎn)調(diào)試后管理工作量??；工程越小越經(jīng)濟(jì)；保護(hù)電流分布均勻，利用率高。其缺點(diǎn)是：高電阻率環(huán)境下不宜使用；保護(hù)電流幾乎不可調(diào)；防腐層質(zhì)量必須好；投產(chǎn)調(diào)試工作復(fù)雜；消耗有色金屬。在城市燃?xì)庑袠I(yè)陰極保護(hù)中，強(qiáng)制電流法和犧牲陽極法都有化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文廣泛運(yùn)用。長輸管道一般采用強(qiáng)制電流法，市內(nèi)管道一般采用犧牲陽極法。也有部分城市針對(duì)市內(nèi)在役管道增加陰極保護(hù)項(xiàng)目時(shí)采用強(qiáng)制電流法為主，并輔以犧牲陽極法[3、4]。新建燃?xì)忾L輸管道一般采用絕緣性能優(yōu)良的3PE防腐層，需要的陰極保護(hù)電流比較小，在實(shí)踐中一般采用強(qiáng)制電流法，其設(shè)計(jì)主要按照SY/T0036—2000《埋地鋼質(zhì)管道強(qiáng)制電流陰極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。對(duì)于土壤電阻率特別高，不適宜采用犧牲陽極的地方，也建議采用強(qiáng)制電流法。2強(qiáng)制電流法設(shè)計(jì)主要參數(shù)的確定2.1土壤電阻率的測(cè)試土壤電阻率的影響有兩方面：陽極地床處的土壤電阻率決定輔助陽極的種類、規(guī)格、埋設(shè)位置;管道沿線的土壤電阻率影響電流密度的大小。2.2陰極保護(hù)電流密度的選擇影響保護(hù)電流密度參數(shù)的因素很多，主要有被保護(hù)管道的表化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文面狀況（防腐層類別及質(zhì)量）、環(huán)境條件（如溫度、介質(zhì)狀態(tài)、pH值、含鹽量及種類、含氧量、微生物活動(dòng)等）和被保護(hù)金屬種類等。對(duì)不同類型的外防腐層和土壤介質(zhì)，強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)電流密度的選擇在實(shí)踐中差別較大。有文獻(xiàn)描述陰極保護(hù)電流密度與防腐層絕緣電阻有對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以用以下經(jīng)驗(yàn)公式表達(dá)[2]：式中ip——陰極保護(hù)電流密度，mA/m2Rg——防腐層絕緣電阻，Q?m2也有文獻(xiàn)描述陰極保護(hù)電流密度與土壤電阻率有關(guān)聯(lián)，認(rèn)為對(duì)埋設(shè)在以高電阻率、低腐蝕速率為特征的腐蝕性較小的土壤中的鋼管，陰極保護(hù)所需要的電流密度要大大小于埋設(shè)于低電阻率、高腐蝕性土壤中的管道。將電流密度與土壤電阻率的關(guān)系用以下公式表達(dá)[5]化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文：?p=-lgp+1.54(2)式中p——土壤電阻率，Q?m在陰極保護(hù)實(shí)踐中，對(duì)于新建管道的強(qiáng)制電流法電流密度選擇一般根據(jù)不同的防腐層類型，選擇范圍為0.05?0.40mA/m2。建議在設(shè)計(jì)中可以按照表1選擇電流密度。表1管道外防腐層類別與電流密度的選擇外防腐層類別石油瀝青聚乙烯膠帶三層？￡保護(hù)電流密度/(mA?m-2)0.30?0.400.10?0.20化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文O.05?0.102.3陰極保護(hù)效果判據(jù)保護(hù)電位是表征陰極保護(hù)效果的重要指標(biāo)，陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)效果應(yīng)達(dá)到下列指標(biāo)之一[6]：施加陰極保護(hù)后，使用銅-飽和硫酸銅參比電極（以下簡(jiǎn)稱CSE參比電極）測(cè)得的極化電位至少應(yīng)達(dá)到-850mV或更低。測(cè)量電位時(shí)，必須考慮除構(gòu)筑物與電解質(zhì)界面處之外的電壓降影響。采用斷電法測(cè)得管道相對(duì)于CSE參比電極的極化電位應(yīng)達(dá)到-850mV或更低。在陰極保護(hù)極化形成衰減時(shí)，測(cè)得被保護(hù)管道表面與接觸土壤的、穩(wěn)定的CSE參比電極之間的陰極極化電位差不應(yīng)小于100mV。存在細(xì)菌腐蝕時(shí)，管道通電保護(hù)電位（相對(duì)于CSE參比電極）應(yīng)低于或等于-950mV?；ぐ踩撐膢ChemicalSafetyPapers安全論文在沙漠地區(qū)，管道通電保護(hù)電位（相對(duì)于CSE參比電極）應(yīng)低于或等于-750mV。對(duì)如何消除構(gòu)筑物與電解質(zhì)界面處之外的電壓降影響，一般在測(cè)試中通過控制設(shè)備通電12s，斷電3s來達(dá)到。有文獻(xiàn)報(bào)道利用APM-1型智能測(cè)試儀，可以消除因測(cè)試技術(shù)的原因造成電壓降對(duì)保護(hù)電位測(cè)試的影響[7]。3強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)設(shè)計(jì)工藝計(jì)算[8]3.1保護(hù)長度計(jì)算強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的保護(hù)長度按下列公式計(jì)算：式中L保護(hù)長度，mL0單側(cè)保護(hù)長度，m△UL——最大保護(hù)電位與最小保護(hù)電位之差，VD——管道外徑，m化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文ip保護(hù)電流密度，A/m2Rt——單位長度管道縱向電阻，Q/mPT——鋼管電阻率，Q?m2/m6——管道壁厚，m3.2保護(hù)電流計(jì)算強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的保護(hù)電流按下列公式計(jì)算：I=2I0=2nDipL(5)式中I——保護(hù)電流，AI0——單側(cè)保護(hù)電流，A化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文3.3輔助陽極接地電阻計(jì)算在h>>d條件下，單支立式陽極接地電阻按下式計(jì)算：式中Rv1——單支立式陽極接地電阻，QLa——陽極長度（含填料），md——陽極直徑（含填料），mh——輔助陽桉埋深（填料頂部距地表面），m在h>>La條件下，深埋式陽極接地電阻按下式計(jì)算：式中Rv2——深埋式陽極接地電阻，Q在La>>h條件下，單支水平式陽極接地電阻按下式計(jì)算：式中Rh——單支水平式陽極接地電阻，Q化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文3.4陽極組接地電阻的計(jì)算陽極組接地電阻按下式計(jì)算：式中Ra——陽極組接地電阻，QF——修正系數(shù)，查SY/T0036—2000規(guī)范中’'圖4.0.6"Rv——單支陽極接地電阻，Qn陽極數(shù)量，支3.5陽極質(zhì)量的計(jì)算陽極的質(zhì)量應(yīng)能滿足陽極最小設(shè)計(jì)壽命的需要，按照下式計(jì)式中m——陽極總質(zhì)量，kgt——輔助陽極設(shè)計(jì)壽命，ag——輔助陽極消耗率，kg/(A?a)K——輔助陽極利用系數(shù)，取0.70?0.853.6電源功率的計(jì)算化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文強(qiáng)制電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的電源功率按下列計(jì)算：式中P——電源功率，WU——電源設(shè)備的輸出電壓，Vn——電源效率，一般取0.7Rl—導(dǎo)線電阻，QRc——陰極（管道）與土壤界面過渡電阻，QEr——陽極地床的反電動(dòng)勢(shì)，V,焦炭填充時(shí)取2VRe——防腐層過渡電阻，Q?ma——管道衰減因數(shù)，m-14工程設(shè)計(jì)4.1陽極地床類型的選擇強(qiáng)制電流陰極保護(hù)按照輔助陽極地床的不同分為淺陽極地化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文床和深陽極地床。對(duì)于城市周邊的陰極保護(hù)站，只要地質(zhì)條件允許，一般建議采用深陽極地床，以減少陰極保護(hù)電流對(duì)鄰近埋地金屬構(gòu)筑物的影響，并減少征地范圍，避免地床在運(yùn)行中被破壞。淺陽極地床一般適用于長輸管道，或者地質(zhì)條件不宜安裝深陽極地床的地區(qū)；陽極區(qū)占地面積一般為100?150m2，埋深為2?5m,不容易產(chǎn)生氣阻；施工比較簡(jiǎn)單，施工費(fèi)用低；陽極一般為高硅鑄鐵陽極，價(jià)格便宜；但容易產(chǎn)生屏蔽問題，部分管道無法受到有效的陰極保護(hù)，并且對(duì)鄰近埋地金屬構(gòu)筑物的影響非常大。深陽極地床一般適用于城市內(nèi)管網(wǎng)、長輸管道、站場(chǎng)內(nèi)密集管網(wǎng)和地表土壤電阻率高而地下土壤電阻率低的地區(qū)；陽極區(qū)占地面積一般為6?10m2。埋深為30?100m，如果施工不當(dāng)，容易產(chǎn)生氣阻；施工技術(shù)難度大，施工費(fèi)用較高；陽極一般為高硅鑄鐵陽極、鈦陽極（金屬氧化物陽極）等，價(jià)格較高；屏蔽問題比淺陽極地床少，局部個(gè)別管段可能無法受到有效的陰極保護(hù)，對(duì)鄰近埋地金屬構(gòu)筑化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文物的影響較小。4.2陽極種類與規(guī)格的選擇常用的輔助陽極材料為高硅鑄鐵陽極和鈦陽極（金屬氧化物陽極），建議在淺陽極地床系統(tǒng)中采用高硅鑄鐵陽極，深陽極地床系統(tǒng)中采用鈦陽極（金屬氧化物陽極），陽極規(guī)格根據(jù)計(jì)算確定。4.3電源設(shè)備的選擇一般情況下選用整流器和恒電位儀。由于埋地管道的保護(hù)電流隨時(shí)間變化很小并且很慢（以月為周期），在國夕卜多用整流器。恒電位儀具有恒保護(hù)電位與恒保護(hù)電流的功能，在國內(nèi)發(fā)展很快，幾乎占領(lǐng)了埋地管道陰極保護(hù)的整個(gè)領(lǐng)域[8]。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于自然條件惡劣的地點(diǎn)，應(yīng)選擇整流器;在選擇恒電位儀時(shí)，不必追求所謂的智能型、遠(yuǎn)控式等功能，因?yàn)槟壳皩?duì)此沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這類儀器的可靠性需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。由于許多天然氣公司已經(jīng)建立了SCADA系統(tǒng)，在選擇恒電位儀時(shí)應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)采集的要求?；ぐ踩撐膢ChemicalSafetyPapers安全論文4.4測(cè)試系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)電流測(cè)試樁、電位測(cè)試樁、絕緣裝置測(cè)試樁和埋地檢查片來測(cè)試陰極保護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)。一般按照每1km距離設(shè)計(jì)1處電位測(cè)試樁，每5?8km距離設(shè)計(jì)1處電流測(cè)試樁。在絕緣法蘭（絕緣接頭）處應(yīng)設(shè)計(jì)絕緣裝置測(cè)試樁，以檢測(cè)絕緣效果。埋地檢查片則用來評(píng)價(jià)陰極保護(hù)的保護(hù)度，可以考慮按照一定的管網(wǎng)規(guī)模安裝1處埋地檢查片，方便以后定期開挖檢測(cè)。測(cè)試樁應(yīng)設(shè)有長效埋地參比電極和與管道同材質(zhì)的輔助試片。在實(shí)踐中可以采用測(cè)試井來代替測(cè)試樁。4.5電絕緣裝置沒有絕緣體就沒有陰極保護(hù)[9]，管道的保護(hù)段與非保護(hù)段、管道與套管、管道與支架、管道與管橋之間應(yīng)有可靠的電絕緣措施?？梢酝ㄟ^設(shè)置絕緣法蘭（絕緣接頭）、聚乙烯墊塊等手段達(dá)到絕緣的目的。其技術(shù)要求按照SY/T0086—95《陰極保護(hù)管道的電絕緣標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，應(yīng)注意同時(shí)設(shè)計(jì)防雷電過電流保護(hù)設(shè)施（避雷器、接地電池等）。化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文4.6跨接電纜對(duì)于鋼質(zhì)管道上所有非焊接連接部位，應(yīng)采用銅芯電纜跨接連接，以保證管道的電連續(xù)性。4.7雜散電流干擾的排除由于強(qiáng)制電流法在一定程度上可以減輕直流雜散電流對(duì)管道的干擾，部分干擾數(shù)據(jù)只有在項(xiàng)目施工完成后才能測(cè)試，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮此項(xiàng)因素。具體的干擾程度判斷和防護(hù)手段按照SY/T0017—96《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和SY/T0032—2000《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。4.8套管內(nèi)的陰極保護(hù)陰極保護(hù)的管道中一般不推薦采用套管，除非是必須使用，并且不能采用絕緣材質(zhì)的套管（如PE管、玻璃鋼管等）。在使用鋼質(zhì)套管的情況下，應(yīng)保證鋼質(zhì)套管與燃?xì)夤艿赖慕^緣。有文獻(xiàn)報(bào)道，此時(shí)介質(zhì)進(jìn)入鋼質(zhì)套管內(nèi)部對(duì)陰極保護(hù)效果影響較小，可不必設(shè)計(jì)安裝帶狀犧牲陽極（或鐲式陽極）[10]化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文5應(yīng)用范例5.1管道基本信息現(xiàn)以某市（地質(zhì)條件滿足深陽極地床要求）一條新建的次高壓燃?xì)夤艿罏槔M(jìn)行強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)設(shè)計(jì)。管道材質(zhì)為Q235B，規(guī)格為々325x8mm，長度為30km。管道起點(diǎn)為高壓門站，終點(diǎn)為市區(qū)邊緣的次高壓調(diào)壓站。外防腐層類型為3PE普通級(jí)，陽極區(qū)土壤電阻率為20Q?m。要求陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命為30年，絕緣裝置安裝在管道始末端（共2處）。5.2主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定保護(hù)電流密度為0.05mA/m2，保護(hù)電位為-0.95V，采用強(qiáng)制電流深陽極地床陰極保護(hù)，輔助陽極材料為鈦陽極（金屬氧化物陽極），預(yù)包裝陽極體直徑為273mm，長度為18m，其中共包含9支規(guī)格為々25x1000的管式鈦陽極，地床深度約50m。5.3強(qiáng)制電流法設(shè)計(jì)工藝計(jì)算結(jié)果工藝計(jì)算參數(shù)見表2,計(jì)算結(jié)果見表3。化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文表2陰極保護(hù)工藝計(jì)算參數(shù)△UL/VD/mip/(A?m-2)PT/(Q?mm2?m-1)S/mLa/md/m0.50化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文0.3255.0x10-50.1350.008180.273p/(Q?m)t/aKnR1/QEr/VRe/(Q?m)化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文30300.70.70.221.0x104表3陰極保護(hù)工藝計(jì)算結(jié)果L/mRt/QI0/ARv2/QP/W化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文3.40x1041.70x10-51.730.8632U/VRc/Qa/m-1I/A6.50.234.12x10-53.46化工安全論文|ChemicalSafetyPapers安全論文5.4強(qiáng)制電流法陰極保護(hù)工程設(shè)計(jì)本項(xiàng)目需要在次高壓調(diào)壓站內(nèi)建設(shè)一個(gè)陰極保護(hù)站。采用強(qiáng)制電流深陽極地床陰極保護(hù)，電源設(shè)備選擇恒電位儀，考慮與SCADA系統(tǒng)適配，應(yīng)具備標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)采集端子，電源設(shè)備最大輸出電壓為30V，最大輸出電流為10A。共設(shè)計(jì)30處測(cè)試樁。其中3處電流測(cè)試樁，25處電位測(cè)試樁，2處絕緣裝置測(cè)試樁（在管道始末端），測(cè)試樁平均分布。測(cè)試樁設(shè)有長效埋地參比電極和與管道同材質(zhì)的輔助試片。設(shè)計(jì)2處埋地檢查片，用來評(píng)價(jià)陰極保護(hù)的保護(hù)度。在管道始末端的絕緣處設(shè)計(jì)避雷器2處，安裝在防爆接線箱內(nèi)。對(duì)于鋼質(zhì)管道上所有非焊接連接部位，采用銅芯電纜跨接連接。陰極保護(hù)施工完工后，及時(shí)測(cè)試交流及直流雜散電流對(duì)管道的干擾程度，依據(jù)SY/T0017—96《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和SY/T0032—2000《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》判斷是否需要采取排流措施?；ぐ踩撐膢ChemicalSafetyPapers安全論文陰極保護(hù)的驗(yàn)收準(zhǔn)則為：使用CSE參比電極測(cè)得的管道上任何一點(diǎn)的極化電位應(yīng)達(dá)到-950mV或更低，測(cè)量電位時(shí)，必須考慮除構(gòu)筑物與電解質(zhì)界面處之外的電壓降的影響。6結(jié)論對(duì)于城市新建的燃?xì)忾L輸埋地鋼質(zhì)管道，由于外防腐層性能的提高，陰極保護(hù)設(shè)計(jì)可選擇用強(qiáng)制電流法，其技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)較優(yōu)。在強(qiáng)制電流法設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮陽極地床對(duì)其他埋地構(gòu)筑物的干擾，盡量選擇深陽極地床技術(shù)。相對(duì)于犧牲陽極法，強(qiáng)制電流法的陰極保護(hù)電流在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其保護(hù)效果更容易滿足要求。對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)一定數(shù)量的測(cè)試裝置，