肖易伯 王慧力

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)東部?jī)?chǔ)運(yùn)公司襄陽(yáng)輸油處

摘要： 輸油管道出站管段常年處于（斷電）電位正于﹣ 0.85 VCSE的欠保護(hù)狀態(tài)，采用強(qiáng)制電流和犧牲陽(yáng)極配合使用保護(hù)方式。通過(guò)合理控制恒電位儀輸出電位、在陽(yáng)極與管道之間安裝測(cè)試樁、合理控制陽(yáng)極埋設(shè)深度和與管道水平距離，有效發(fā)揮陰極保護(hù)系統(tǒng)作用，妥善解決了運(yùn)行中出現(xiàn)的欠保護(hù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 犧牲陽(yáng)極；管道欠保護(hù)；強(qiáng)制電流陰極保護(hù)

地處湖北地區(qū)的某加熱輸油管道采用石油瀝青防腐層，受高溫影響老化加快容易漏失陰保電流。同時(shí)熱油管道比常溫管道所需要的保護(hù)電流更大，導(dǎo)致某出站管段陰極保護(hù)電位常年處于欠保護(hù)狀態(tài)。為妥善解決管道欠保護(hù)問(wèn)題，探討提出解決方案，重點(diǎn)討論犧牲陽(yáng)極安裝問(wèn)題。

1  方案探討

1.1  提高恒電位儀輸出分析

過(guò)度提高恒電位儀輸出會(huì)導(dǎo)致匯流點(diǎn)管道處于過(guò)保護(hù)狀態(tài)。提高恒電位儀輸出至﹣1.5 VCSE，能夠使出站欠保護(hù)管段斷電電位負(fù)向偏移達(dá)到﹣0.85 VCSE陰極保護(hù)要求，但該站兩側(cè)匯流點(diǎn)管段斷電電位負(fù)于﹣1.2 VCSE，會(huì)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)現(xiàn)象。過(guò)低的保護(hù)電位會(huì)造成管道防腐層漏點(diǎn)處析出大量氫氣，造成涂層與管道剝離，不僅防腐層失效，而且會(huì)消耗大量電能，甚至可能導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生氫脆進(jìn)而發(fā)生斷裂，造成嚴(yán)重事故。合理提高恒電位儀輸出，保證匯流點(diǎn)斷電電位不低于﹣1.2 VCSE的同時(shí)，需要使用犧牲陽(yáng)極配合保護(hù)。

1.2  犧牲陽(yáng)極安裝分析

湖北地區(qū)夏季地面溫度普遍超過(guò)65℃，犧牲陽(yáng)極埋設(shè)位置距離加熱輸送管道距離較近，埋深較淺，受管道周邊溫度場(chǎng)和夏季地面溫度雙重影響，常規(guī)鋅合金陽(yáng)極會(huì)因溫度高導(dǎo)致性能下降。當(dāng)超過(guò)49℃發(fā)生晶間腐蝕，高于54℃時(shí)鋅電極電位變正，與埋地管道的極性發(fā)生逆轉(zhuǎn)（圖 1），會(huì)加快埋地管道腐蝕。已安裝年久的犧牲陽(yáng)極未在管道與陽(yáng)極之間設(shè)置測(cè)試樁，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量犧牲陽(yáng)極的使用情況，直接影響每年自然電位測(cè)量與定期防腐層檢漏。

圖 1 犧牲陽(yáng)極極性逆轉(zhuǎn)示意圖

綜合以上分析，在合理控制恒電位儀輸出電位基礎(chǔ)上，需選擇合適的犧牲陽(yáng)極及安裝方式。

2  犧牲陽(yáng)極安裝

2.1  犧牲陽(yáng)極選擇

（1）材料選擇。犧牲陽(yáng)極應(yīng)用靈活、易于安裝、不需要外部電源、維護(hù)簡(jiǎn)單，土壤環(huán)境常用犧牲陽(yáng)極見(jiàn)表 1。鎂陽(yáng)極適用于各類土壤環(huán)境，具有電位負(fù)、密度小、單位質(zhì)量發(fā)生的電量大等特點(diǎn)，缺點(diǎn)是電流效率只有50％。鋅陽(yáng)極適用于土壤電阻率較低的潮濕土壤環(huán)境中，具有自腐蝕小、電流效率高、不會(huì)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)等特點(diǎn)。

表 1 土壤環(huán)境中常用犧牲陽(yáng)極列表

選用耐高溫鋅合金陽(yáng)極，該陽(yáng)極主要通過(guò)合金化手段控制鋅陽(yáng)極電位隨升溫而正移，以控制高溫下的晶間腐蝕，提升鋅陽(yáng)極在高溫下的電流效率。

（2）規(guī)格用量。采用式（1）計(jì)算陰極保護(hù)被保護(hù)管道面積：

A＝π×D×L        （1）

其中：A為被保護(hù)面積，㎡；D為管道直徑，mm；L為管道長(zhǎng)度，m。按式（2）計(jì)算所需保護(hù)電流：

I＝A×Cd×（1－E）   （2）

其中：I為陰極保護(hù)電流；Cd為保護(hù)電流密度，取10 mA/㎡；E為涂層效率，98％。

犧牲陽(yáng)極用量按式（3）計(jì)算：

W＝（I×t×8766）/（U×Z×Q）  （3）

其中：W為陽(yáng)極重量，kg；I為電流輸出，mA；t 為設(shè)計(jì)壽命，年；U為電流效率，%；Z為理論電容量，Ah/kg；Q為陽(yáng)極使用率，85％。

以10 km管段測(cè)算，被保護(hù)管道面積：3.14×0.426×10000=13376.4㎡；需保護(hù)電流：13376.4×10×0.02=2675.28 mA；所需鋅陽(yáng)極用量：（2.67528×20×8766）/（0.9×827×0.85）＝741.36787 kg。犧牲陽(yáng)極支數(shù)S＝741.36787/18≈41.18支。

南方地區(qū)土壤潮濕，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電位測(cè)試情況，選用單支質(zhì)量為18 kg的棒狀鋅合金犧牲陽(yáng)極。

2.2  犧牲陽(yáng)極安裝

（1）每1 km管段使用4支犧牲陽(yáng)極成組布設(shè)在欠保護(hù)管段，犧牲陽(yáng)極電纜通過(guò)測(cè)試裝置與管道實(shí)現(xiàn)電連接。同組陽(yáng)極宜采用同一爐號(hào)或開(kāi)路電位相近的陽(yáng)極。成組布置時(shí)，間距宜控制在2 m～3 m。犧牲陽(yáng)極距離管道中心線控制在1 m左右，埋設(shè)深度以陽(yáng)極頂部距地面不小于1 m為宜。在組裝犧牲陽(yáng)極之前，應(yīng)檢驗(yàn)陽(yáng)極表面是否有油污和氧化物，如存在油污和氧化物應(yīng)采用砂紙將陽(yáng)極表面打磨干凈，以避免油污和氧化物降低陽(yáng)極活性，影響陽(yáng)極電流發(fā)生。應(yīng)保證陽(yáng)極四周的填料厚度一致、密實(shí)，各邊厚度不小于50 mm。填料包可以吸收保持水分，降低陽(yáng)極接地電阻，易于陽(yáng)極表面腐蝕產(chǎn)物的溶解，可在室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)組裝，也可用工廠預(yù)制包。電纜與管道的焊接采用鋁熱焊法，焊接點(diǎn)強(qiáng)度大于焊接后銅芯電纜的承載力。焊接完成且溫度降低后進(jìn)行補(bǔ)口，補(bǔ)口材料采用熱熔膠和聚乙烯熱縮套（帶）。

（2）在管道與犧牲陽(yáng)極之間設(shè)置測(cè)試樁，標(biāo)明陽(yáng)極位置。日常測(cè)量陽(yáng)極閉路電位、開(kāi)路電位、接地電阻、輸出電流等參數(shù)，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)陽(yáng)極使用情況。當(dāng)雜散電流從陽(yáng)極流入管道時(shí)，可以及時(shí)切斷分析原因。進(jìn)行防腐層檢漏和自然電位測(cè)量時(shí)可隨時(shí)切斷連接，獲取更真實(shí)的數(shù)據(jù)。

在欠保護(hù)管段安裝耐高溫鋅合金犧牲陽(yáng)極，恒電位儀輸出調(diào)節(jié)至﹣1.3 VCSE，匯流點(diǎn)斷電電位為﹣1.16 VCSE，出站管段電位達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的陰極保護(hù)電位。

3  結(jié)語(yǔ)

配合使用強(qiáng)制電流加犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)方式，妥善解決了加熱輸油管道出站管段欠保護(hù)問(wèn)題。應(yīng)合理控制恒電位儀輸出電位，在犧牲陽(yáng)極與管道之間安裝測(cè)試樁，注意選擇正確的陽(yáng)極安裝方式，嚴(yán)格控制陽(yáng)極與管道埋設(shè)距離及埋設(shè)深度，保證陰極保護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮實(shí)效。

作者簡(jiǎn)介：肖易伯，1991年生，本科，畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)，現(xiàn)就職襄陽(yáng)輸油處管道保衛(wèi)科，從事管道管理工作。聯(lián)系方式：18571206260，xiaoyib@pipechina.com.cn。