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1、强制电流阴极保护在输卤管道中应用的新探讨 陈绪林 万云飞 江苏淮盐矿业有限公司 摘 要： 文章从江苏淮盐矿业公司输卤管线二次泄漏情况, 分析研究了强制电流阴极保护在输卤管道中的特殊作用, 阐述了保护装置在输送 Na Cl 这种高导电液体中对管道内防护层安全运行的重要性, 剖析强制电流阴极保护在卤水管道中与输油、输气的区别。并对如何加强阴极保护的维护和使用作了一定的探讨和总结。关键词： 导电溶液; 自由电子; 内外防护; 强制电流; 作者简介：陈绪林 (1965) , 男, 江苏连云港人, 大专, 工程师, 主要从事电气设备管理工作。联系方式:18052399598收稿日期：2017-06-30
2、New Discussion on Application of Forced Current Cathodic Protection in Circulating PipelineCHEN Xu-lin WAN Yun-fei Jiangsu huai salt mining Co., Ltd.; Abstract： From halogen pipe secondary leakage situation in Jiangsu Huaian Salt Mining Company, it was analyzed the impressed current cathodic protect
3、ion in the special role of halogen pipeline. Which expounded the protective device in the conveyor Na Cl this highly conductive liquid that the importance for the safe operation of the pipeline protective layer. It was analyzed the mandatory cathodic protection in brine and the difference between th
4、e oil and gas in the pipeline. And it must be discussed and summarized how to strengthen the maintenance and use of cathodic protection.Keyword： free electrons inside and outside the protective force current conductive solution; Received： 2017-06-301 概述江苏淮盐矿业有限公司 (以下简称“公司”) 采输卤项目 2009 年投产, 主要采集淮安市淮阴
5、区洪泽湖边地下岩盐, 向海边的两个滩晒企业输送浓度为 295 g/L 氯化钠卤水, 管线总长度为 178 km。由于管线经过徐淮黄泛冲积平原和滨海冲海积平原两大地貌单元, 其中徐淮黄泛平原区段砂土发育, 滨海海积平原区段淤泥质软土、盐渍土发育, 沿线第四纪松散层厚度变化较大, 浅部发育有特殊类岩土 (软土、砂土、盐渍土等) , 土壤含盐量高, 腐蚀性强, 电阻率低, 所以对管道的防护腐蚀要求特别高, 外防腐采用环氧粉末加高强度聚氯乙烯涂层, 内防腐针对介质的特殊性采用双组分液体环氧涂料, 内外防腐层都有较高的电阻值。工程的主线管径为 559 钢制管道, 支线为 406 钢制管道, 呈 Y 形向
6、外供卤 (见图 1) 。图 1 管道线路走向示意图 Fig.1 Pipeline line dagram 下载原图2 强制电流阴极保护的应用在输送油、气的管道中, 阴极保护的应用侧重从管道外腐蚀去分析、解决电腐蚀问题, 因为管道输送的介质是具有一定绝缘性的油、气。淮盐矿业输卤管线是国内最长的一条输送氯化钠溶液介质项目, 全线采用强制电流阴极保护与穿越段牺牲阳极保护相结合方案, 共设 4 个阴保站, 每个保护站安装有两台恒电位仪和一台控制台, 恒电位仪的输出电压 30 V、输出电流 15 A。保护电位运行中一直保持-1.2 V, 阴极保护装置自投产运行至 2014 年一切正常, 管道也没有发生一
7、次泄漏事故。2014-09 位于淮阴区赵集镇的首站阴极保护装置损坏停运, 由于原设备生产厂家倒闭没能及时修复使用。考虑到阴极保护的重要性及阴极保护设备新产品上市, 公司重新选择了生产厂家, 并积极推进装置的技术改造。泄漏问题发生于 2015-02-02, 在离首站 22 km 处首次出现泄漏, 图 1 中的 (1) 点。抢修中割下泄漏点处, 见漏点腐蚀情况 (图 2) , 里面从 0.02 m 到管道外三个小孔状态。从割下来的漏点管道分析, 是从内到外呈漏斗型, 当时有人认为是管道材质缺陷造成的, 经过金属送检没发现管道材质存在问题, 后查阅大量相关管道电腐蚀资料和图片, 针对泄漏点情况以及输
8、送 Na Cl 的浓度, 初步分析可能是电化学腐蚀造成。公司采输卤管道的阴极保护系统设计是按照每个站有效保护距离 40 km, 为了充分证实泄漏与电腐蚀的关系, 于是组织人员对沿线的测试桩进行突击电位测量, 从首站第一个阴极保护测试桩到泄漏点测试桩的电位值都在-0.35 V0.5 V。然后泄漏点到中间站阴极保护电位值在-0.5 V1.2 V 呈逐渐上升趋势, 从测量数据看漏点附近就是管道的自然电位, 说明了泄漏点不在中间站保护范围, 这也是电腐蚀的产生的先决条件。表 1 中 Na Cl 溶液浓度与电导率的关系, 从电学角度分析, 如果在内防腐制作过程中存在缺陷, 没有阴极保护情况下, 高导电的
9、 Na Cl 溶液在管道不断流动中, 管道中的自由电子、杂散电流就会通过缺陷点不断地随着 Na Cl 溶液流出。淮盐矿业供卤企业是处于盐碱地段的自然滩晒生产工艺, 295 g/L 的 Na Cl 溶液电阻率很低, Na 和 Cl 可作为载流子而导电, 而且滩地是广阔盐池, 近似于大地的零地位。金属管道中的电子通过破损点与 Na Cl 溶液形成导电通道, 这时的管道自然就成了阳极, 不断地失去电子, 管道内产生了电腐蚀现象, 很快就会穿孔造成泄漏。图 2 图 1 局部放大图 Fig.2 Partial magnification diagram 下载原图图 3 腐蚀点 Fig.3 Corrosi
10、on pit 下载原图表 1 Na Cl 溶液浓度与电导率的关系 Tab.1 Relationship between the concentrating of sodium chloride solation and the carluctivity 下载原表 这次的泄漏点经过 2 d 的抢修, 很快恢复生产供卤。但时隔一周, 在距离上次漏点不到 1 000 m 处, 又出现泄漏。为了详细了解管道内情况, 这次在泄漏点割开一个 0.3 m 大孔, 以便观察漏点附近的腐蚀情况。从破割下来的管壁来看, 腐蚀情况与上次大体一样, 见图 3, 沿着破割点向管道内观察, 周围已有好多小腐蚀点, 根据管
11、道目前的情况, 如果不采取紧急有效措施, 管道的安全运行将直接受到影响。两次漏点情况, 进一步分析得出是由于首站阴极保护故障退出运行, 中间阴极保护站保护距离有限, 不能有效保护到泄漏点, 断定是电腐蚀造成。首站的阴极保护装置损坏, 漏点又离首站近, 而且管道沿线土壤自然环境应该是越向下游越差, 不应是外部环境因素造成的。根据巡线人员平时巡检测量记录也可以看出, 首站到中间阴极保护站 (见图 1) , 电位从-0.35 V-1.20 V, 中间站到两个末站电位都正常。从数据分析首站至泄漏点附近所测得的电位是管道自然电位, 强制电流阴极保护没有保护到泄漏点处。因此, 公司迅速组织人员对阴极保护进
12、行技改, 重新选择了高效稳定的设备, 并对相关的地床、电极等都进行测试、更换, 以最快速度于 2015-03-31 将阴保装置全部投运, 全线都恢复在-1.2 V 有效电位左右, 投运后管道运行一年多没发生泄漏故障, 保护装置运行一切正常。3 输卤与输油、气区别长输金属管道的内外防腐涂层的作用主要是物理阻隔作用, 就是将管道的金属基体与外界环境分离, 从而避免金属与周围环境的发生腐蚀作用。大多数金属都处在热力学不稳定状态下, 一旦达到某种条件, 这些金属生成金属氧化物、碳酸盐等, 或转变为可溶性离子, 即恢复到它们原来在地下所处的相对稳定状态, 这就是金属腐蚀。水环境是指电解质溶液, 通常指潮
13、湿的土壤、导电溶液1。防腐层有两种原因会导致金属腐蚀。一是在施工和运行过程中不可避免涂层会破坏, 使金属暴露于腐蚀环境;二是涂层本身存在缺陷, 有针孔的存在。这些缺陷的存在导致大阴极、小阳极的现象, 使得涂层破损处腐蚀加速2。长输金属管道中都不同程度存在杂散电流、自由电子, 它们只要有导通的路径, 就会不断地向外输送电子, 从而加速金属管道的电腐蚀。原油和天然气是高电阻不导电流体介质, 所以说在输油、气管道工程中, 大家关心的是管道外电腐蚀问题, 因此, 阴极保护的研究都着重于外防腐层保护。输油、气的管道因油、气具有一定的绝缘性, 所以内防腐就是有点缺陷自由电子、杂散电流也不会从管道内流出,
14、如果没有阴极保护这些自由电子和杂散电流会通过管道外防护的薄弱点流出, 流入大地, 从而产生外层电腐蚀现象。输卤管道因为是高浓度 Na Cl 溶液的高导电性介质, 表 1 实验数据可以看出 Na Cl 溶液的导电性。金属管道在投入阴极保护时, 保护装置就会给金属管道补充大量的电子, 从而使被保护的金属管道处于电子过剩的状态, 使金属表面各点达到较负的电位, 金属原子不容易失去电子而变成离子溶入溶液。因此输卤管道不但要做好外防腐保护, 还是做好内防腐层的保护。强制电流阴极保护就是在管道内防腐层出丙破损点时, 能科学、有效的起到防护长输卤管道作用, 它降低金属电位, 减缓电腐蚀。因此, 在输送高导电
15、介质的金属管道中, 强制电流阴极保护装置就显得更加重要, 平时就要更加维护好、使用好保护系统。4 维护好阴极保护的方法日常维护是保障管道安全运行的重要手段, 公司制定了相关的技术规程, 首先要保证阴极保护设备运行率应大于 98%。阴极保护通电电位应控制在-0.95 V-1.30 V 之间 (相对于 Cu/Cu SO4参比电极) , 断电电位应控制在-0.85 V-1.20 V 之间 (相对于 Cu/Cu SO4参比电极) 。测量用便携式 Cu/Cu SO4参比电极内的Cu SO4溶液应处于饱和状态。其次是阴极保护电源设备应做到无灰尘、无缺件、无杂物, 技术状态良好。电源设备应每月维护保养一次,
16、 每季度检查维修一次, 保证设备完好。定期检查电源设备的避雷设施, 雷雨季节增加检查次数, 以保证避雷设施安全有效。阴极保护间不得与其它用途的房间合用, 并应保持清洁卫生, 设备工具摆放整齐。第三是建立设备管理档案, 认真填写运行、维修、故障记录。测试桩应统一编号, 每年进行一次检修, 应保持标记清楚、完整, 并作好记录。测量用导线宜用铜芯绝缘软线, 当存在干扰时宜选用屏蔽导线, 各测量点必需保证接触良好。第四是阴极保护系统不得任意中断。恒电位仪的输出电位应使各测试点的保护电位达到要求。每日检查阴极保护电源一次, 并记录给定电位、输出电流、输出电压等参数。每月对各测试点进行一次保护电位测量。将保护电位、恒电位仪运行参数等填入统一格式的报表, 并报上级管理部门备案。第五是要保持阳极地床处的地面标志及接线盒应完好。阳极接地电阻每年应测量一次, 测量时应断电操作。在运行过程中, 接地电阻影响阴极保护系统的正常运行时, 应对阳极地床进行重新埋设或更换处理, 并做好详细记录3。总之, 强制电流阴极保护,
